|
лектрофорез можно проводить как в свободном растворе (фронтальный электрофорез), так и на носителях (зональный электрофорез). Последний вариант предпочтительнее, т.к. носители способствуют стабилизации электрофоретических зон. В качестве носителей используют: фильтровальную бумагу, силикагель, крахмал, оксид алюминия, поливинилхлорид, агаровый и полиакриламидный гели и др. Электрофоретическое разделение осуществляют на бумаге, в тонком слое сорбента, колонке или в блоке (который часто формируют из суспензии крахмала в подходящем электролите). Аппаратура для электрофореза выполняется по единой схеме: источник тока, камера для электрофореза, два электрода, соединяющих камеру с источником тока и приспособление для сбора и идентификации разделенных веществ (последний блок в некоторых случаях отсутствует). Для электрофореза используют как готовые наборы аппаратуры (универсальный прибор для иммуноэлектрофореза и электрофореза белков на бумаге и крахмале, набор для электрофореза в полиакриламидном геле венгерской фирмы Реанал), так и наборы, составляемые экспериментатором из отдельных приборов.На рис.4.1 представлена схема прибора для электрофореза на бумаге. Электрофоретическая камера состоит из двух кювет, в которые помещают графитовые электроды и раствор проводящей жидкости (буферный раствор). Выше кювет находится подставка для носителя бумаги. Смесь веществ, подлежащих разделению, наносят на пропитанную проводящей жидкостью бумагу. Бумагу подсушивают, помещают на подставку, концы погружают в кюветы, затем камеру плотно закрывают крышкой. После пропитывания бумаги проводящей жидкостью подключают электрический ток. По окончании электрофореза бумагу подсушивают. Качественную и количественную оценку осуществляют, применяя методы, используемые в бумажной хроматографии, например, проявление белков с помощью красителей, количественную оценку - методом денситометрии.Важной областью применения электрофореза является анализ белков сыворотки крови, аминокислот гидролизатов белков, нуклеиновых кислот и т.п. В кислотном буферном растворе аминокислота находится в виде катиона NHз+......COOH, который будет перемещаться к катоду, в то время как в щелочном буфере аминокислота превращается в анион NH2....COO-, и будет двигаться к аноду. В изоэлектрической точке аминокислота находится в растворе в виде биполярного иона NH3+......COO- и не будет передвигаться в электрическом поле.Ввиду того, что отдельные белки и аминокислоты имеют различные изоэлектрические точки, при определенном значении рН они будут двигаться с различной скоростью. Подбирая соответствующие буферные растворы для установления определенной скорости движения и растворимости веществ, можно использовать электрофорез для их разделения. Метод позволяет разделять вещества, различие в изоэлектрической точке которых составляет до 0,02 единиц рН. Градиент рН в 0,02 единицы часто достигают прибавлением амфолитов, представляющих собой готовую смесь алифатических полиаминаполикарбоновых кислот.Рис.4.2. Электрофореграмма (а) и схемы (б) белковых фракций.A - белковые фракции сыров: 1, 17 - российского, 2, 16 - волжского, 3, 15 - “Орбита”, 4, 14 - колбасного, 5, 13 - голландского, 6, 12 - пошехонского, 7, 11 - “сырного” казеина после осаждения при pH 4,6, 8, 10 - молочной сыворотки, 9 - казеина по Гаммерстену, 18 - “городского”.Б - белковые фракции сыра (I), сырного казеина (II) Электрофоретическое разделение белков широко используется для оценки качества мяса и мясных продуктов, для дифференцирования вида мяса и рыбы. Метод также применяется для выявления немясных добавок (белков молока, сои, яиц) в мясных продуктах. С помощью электрофореза в полиакриламидном геле можно охарактеризовать изменение белков в процессе созревания сыров (рис.4.2).В настоящее время используют высокоэффективный капиллярный электрофорез, например, для анализа витаминов в диетических продуктах (жирорастворимых А, Е, К, Д; водорастворимых - B1, B2, B6, B12, С, никотинамида); и для определения анионов (сульфат - хлорид-, иодид-) в молочных продуктах. 