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Verfahren und Vorrichtung zum Scheiden von in Flüssigkeiten fein verteilten
Stoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Scheiden oder
Fraktionieren von in Flüssigkeiten fein verteilten Stoffen sowie die Anwendungen
dieses Verfahrens.
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Diese feine Verteilung oder Dispersion kann eine tatsächliche Lösung
des Stoffes oder eine kolloidale Dispersion des Stoffes in der Flüssigkeit sein.
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Das `'erfahren gemäß der Erfindung ist vor allem dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeit zum Schäumen gebracht und der Schaum so lange entwässert oder
austropfen gelassen wird, bis der Schaum eine oder mehrere aufeinanderfolgende Schichten
bildet, von denen jede im wesentlichen nur einen der zu trennenden Stoffe enthält.
Die Erfindung ist auf folgende Beobachtung gegründet: Wird eine Flüssigkeit, die
mehrere aufgelöste und/oder fein verteilte Stoffe enthält, während einer ausreichenden
Zeitspanne einer Behandlung ausgesetzt, um einen Schaum zu erzeugen und diesen Schaum
derart austropfen zu lassen, daß der aus dem Schaum austretende Flüssigkeitsstrom
in entgegengesetzter Richtung zur Fortbewegung der bei der Schaumbildung auftretenden
Blasen fließt; so kommt es in dem Schaum zu einer Scheidung der erwähnten Stoffe,
die sich alsdann in verschiedenen abständen vom Flüssigkeitsspiegel befinden.
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Zweckmäßig wird die erfindungsgemäße Behandhing
so
länge -fortgesetzt, bis die Flüssigkeit -von den aufgelösten und fein verteilten
Stoffen befreit ist, und erst -dann werden eine oder mehrere Fraktionen des Schaumes
entfernt; wobei jede Fraktion einen anderen Stoff enthält.
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Diese 'Erscheinung ist ähnlich wie die Entwässe-_.rung - oder Dephlegmierung
von Gemischen aus Stoffen mit .verschiedenen Siedepunkten, die durch Destillation
voneinander geschieden werden.
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Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf dem Wege des
Austropfens des Schaumes in der Weise, daß die Flüssigkeit aus dem Schaum unter
der Wirkung ihres Eigengewichtes austritt, empfiehlt es sich, den Schaum derart
zu leiten, daß er eine verhältnismäßig lange lotrechte Säule bildet, um während
der ganzen Bildungsdauer des Schaumes eine geeignete Ableitung der Flüssigkeit aus
demselben zu gewährleisten, wie auch kein Teil des - Schaumes entfernt werden soll,
bevor die Behandlung nicht lange genug fortgesetzt worden ist, so daß sich die aufgelösten
oder fein verteilten Stoffe in verschiedenen Höhenlagen der Schaumsäule voneinander
geschieden, haben.
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Die Schaumsäule kann aus einer einzigen Säule oder aus einer Reihe
aufeinanderfolgender Säulen bestehen.
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Diese Scheidung der Stoffe scheint darauf zurückzuführen zu sein,
daß verschiedene Stoffe in den Blasen ihres :Schaumes'öberflächliche Schichten verschiedener
Steifheitsgra-de erzeugen, und diese Steifheitsgrade sind wahrscheinlich für die
Absonderung der Stoffe in verschiedenen Höhenlagen der Schaumsäule bestimmend, nicht
aber die Oberflächenspannungen, obwohl auch diesen eine gewisse Rolle zukommen dürfte:
-Diese Theorie ist nur als Versuch einer Erklärung anzusehen und stellt keineswegs
eine Beschränkung der Erfindung dar.
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Man kann sich darüber klar werden, ob die Scheidung der Stoffe im
Schaum beendet ist, wenn die Behandlung lange genug fortgesetzt worden ist, so daß
die Gesamtmenge des über der Flüssigkeit zur Entstehung gelangten Schaumes ein gleichbleibendes
Volumen erreicht hat: Diese Bedingung ist erfüllt, wenn ein Gleichgewichtszustand
erreicht worden ist und die durch die .Behandlung erzeugten neuen Blasen öder Bläschen
nicht mehr genügende Steifheit besitzen,. um eine Zunahme des Schaumvolumens zuzulassen.
