Сверхкритическая жидкость


Исследование выпотных жидкостей. Клиническое значение.

Выпотные жидкости – жидкости, образующиеся и накапливающиеся в серозных полостях организма (плевральной, брюшной, полости перикарда, а также в синовиальных полостях суставов). Получают выпотные жидкости для исследования путём пункции. Плевральную пункцию делают в восьмом или девятом межреберье, брюшную – по средней линии живота.

Несмотря на достижения в области визуализации грудной клетки и других методов инструментальной диагностики, различение экссудатов и транссудатов остается важным первым шагом в оценке пациентов с плевральными выпотами. В будущем усовершенствованные подходы к исследованию плевральной жидкости позволят выявлять конкретные заболевания и уменьшать важность классификации выпотов как транссудатов и экссудатов.

Необходимо разграничивать понятия транссудата от экссудата:

Транссудаты возникают в результате фильтрации сыворотки через плевральные мембраны и являются результатом дисбаланса гидростатического или осмотического давления. Большинство транссудатов возникает при клинически очевидных состояниях, таких как:

  1. Сердечная недостаточность.
  2. Цирроз с асцитом.
  3. Нефроз.

Наличие транссудата обычно позволяет клиницистам лечить основное заболевание и наблюдать за выпотом для отслеживания динамики развития заболевания.

Экссудаты – жидкости воспалительного происхождения (при плевритах, перитонитах, перикардитах, артритах). Экссудативный выпот развивается вследствие воспалительных или злокачественных заболеваний, таких как пневмония, онкологические заболевания или туберкулез, которые увеличивают проницаемость капилляров и позволяют соединениям с большим молекулярным весом проникать в плевральную полость. Обнаружение экссудата часто требует дополнительного тестирования, которое может быть инвазивным. Поскольку классификация плевральной жидкости как экссудата или транссудата имеет важное значение для лечения пациентов, клиницистам требуется четкое понимание диагностической эффективности имеющихся лабораторных тестов и стратегий тестирования, используемых для классификации плевральной жидкости.

Наиболее опасным заболеванием с преобладанием экссудата в плевральный полости является эмпиема плевры и возникающие парапневмонии. Клинически полезным определением эмпиемы плевры является наличие в плевральной жидкости микроорганизмов, которые можно выявить с помощью микроскопии или посева.
иболее распространенный патогенетический механизм эмпиемы — непрерывное распространение инфекции от пневмонии. Парапневмония — это плевральный выпот, связанный с пневмонией и возникающий в результате увеличения проницаемости висцеральной плевры из-за воспаления. Таким образом, хотя большинство эмпием развиваются от парапневмонии, многие парапневмонические выпоты не переходят в эмпиемы, а разрешаются с помощью антибиотикотерапии. Некоторые парапневмонические выпоты переходят в гнойно-фиброзную стадию, когда плевральная жидкость имеет тенденцию локализизации, а ее уровень кислотности снижаются. Эти слизистые оболочки либо являются эмпиемами, либо ведут себя так же, как они, в том смысле, что они не рассасываются без дренирования грудной клетки. Анаэробные бактерии, стрептококк и грамотрицательные бактерии в настоящее время являются основными организмами, ответственными за эмпиему. В большинстве случаев бактериальная пневмония, связанная с аэробными микроорганизмами, является причиной острого начала с симптомами лихорадки и болью за грудиной, гнойной мокротой с лейкоцитозом. Однако по типу и тяжести симптомов обычно не определяется наличие парапневмонического выпота или его отсутствие.

Лабораторные методики исследования выпотов.

Оценка физико-химических свойств:

Цвет.
Tранссудат — светло-желтый цвет.
Экссудат — желтовато-зeленый цвет с бyрым оттенком.
Kрас­но-бурый oттенок — геморрагический экссудат.


Прозрачность
Транссудаты и серозные экссудаты прозрачные
Геморрагические, гнойные, хилезные экссудаты — мутные.

Проба Ривальта
Экссудат содержит серомуцин, который дает положительную пробу Ривальта.