5. Параметры управления процессомУправление химическими процессами подразумевает знание того, как влияют различные факторы на процесс. Метод позволяет выяснить, как влияют внутренние (температура, давление) и внешние (наличие и концентрация различных химических веществ) факторы на различные процессы. Например, для того, чтобы изучить влияние температуры на химический (фазово-химический) процесс, необходимо произвести расчет системы в исследуемом интервале температур с заданным шагом. Затем по равновесному количеству реализующихся при каждой расчетной температуре веществ определяются протекающие фазовые и химические реакции. Для сложных многокомпонентных систем такая информация зачастую не может быть получена опытным путем, либо это займет много времени и финансовых вложений. Рассчитанный фазовый и химический состав системы при различных температурах позволит понять влияние температуры, а следовательно станет возможным через температуру управлять химическим процессом. Аналогично дело обстоит с другими факторами - объемом газовой фазы, давлением, влиянием присутствия различных веществ и их концентрации. Так в случае изучения влияния концентрации веществ на химический (технологический) процесс, изучают равновесный состав системы при разных концентрациях исходных веществ, или каких-либо других веществ, вводимых на различных стадиях процесса с различными целями (если возникает такая необходимость). Моделирование исследуемой системы решает задачу управления химическими процессами, протекающими в ней. 6.Принцип оптимизации технологииНа химических заводах и комбинатах из сырья минерального, растительного или животного происхождения и различных промежуточных продуктов их переработки производят свыше миллиарда тонн в год химической продукции сотен тысяч наименований. При огромных различиях в масштабах производства (от десятков тонн до десятков миллионов тонн в год) и номенклатуре продукции все химические предприятия имеют общие принципы построения и общие направления развития и совершенствования. Любое химическое производство включает технологические стадии приема и подготовки сырья, химического превращения разделения реакционной массы, выделения целевого продукта, его очистки, отгрузки и отправки потребителю, а также очистки и переработки отходов и выбросов. Кроме сырья химические производства в значительных количествах потребляют пар воду, электроэнергию. Эффективность химического производснва определяется экономическими показателями, и ее повышение достигается различными методами, одним из которых является метод математического моделирования. Важнейшими характеристиками работы промышленного химического реактора являются удельная производимость (количество целевого продукта, образующегося в единицу времени в единице объема реактора) и селективность (доля превращенного сырья, использованного на образование целевого продукта). Для достижения наилучших экономических результатов необходимо добиваться возможно более высоких значений этих показателей. Для этого необходимо выбрать соответствующие условия протекания процесса с использованием его математической модели, который основан на использовании законов природы, лежащих в основе химических и физических процессов, протекающих в реакторе и других аппаратах различных технологических стадий. К ним относятся уравнения химической кинетики и термодинамики, описывающие скорости образования основных и побочных продуктов реакции и состав реакционной массы как функцию температуры, давления, начальных концентраций реагентов и степени их конверсии, уравнения гидродинамических, тепловых и массообменных процессов, сопровождающих реакцию или протекающую в отдельных аппаратах. Эти уравнения используют затем для построения функции себестоимости или дохода связывающие эти критерии с параметрами процесса. 7.Современные методы совершенствования технологииСовременные методы - новый процесс в технологии электрохимических производств, который принципиально отличается от известных процессов электролиза с разделенными анодным и катодным пространствами, таких, как электролиз с погруженной или фильтрующей диафрагмой, электролиз с ионообменной мембраной. Принципиальная особенность нового процесса заключается в том, что селективность переноса ионов при электролизе водных растворов электролитов достигается с помощью микрофильтрационной керамической диафрагмы из оксидов циркония, алюминия и иттрия, установленной между электродами электрохимической системы, за счет создания в объеме порового пространства диафрагмы градиентов плотности тока и давления, управляющих скоростью и направлением перемещения воды и содержащихся в ней заряженных частиц (ионов) в порах диафрагмы. Технология ионселективного электролиза с диафрагмой обеспечивает электрохимическое разложение концентрированного раствора электролита с получением конечных целевых продуктов без промежуточного кондиционирования анолита и католита, непрерывно, в электрохимическом реакторе с неактивной микропористой диафрагмой. Технология ионселективного электролиза (ИСЭД - ISED) разработана в качестве альтернативы