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Obwohl das Trocknendes Schaumes schon allein durch Austropfen vollständig
möglich ist, können die Fraktionen des Schaumes auch mechanisch getrocknet werden,
z. B. durch Ausschleudern der betreffenden Fraktionen, die der Schaumsäule in dem
Maße ihrer Bildung oder nach ihrem Zustandekommen entnommen werden.
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Nachstehend werden verschiedene Bauarten von Apparaten für die Entwässerung
oder Dephlegmierung des Schaumes beschrieben, doch erfolgt ihre Beschreibung nur
beispielsweise; ihre Formen und ihre Abmessungen können nämlich je nach der Beschaffenheit
der zu behandelnden .Flüssigkeiten und je nach den zu scheidenden Stoffen geändert
werden. Diese Apparate können ganz beträchtliche Abmessungen aufweisen, wenn es
sich um große Flüssigkeitsmengen handelt, die nur eine ganz geringe Menge des auszuscheidenden
Stoffes enthalten, oder. umgekehrt,- wenn der erzeugte Schaum sehr reichlich ist
und nur sehr langsam austropft.
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In den Zeichnungen stellen dar Abb. i eine schematische Ansicht eines
erfindungsgemäßen Scheide- bzw. Fraktionierungsapparates, Abb. 2 ein mit dem Apparat
gemäß Abb. i verwendbares Schaumabzugrohr, Abb.3 und q. weitere schematische Ansichten
von erfindungsgemäßen Scheide- bzw, Fraktionierungsapparaten, Abb. 5 eine schematische
Ansicht einer Anlage, die aus mehreren in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Vorrichtungen
zusammengesetzt ist, Abb. 6 ein mit einem der Apparate nach Abb. 5 verwendbares
Schaumabzugrohr, Abb.7 eine schematische Ansicht einer Anlage mit mehreren in Kaskadenschaltung
liegenden Vorrichtungen, Abb.8 eine kurvenmäßige Darstellung der Logarithmen der
Lichtundurchlässigkeit in Abhängigkeit von der Zeit für ein erfindungsgemäß behandeltes
Kollargolsol, Abb.9 eine in einem Probierglas erfindungsgemäß behandelte Lösung
in drei aufeinanderfolgenden Schaumbildungsphasen A; B, C,
Abb. zo eine kurvenmäßige
Darstellung der Säulenhöhen der flüssigen Lösung und des Schaumes in Abhängigkeit
von der Zeit.
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In dem in Abb.9 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die für
die Anwendung der Erfindung bestimmte Vorrichtung aus einem Rohr i, das an seinem
unteren Ende mit einem Schaumerzeuger versehen ist. Dieser Schaumerzeuger besteht
beispielsweise aus einem porösen Strumpf 2, dem durch eine Leitung 3 Luft oder ein
anderes Gas unter Druck zugeführt wird.
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In das Rohr i füllt man die Lösung 4., aus der ein oder mehrere Bestandteile
ausgeschieden werden sollen. Durch den Strumpf ä wird Gas unter Druck eingeführt.
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Es kommt zur Bildung eines Schaumes 5, wobei der ursprüngliche Flüssigkeitsspiegel
oo um h1 sinkt, während der Schaum emporsteigt und, ohne aus der Apparatur zu entweichen,
sich bis zur Höhe Hl über dem ursprünglichen Flüssigkeitsspiegel oo anhäuft.
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Während des Schäumens läßt jedes im Rohr i unter dem Auftrieb des
Gases aufsteigende Bläschen Flüssigkeit abtropfen, die nach Hindurchsickern zwischen
den Bläschenwandungen der unteren Schichten zu der den unteren Teil des Rohres anfüllenden
Lösung 4 zurückkehrt. Beim Abfließen trägt die austropfende Flüssigkeit im Laufe
ihres sehr gewundenen Pfades zur Anreicherung der von ihr benetzten Bläschenwandungen
mit mitführbaren Stoffen bei. Sie gelangt in den unteren Teil des Rohres verarmt
zurück, um sich dort von neuem in Schaum zu verwandeln. Wird das Schäumen weiter
fortgesetzt, so sammelt sich die Schaummenge
bis zur flöhe H:i
21,:i, wobei lag dem in der Mitte der Abb. g dargestellten Zustand B entspricht.