Микроскопическое исследование высотной жидкости:
Микроскопию выпотных жидкостей про­водят после центрифугирования и приготовления препаратов из осадка. Микроско­пическое исследование следует производить в нативных и окра­шенных препаратах. В препарате можно обнаружить лейкоциты, эритроциты, клетки мезотелия, опухолевые клетки, кристаллы холестерина, нейтрофилы, лимфоциты, эозинофилы, плазматические клетки, гистиоциты, макрофаги, клетки мезотелия а также клетки злокачественных опухолей.

Источник: volynka.ru

Свойства веществ в сверхкритическом состоянии

В Таблице 1 приведены критические параметры и молярная масса для практически наиболее применимых веществ.


Таблица 1. Критические параметры различных растворителей (Reid et al, 1987), [3], [4]
Растворитель Молекулярная масса Критическая температура, Tкрит Критическое давление, Pкрит Критическая плотность, ρкрит
г/моль K МПа (атм.) г/см3
Диоксид углерода (CO2) 44.01 303.9 7.38 (72.8) 0.468
Вода (H2O) 18.015 647.096 22.064 (217.755) 0.322
Метан (CH4) 16.04 190.4 4.60 (45.4) 0.162
Этан (C2H6) 30.07 305.3 4.87 (48.1) 0.203
Пропан (C3H8) 44.09 369.8 4.25 (41.9) 0.217
Этилен (C2H4) 28.05 282.4 5.04 (49.7) 0.215
Пропилен (C3H6) 42.08 364.9 4.60 (45.4) 0.232
Метанол (CH3OH) 32.04 512.6 8.09 (79.8) 0.272
Этанол (C2H5OH) 46.07 513.9 6.14 (60.6) 0.276
Ацетон (C3H6O) 58.08 508.1 4.70 (46.4) 0.278
Аммиак (NH3) 17.03 405.3 11.35 (115.7) 0.322
Ксенон (Xe) 131.29 289.5 5.84 (58.4) 1.110

Одно из наиболее важных свойств сверхкритического состояния — это способность к растворению веществ. Изменяя температуру или давление флюида можно менять его свойства в широком диапазоне. Так, можно получить флюид, по свойствам близкий либо к жидкости, либо к газу. Растворяющая способность флюида увеличивается с увеличением плотности (при постоянной температуре). Поскольку плотность возрастает при увеличении давления, то меняя давление можно влиять на растворяющую способность флюида (при постоянной температуре). В случае с температурой зависимость свойств флюида несколько более сложная — при постоянной плотности растворяющая способность флюида также возрастает, однако вблизи критической точки незначительное увеличение температуры может привести к резкому падению плотности, и, соответственно, растворяющей способности [5]. Сверхкритические флюиды неограниченно смешиваются друг с другом, поэтому при достижении критической точки смеси система всегда будет однофазной. Приблизительная критическая температура бинарной смеси может быть рассчитана как среднее арифметическое от критических параметров веществ

Tc(mix) = (мольная доля A) x TcA + (мольная доля B) x TcB.

Если необходима большая точность, то критические параметры могут быть рассчитаны с использованием уравнений состояния, например с помощью уравнения Пенга-Робинсона.[6]

Области применения


Сверхкритическая флюидная экстракция

Одной из наиболее широких областей применения флюидов является экстракция. Самым распространенным растворителем для СКФ экстракции является углекислый газ, так как он дешев, экологичен, и имеет относительно невысокие критические температуру Tкрит и давление Pкрит.

СКФ экстракция имеет ряд значительных преимуществ перед экстракцией органическими растворителями[7]:

  • получаемый экстракт не нуждается в очистке от растворителя;
  • экологичность процесса («зеленый процесс»);
  • в некоторых случаях экстракция может быть селективной за счет контроля плотности растворителя.