известным технологическим процессам синтеза хлора: электролизу с ртутным катодом, электролизу с диафрагмой и электролизу с ионселективной мембраной. Технология ИСЭД первоначально была разработана для высокоэффективного и экологически безопасного синтеза смеси газообразных продуктов - хлора (95%), диоксида хлора (3%), озона (2%), а также раствора гидроксида натрия (150 - 170 г/л) из раствора хлорида натрия (200 - 250 г/л) и реализована в установках типа АКВАХЛОР, основным продуктом которых является кислый (с рН 2,5 - 3,5) раствор указанных оксидантов в воде с концентрацией от 0,5 до 2,0 г/л (аналог хлорной воды, которая образуется в хлораторах водоочистных сооружений при вводе газообразного хлора в воду) и раствор гидроксида натрия концентрацией 150 - 170 г/л. 8.Экологические проблемы, особенности техники безопасности и охраны окружающей среды 8.1.Экологические проблемы Научно-техническая революция позволила расширить и удешевить сырьевую базу для получения минеральных удобрений, организовать массовую перевозку жидких полупродуктов для удобрений (аммиак, фосфорная кислота), создать новые виды высококонцентрированных одинарных и комплексных удобрений и повысить их роль в структуре производства. Все это существенно изменило предпосылки Развития данной отрасли в отдельных странах и регионах мира. На географию отрасли -- на производство, потребление, внешнюю торговлю удобрениями влияют и экологические проблемы, особенно в промышленных странах мира. С химизацией народного хозяйства связаны многие экологические проблемы. Широкое внедрение химических процессов в разных отраслях хозяйства обусловливает большое количество выбросов в атмосферу, стоков и отходов, опасных для природной среды. Источниками их, в первую очередь, являются тепловые электростанции, металлургические предприятия, автомобильный транспорт. Сама химическая промышленность в целом дает выбросов и стоков существенно меньше. Только в центрах большой концентрации химических предприятий, особенно в городах, роль химических отходов увеличивается в опасных концентрациях. Гораздо большую опасность представляет бесконтрольное использование или неправильное применение многих продуктов химической промышленности как в производственной сфере, так и в быту. Это обусловлено низкой экологической грамотностью населения и недостатком специальных мероприятий по охране среды. Области таких нарушений, использование химикатов не по назначению обширны -- несанкционированный прием антибиотиков, применение гормонов роста животных, химических средств защиты растений (их вырабатывают в мире 6 млн. т, т.е. по 1 кг на каждого жителя планеты). Очень велики отходы полимерных материалов. 8.2 Основные правила безопасности при работе в химической лаборатории Многие химические реактивы ядовиты, огнеопасны, взрывоопасны; поэтому при работе с ними необходимо соблюдать меры предосторожности. Запрещается допускать студентов, аспирантов и сотрудников к работе в лаборатории без ознакомления с настоящей инструкцией. Прохождение инструктажа отмечается росписью в лабораторном журнале по технике безопасности. Ответственность за это несет руководитель лаборатории. Во время работы в лаборатории соблюдайте чистоту, порядок и правила техники безопасности, так как беспорядочность, поспешность или неряшливость в работе часто приводят к несчастным случаям с тяжелыми последствиями. Запрещается в лаборатории пить воду, принимать пищу, курить. Все химические реактивы следует хранить только в соответствующей посуде с этикетками. Студентам запрещается приступать к работе, не согласовав плана работы с руководителем. По окончании пользования газом, водой и электроприборами немедленно закройте краны, которыми вы пользовались и отключите электроприборы. Уходя из лаборатории, проверьте окончание химических процессов, включены ли газ, вода и электрический ток на столах, под тягами и затем в наружных шахтах. Лица, нарушающие правила безопасности, привлекаются администрацией к ответственности. 8.3.Правила работы с кислотами и горючими веществами. Разбавление серной кислоты производить приливанием кислоты в воду, а не наоборот, и только в жаростойких и фарфоровых стаканах, так как при этом происходит значительное выделение тепла. Переливать крепкие HNO3, H2SO4 и HCl можно только при включенной тяге в вытяжном шкафу. Дверцы шкафа должны быть, по возможности, прикрыты. При работе с крепкими кислотами необходимо одевать защитные очки, а при работе с дымящей HNO3, кроме очков, надевать длинный резиновый фартук.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|