Bei weiterer Fortsetzung des Schäumens kommt es zu einemAustropfen des Schaumes
durch das Eigengewicht der Flüssigkeit, und es wird nun der Gleichgewichtszustand
H3 erreicht, wobei la3 (Stellung C) der Erschöpfung der Lösung d. entspricht, welche
ihr Schäumungsvermögen verloren hat. Die angehäufte Schaummenge bleibt dieselbe,
wenn die Gaszuführung fortgesetzt wird.
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In der Schaumsäule 5 kommt es zur Bildung einer oder mehrerer Konzentrationsgradienten,
die das Ausscheiden mehrerer Bestandteile ermöglichen; das Ausscheiden erfolgt in
Abhängigkeit von der Oberflächensteifheit der Bestandteile, wobei die oberste Schicht
den steifsten Oberflächenfilmen entspricht. Der oberste Teil der Schaumsäule (erstes
Fraktionsprodukt) enthält alsdann den oder die am leichtesten mitführbaren Bestandteile.
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Die Fortschreitung der Bildung und Entwässerung des Schaumes läßt
sich durch die kurvenmäßige Darstellung in Abb. io veranschaulichen, in welcher
die Höhen H und lz als Ordinaten zu beiden Seiten der Abszissenachse eingetragen
sind, auf welcher die Schäumungszeiten in Minuten verzeichnet sind; der Druck des
Gases wird als gleichbleibend angenommen.
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Die Kurven D und E dieser kurvenmäßigen Darstellung veranschaulichen
die Veränderungen dieser Höhen in Abhängigkeit von der Zeit während des Verschäumens
einer o,i°/oigeli Gelatinelösung, die dein isoelel:trischen pH (bei welchem pH die
positiven Ladungen der Partikelchen ihre negativen Ladungen im Gleichgewicht halten
und bei welchem die Partikelchen die geringste Wasserlialtigkeit aufweisen) bei
der Temperatur von 20" C entspricht (gleichbleibender Druck an der Eintrittsseite
des Strumpfes 0,8 kg/cm2, Innendurchmesser des Schäumungsrohres 3o mm).
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Die Kurve E (lt, t) verläuft über ein Minimum h2 (Abb.
9, B) bei etwa 3o Minuten und steigt alsdann allmählich an den Wert heran,
den der Flüssigkeitsspiegel vor dem Schäumen hatte, jedoch nur bis auf einen geringen
Unterschied h3, der der geringen, im endgültigen Schaum zurückgebliebenen Flüssigkeit
entspricht.
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Der Verlauf dieser Kurve E entspricht der Verarmung der Lösung, und
die Vollendung ihrer Annäherung an die Waagerechte oo fällt mit dem Ende der Scheidung
zusammen, welches auf diese Weise leicht feststellbar ist, denn sie zeigt an, daß
der obenerwähnte Gleichgewichtszustand erreicht ist. Das Austropfen des Schaumes
geht während der ganzen Schaumbildungsdauer weiter vor sich.
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In dem obigen Beispiel einer Gelatinelösung ist das Anreichern des
Schaumes noch von einer Anzahl anderer Faktoren abhängig, namentlich von der Temperatur,
dem pH, der Konzentration, der Zähflüssigkeit, der Anwesenheit gewisser Mineralverbindungen,
der Anwesenheit von Spuren die Oberflächenspannung beeinflussender, das eingeschlossene
Wasser entziehender Stoffe, wie Alkohol, Aceton, die auch an den Zwischenflächen
absorbiert werden, wo sie eine erhebliche Wasserentziehung aus der Gelatine verursachen.
Diese mehr oder weniger vollständige Entziehung des eingeschlossenen Wassers an
der Oberfläche steigert gerade die Steifheit des Oberflächenfilms.
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Ist aber die Alkoholkonzentration zu stark, so sinkt das Schäumungsvermögen
rasch ab und hört schließlich ganz auf, denn der Oberflächenfilm wird immer ärmer
an Gelatine und reicher an Alkohol, der die Oberflächenspannung stärker beeinflußt
als das Protein, aber keinen steifen Oberflächenfilm ergibt. Bei°genügend starker
Alkoholkonzentration verlagert sich die ganze Gelatine von der Oberfläche, die Oberflächenschicht
verliert ihre Steifheit, denn sie enthält nur roch Alkohol, und die Lösung kann
keinen stabilen Schaum mehr ergeben.