Сверхкритическая флюидная хроматография

Сверхкритическая флюидная хроматография имеет ряд преимуществ перед жидкостной хроматографией и газовой хроматографией. В ней возможно применение универсальных ПИД-детекторов (как в ГХ в и в отличие от ЖХ), разделение термически нестабильных веществ и нелетучих веществ (в отличие от ГХ). На данный момент, несмотря на все преимущества, не нашла широкого применения (за исключением некоторых особых областей, таких как разделение энантиомеров и высокомолекулярных углеводородов [8]). Несмотря на высокую чистоту получаемых соединений, высокая стоимость делает СКФ хроматографию применимой только в случае очистки или выделения дорогих веществ. Очень перспективна и активно внедряется СКФ хроматография, например, в фармацевтике.


Флюид как среда для проведения реакций

Уникальная способность сверхкритического флюида растворять большие объемы газа, в особенности H2 и N2, вкупе с высоким коэффициентом диффузии, делает чрезвычайно перспективным его использование в качестве растворителя.[9] Изменение температуры и давления позволяют влиять на свойства растворителя и маршрут реакции, что делает возможным более высокий выход целевого продукта. Также следует заметить что использование СКФ CO2 абсолютно экологично.

История

Впервые сверхкритическое состояние вещества обнаружил Каньяр де ла Тур в 1822 году, нагревая различные жидкости в паровом автоклаве Папена. Внутрь автоклава он поместил кремниевый шарик. Сам де ла Тур работал в области акустики — в частности, ему принадлежит изобретение сирены. При встряхивании автоклава он слышал всплеск, возникавший, когда шарик преодолевал границу раздела фаз. Повторяя встряхивание в процессе дальнейшего нагревания, Каньяр де ла Тур заметил, что звук, издаваемый шариком при столкновении со стенкой автоклава, в определённый момент резко меняется — становится глухим и более слабым. Для каждой жидкости это происходило при строго определенной температуре, которую стали именовать точкой Каньяра де ла Тура.


В двух опубликованных де ла Туром статьях в Annales de Chimie et de Physique описаны его эксперименты по нагреванию спиртов в запаянных стеклянных трубках под давлением. Он наблюдал, как по мере нагревания объём жидкости увеличивался в два раза, а затем она вообще исчезала, превращаясь в некое подобие газа и становясь прозрачной, так что казалось, что трубка пуста. При охлаждении наблюдалось образование плотных непрозрачных облаков (явление, которое сейчас принято называть критической опалесценцией). Также де ла Тур установил, что выше определенной температуры увеличение давления не приводит к образованию жидкости.

В последующих работах де ла Тур сообщает о серии схожих опытов с различными веществами. Он экспериментировал с водой, спиртом, эфиром и дисульфидом углерода.

Фарадей по достоинству оценил выполненную работу — в частности в своем письме Уильяму Уэвелу он пишет: «Cagniard de la Tour made an experiment some years ago which gave me occasion to want a new word»; также в этом письме он указывает на то, что точка перехода жидкости в состояние флюида не была названа де ла Туром. В своих дальнейших работах Фарадей называет сверхкритическое состояние «состоянием де ла Тура», а саму точку фазового перехода точкой де ла Тура.

В своих работах Д. И. Менделеев в 1861 г назвал критическую температуру температурой абсолютного кипения.


Термин «сверхкритический флюид» (supercritical fluid) был впервые введен в работах Т. Эндрюса в 1869 году. Проводя опыты в толстостенных стеклянных трубках, он измерял зависимость объема от давления и построил линии сосуществования двух фаз для углекислоты.

В 1873 году Ван дер Ваальс показал, что экспериментально найденные уравнения состояния Эндрюса могут быть объяснены количественно с использованием расширенной модели идеального газа, где в простой форме учтены молекулярные притяжение и отталкивание на близких расстояниях.

В начале ХХ веке все методы построения уравнений состояния, базирующиеся на приближении среднего поля, были систематизированы в феноменологической теории Л. Д. Ландау, описывающей в том числе и сверхкритические фазовые переходы системы.[10][11]

Первое промышленное производство на основе применения сверхкритических флюидов заработало в 1978 году — это была установка по декофеинизации кофе, за ним в 1982 году последовала промышленная экстракция хмеля (для пивоваренной промышленности).[12]

Источник: dic.academic.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.