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Eine einfache Bauart des Scheideapparates ist in Abb. i dargestellt.
Dieser besteht aus einem lotrechten Rohr, das sich aus einer Anzahl von Abschnitten
ja, ib, je zusammensetzt, welche durch äußere Gummimuffen 6 zusammengehalten
werden. Das untere Ende dieses Rohres ist durch einen Stopfen 7 abgeschlossen; dieser
Stopfen bestellt beispielsweise aus einem Gummistück, das von einem porösen Porzellanstrumpf
2, z. B. Chamberlandfilterkerze mit der Porosität L1 durchsetzt wird, dessen ausgeglühter
Teil vollständig in das Rohr hineinragt. Eine Isolierschicht 8, beispielsweise eine
Paraffinschicht, die im Innern des Rohres auf den Stopfen 7 aufgegossen ist, gestattet
diesen von der zu behandelnden Flüssigkeit d. zu isolieren. Eine fest an der Filterkerze
2 befestigte Röhre 3 leitet das Gas in diese Filterkerze hinein, wobei der Gasdruck
ausreichend ist, um das Gas durch die Poren des ausgeglühten Porzellans hindurchzupressen
(die Druckwerte bewegen sich zwischen o"5 und 2 kg/cm2; das Druckmittel ist von
einem Verdichter gelieferte Preßluft oder Stickstoff oder sonstiges Gas, das aus
einer mit Reduzierventil und Druckmesser versehenen Düse austritt).
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Zum Zuleiten der zum Auszug bestimmten Lösung in das Rohr
ja, lb ... kann ein Füllstutzen mit einem Hahn benutzt werden, oder
einer der oberen Abschnitte der Rohrsäule wird ausgebaut. Die Lösung .I füllt das
Rohr bis zum Flüssigkeitsspiegel oo. Nach oder schon während des Füllvorganges wird
mit dem Schäumen begonnen. Sobald die äußerst feinen Gasbläschen durch die poröse
Kerze 2 in der Flüssigkeit verteilt sind, beginnt die Schaumbildung, und der Schaum
füllt allmählich die oberen Zonen der Rohrsäule aus. Ist der Schaumvorgang zu Ende
gekommen, z. B. wenn die Lösung erschöpft ist, so findet sich der angesammelte Schaum
in verschiedenen Abschnitten der Rohrsäule verteilt, wobei sich die am leichtesten
mitführbaren Stoffe in den oberen Abschnitten befinden. Die einzelnen Abschnitte
können nun ausgebaut und der Schaum aus jedem dieser Abschnitte entleert werden,
woraus sich eine Fraktionierung des Schaumes und seiner Bestandteile ergibt.
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Wünscht man gewisse Schaumfraktionen rasch zu verflüssigen, so kann
an die Rohrsäule ja, lb . . .,
nötigenfalls nach Entleerung der die
zurückzubehaltenden
Fraktionen enthaltenden Abschnitte, ein Entschäumungsröhr
9 angeschlossen werden, wie es in Abb. 2 dargestellt ist. Dieses Rohr 9 wird mittels
einer Pfeife io von stark abgerundetem Umriß an den einen der Abschnitte der Rohrsäule
i angeschlossen. Nach Erschöpfung der zu behandelnden Lösung wird der Gasdruck derart
gesteigert, däß die einzelnen Schaumfraktionen, die sich im Austropfrohr angesammelt
haben, in das @Entscliäuniüngsrohr hineingepreßt werden. Das Entschäumungsrohr 9
ist von einer Muffe i i umgeben, in welcher nötigenfalls ein Warmwasserumlauf hergestellt
wird, um durch Steigerung der Temperatur die Zerstörung des Schaumes und seine Rückwandlung
in Flüssigkeit zu begünstigen. Diese Flüssigkeit wird in einem Behälter 12 aufgefangen,
welcher derart angeordnet ist, daß das Ende des Entschäumungsrohres 9 in die Flüssigkeit
13 hineintaucht. In diesem Fall bleibt die Atmosphäre im Innern des Apparates gesättigt,
und der Schaum kann nicht durch Verdunstung austrocknen. Das Rohr 9 kann an den
obersten Abschnitt oder an jeden anderen Abschnitt ja, 1b, je angeschlossen werden,
oder es kann auch jeder Abschnitt mit einem Entschäümungsrohr versehen werden.
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Im Bedarfsfall kann das Rohr ja, 1b ... auch selbst
mit einer Heiz- oder Kühlvorrichtung (eingetauchter Heizwiderstand; Außenmuffe oder
Heiz-bzw. Kühlschlange) versehen werden.
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Der oben beschriebene Apparat eignet sich für reichlich schäumende
Lösungen, wobei darauf zu achten ist, daß eine genügend hohe Rohrsäule gewählt wird,
um ein Austreten des Schaumes aus der Rohrsäule oder; falls der Apparat ein Entschäumungsröhr
9 aufweist, ein :Entweichen in das letztere zu vermeiden (natürlich kann es am Ende
des Vorganges vorteilhaft sein, den Schaum in das Entschäumungsrohr, beispielsweise
durch Steigerung des Gasdrucks, zu verdrängen).
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Falls die zu behandelnden Lösungen nur sehr geringe Spuren von schaumbildenden
Stoffen enthalten, kann es zweckmäßig erscheinen, große Flüssigkeitsmengen in @Großbehältern
von beträchtlichem Rauminhalt zu behandeln, und die geringe Schaummenge muß in einem
Rohr von sehr geringern Querschnitt aufgefangen werden.
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.Der in Abb. 3 schematisch dargestellte Scheideapparat eignet sich
besonders zur Behandlung sehr dünnflüssiger Lösungen, die nur eine kleine Schaummenge
ergeben (sehr verdünnte Lösungen von Proteinen, Viren, Seren, Fettsäuresälzen usw.).
Dieser Scheideapparat weist am unterenEnde einen Kolben ILf. auf, der mit der auszuziehenden
Flüssigkeit annähernd bis zur Höhe des Flüssigkeitsspiegels oo angefüllt ist. Dieser
Kolben 14 setzt sieh nach oben in einer Rohrsäule ja, 1b, i° . . . fort,
deren Gesamthöhe mithin beliebig geändert werden kann und in welcher sich der Schaum
sammelt und durch Austropfen konzentriert.
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Am Ende des Fraktionierungsvorganges, d. h. wenn die Flüssigkeit vollständig
ausgezogen ist, wird die 'Gaszuleitung nicht unterbrochen, um das gewählte Gleichgewicht
aufrechtzuerhalten, aber die einzelnen Abschnitte der lotrechten Rohrsäule werden
nacheinander, und zwar selbstverständlich zuerst der oberste Abschnitt, abgehoben,
so daß die einzelnen Fraktionen der Schaumsäule getrennt erhalten werden. Diese
Fraktionen können nötigenfalls einzeln durch nochmalige Schaumerzeugung entweder
nach Verdünnung oder unmittelbar in Apparaten kleineren Fassungsvermögens weiterbehandelt
werden.
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Richtig durchgeführte äufeinanderfolgende Schäumungsvorgänge mit jeweiliger
Wiederverdünnung führen in vielen Fällen zu beachtlichen Scheideergebnissen, insbesondere
beim Scheiden verschiedener Proteine, Hormone, Vitamine, nicht darstellbarer Ansteckungs-
und Gärungsstoffe (Enzyme, Diastasen) usw.
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Namentlich wenn es sich darum handelt, hochwertige Stoffe, die sich
in sehr geringen Mengen in den zu behandelnden, sehr wenig Schaum ergebenden Lösungen
vorfinden, zum Schäumen zu bringen, kann es leicht vorkommen, daß die im voraus
vorgesehene Einteilung der Rohrsäulenabschnitte nicht hinreichend genau mit dem
Fraktionieren der Schaumsäule übereinstimmt; diese sich vielmehr in Zonen sehr verschiedenen
Rauminhalts aufteilt: Dann empfiehlt es sich, auf den Schäumungskolben 14 ein lotrechtes
Rohr 15 (Abb. 4.) aufzustecken, dessen Wandung dünn genug ist; um sich am Ende des
Vorganges an den geeigneten Stellen der Schaumsäule mittels eines Glasmessers abschneiden
zu lassen. In gewissen Fällen wird das Rohr ,einen sehr kleinen Innendurchmesser
aufweisen.
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Wenn das Schäumungsvermögen und der Rauminhalt der zu behandelnden
Flüssigkeit es zulassen, kann ein Apparat von der in Abb. 5 veranschaulichten Blauart
(mit einem ersten Rohr 16, das von einem Behälter 17 aus über eine Verbindungsleitung
18 mit Hähnen i9, 2o und Pumpe 2i gespeist wird) Verwendung finden. !Die Spitze
des Rohres 16 mündet bei 22 in den unteren Teil eines zweiten Rohres 23, wobei dieser
Boden entweder über einen Hahn 24 mit der Außenluft oder über einen Stutzen 25 mit
Hahn 26 und Pumpe 27 mit dem unteren Teildes erstenRohres 16 in Verbbindung stehenkann.
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Das zur Schaumbildung dienende Gas gelangt zur Kerze 2 über die Rohrleitung
3. Bei 28 ist ein Druckmesser vorgesehen.
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Der im Rohr 16 erzeugte Schaum dringt in das Rohr 23 ein, in welchem
er austropft und sich konzentriert. Die abgegebene Gasmenge kann derart geregelt
werden, daß die Höhe des Schaumes in diesem letzteren Rohr nicht über ein gewisses
Niveau hinausgeht; oder im Geigenteil derart, daß der Schaum in ein Entschäumungsrohr
9a gemäß Abb. 6 überströmt, welches beispielsweise mit einer Heizschlange i i versehen
ist. Dieses Rohr ga kann mittels einer Pfeife foa an irgendeinen der Abschnitte
des Rohres 23 angeschlossen werden.
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Die durch Austropfen des Schaumes im Rohr 23 anfallende Flüssigkeit,
die vom Schaum beispielsweise durch ein Gitter oder einen Rost 29 getrennt ist,
kann nach Belieben über den Hahn 26 und die
Pumpe 27 in die auszuziehende
Flüssiglzeitsmenge zurückgeleitet oder im Gegenteil über den Hahn 2d. aus dem Apparat
nach außen abgelassen werden. Außerdem kann das untere Ende des Rohres
23 über einen Stutzen 30 mit Hahn 31 und Pumpe 32 mit dem Behälter
r7 a und dein Zuleitungsrohr r8a eines zweiten, auf der linken Seite der Abb. 5
dargestellten Schäumungsapparates von gleichen oder anderen Abmessungen in Verbindung
gesetzt werden. -Mehrere Apparate dieser Art können auf diese Weise in Reihe geschaltet
werden.
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Die verschiedenen dargestellten Pumpen erleichtern die hydrostatischen
Regelungen.
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Bei geeigneter Wahl der Fassungsräume für die einzelnen Apparate und
entsprechender Regelung der jedem dieser Apparate zugeführten Gasmengen ist es möglich,
eine Schaumscheideanlage für Dauerbetrieb zusammenzustellen, die ähnlich wie ein
Dephlegmator für fraktionierte Destillation arbeiten kann. Die Abb. 7 zeigt ein
Schema einer derartigen Anlage mit Kaskadenschaltung der Rohre 16, 23, 33,
3d., 35, wobei die Austropfflüssigk eiten in den verschiedenen Behältern 1z aufgefangen
oder zum unteren Rohr r6 über das dargestellte Leitungs- und Hahnsystem zurückgeleitet
werden können. Hierbei kann ein Entschäumungsrohr ga wie im :Beispiel der Abb. 5
und 6 benutzt werden.
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Wie bereits erwähnt, beschränkt sich die Erfindung keineswegs auf
die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele. Obwohl in der Zeichnung
rohrförmige Behälter dargestellt sind, kann selbstverständlich die Gestalt dieser
Behälter durchaus anders und je nach den zu behandelnden Stoffen sehr verschieden
sein. In allen hier beschriebenen Apparaten können die Bläschenverteiler entweder
poröse Porzellankerzen oder gefrittete Glasdiaphragmen geeigneter Porosität oder
auch Batterien von Kapillarröhrchen sein.
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Für die Schaumerzeugung können auch andere Vorrichtungen, wie Saugstrahl-,
Einspritz- oder Giffardpumpen, benutzt werden, die den Vorteil einer großen Lebensdauer
und sehr leichter Reinigung bieten.
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Je nach den zu behandelnden und zu scheidenden Stoffen können andere
Gase als Luft oder Stickstoff benutzt werden, und deren Eigenschaften können alsdann
zur Bildung chemischer Verbindungen mit diesen Stoffen dienen.
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Wie bereits erwähnt, besitzen alle diese Apparate für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens einen Behälter, in welchem der Schaum
erzeugt wird und dessen Fassungsrauen groß genug ist, um den ganzen durch das Schäumen
erzeugten Schaum aufzunehmen. Dieser Vorgang kann gegebenenfalls bis zum größtmöglichen
Anreichern des Schaumes mit absorbierten Körpern fortgesetzt «-erden, was durch
das Austropfen des Schaumes und die Erzielung eines dem vollständigen Auszug aus
der nunmehr schäumungsunfähigen Mutterlösung entsprechenden Gleichgewichtszustan-,
des gewährleistet wird.
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Das Verfahren, die beschriebenen Apparate und ihre Abarten lassen
sehr zahlreiche Anwendungen zu. Einige dieser Anwendungsmöglichkeiten seien nachstehend
angegeben.
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Sie können zum Scheiden verschiedener Proteine, ja selbst verschiedener
Polymeren ein und desselben Polypeptids dienen. Insbesondere' ist es möglich, durch
Schaumbildung und .4ustropfeiilasseir eine verdünnte Lösung roher Gelatine von allen
warm denaturierbaren Proteinen, die sie enthält (Eiweißstoffe, Globuline usw.),
zu befreien. Diese Proteine bilden die Fraktionierungsprodukte, und gewisse von
ihnen flocken ohne jede Rückbildungsmöglichkeit in den erzielten Schaummengen aus.
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Die Anwendung der Erfindung auf kolloidale Silbersole, die gegebenenfalls
Proteine als Schutzkolloide enthalten (Kollargol oder Elektrargol), diene hier als
Beispiel, um die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens darzutun. Läßt man
ein verdünntes Kollargolsol aufschäumen, so kann durch Beobachtung mit dem bloßen
Auge oder durch Messung der Trübung oder Lichtundurchlässigkeit der im Aufschäumen
begriffenen Flüssigkeit festgestellt werden, daß diese rasch an kolloidalem Silber
ärmer wird. Bei Fortsetzung der Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann die gesamte Silbermenge aus der Flüssigkeit ausgeschieden werden. Nachdem das
ganze Silber aus der .zurückbleibenden Flüssigkeit verschwunden ist, kann diese
noch eine gewisse Menge von Proteinen enthalten, die noch nicht ausgeschieden sind,
aber durch eine weiter fortgesetzte Verschäumung mitgeführt werden.
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Eine bemerkenswerte Erscheinung besteht darin, daß während der ganzen
Dauer des Vorganges bis zur Entfernung der letzten Spuren des Silbers keinerlei
Ausflockung in der Flüssigkeit eintritt. Dagegen können die Bestandteile des Schaumes
und insbesondere die ersten Fraktionierungen ohne Rückbildungsmöglichkeit ausflocken,
wenn die benutzten Schutzkolloide durch Verschäumung denaturierbare Proteine enthalten.
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Die Kurve der Abb.8 veranschaulicht in Abhängigkeit von der Zeit t
als Abszisse (in Stunden) die Veränderung der Lichtundurchlässigkeit (in Logarithmen
log o) eines verdünnten Kollargolsols während eines Verschäumungsvorganges bei gleich-1-,leibender
Gasabgabe, wobei die Lichtundurchlässigkeit im wesentlichen der Silberkonzentration
IL gleich ist. Der Knick a der Kurve, an den sich eine Beschleunigung der Ausscheidegeschwindigkeit
des Silbers anschließt, entspricht der Zugabe einer geringen Menge Alkohols (3 Tropfen
absoluten Alkohols auf etwa 4.oo ccm Flüssigkeit) zu der Flüssigkeit während des
Verschäumens. Dieses Beispiel zeigt deutlich den obenerwähnten Einfluß von Spuren
wasserentziehender, die Oberflächenspannung beeinflussender Stoffe auf die Ergiebigkeit
des Verschäumens und Austropfenlassens von Proteinen.
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Die in Abwesenheit von Schutzkolloiden stabilen Kolloidmetallsole
(Elektrosole) können ebenfalls durch Verschäumen und Austropfenlassen ausgezogen
«-erden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beire Fraktionieren
zahlreicher Farbstoffe Anwendung finden, und als Beispilel soll nun noch das .Fraktionieren
des Methylvioletts beschrieben werden.
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Bekanntlich sind die Methylviolettfarben Mischungen von Tri-, Tetra-,
Penta- und Hexamethylpararosanalinen. Wird eine wäßrige Lösung dieses Gemisches
ohne weitere Zusätze der erfindungsgemäßen Behandlung ausgesetzt, so besteht die
erste Fraktion des Schaumes -fast ausschließlich aus dem deutlich violetten Hexamethylabkömmling
(kristallisiertes Violett), während das letzte Fraktionierungsprodukt purpurrot
ist. Die von der Patentinhaberin ausprobierte Methylviolettlösung hat ohne irgendwelchen
Zusatz :einen genügend anhaltenden Schaum ergeben, um ein gutes Austropfen zu gestatten;
nichtsdestoweniger hat gegen Ende des Vor-Banges :das Fraktionieren beschleunigt
und sehr weit durchgeführt werden können, und zwar durch Zusatz einer sehr geringen
Gelatinemenge zur Flüssigkeit derart; daß ein weit größeres Volumen .an anhaltendem
Schäum erreicht wird, als dies mit der einfachen, bereits sehr ausgezogenen Farbstofflösung
möglich wäre.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Fraktionieren zweier oder
auch mehrerer Stoffe dienen, wie aus dem nachstehenden Beispiel hervorgeht.
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Bei Behandlung einer verdünnten Gelatinelösung mit einem Gehalt an
ölsaurem Natron durch Verschäumen und Austropfenlassen werden die ersten Produkte
des Fraktionierungsvorganges ausschließlich von .Gelatine gebildet. Während des
Verschäumens einer Lösung von Gelatine und Saponin bildet das Saponin die ersten
Fraktionierungsprodukte.: Enthält die Lösung außerdem ölsaures Natron, so geht die
Scheidung in folgender Reihenfolge vor sich: Saponin, Gelatine, Oleat, d. h. nicht
etwa entsprechend den Oberflächenspannungen der einzelnen Verbindungen, sondern
entsprechend den Steifheitsgräden der von diesen gebildeten Schaumblasenhäutchen.
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Durch Beeinflussung gewisser Faktoren, wie beispielsweise .der Temperatur
oder des pli-Wertes, oder - durch. zweckmäßige Ausnutzung der - oberflächlichen
Wasserentziehung durch Spuren von Alkohol oder Aceton kann übrigens das Fraktionieren
ergänzt und in gewissen Fällen sogar die Reihenfolge des Fraktiöniervorganges geändert
werden: Aus ähnlichen Gründen können auf dieselbe Weise die verschiedenen Proteine,
die in ein und derselben Lösung enthalten sind, -oder verschiedene mehr oder weniger
polymerisierte Fraktionen ein und desselben Proteins voneinander geschieden werden.
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@So findet das Verfahren des Verschäumens und Austropfenlassens sehr
interessante Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiet der Biochemie und namentlich
zum Isolieren verschiedener in physiologischen Flüssigkeiten enthaltener Stoffe,
wie z. B. der protein- und lipoidhaltigen Stoffe des Blutserums oder verschiedener
Plasmen, sowie beim Ausscheiden von Enzymen, Ansteckungsstoffen (Filtrierviren),
Hormonen oder Vitaminen.
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Durch geeignetes Verschäumen und Austropfenlassen des Harns lassen
sich neben vielen anderen Stoffen die Albuminoi.de, Gallenfarbstoffe und gewisse
Hormone (Oestrone, Androsterone, Testosterone) ausziehen.
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Endlich ist zu bemerken, daß in den ausgetropften Schaummengen Kleinlebewesen
verschiedener Größen von den sehr viel größeren Hefepilzen (z. B. den Säccharomyceen)
bis zu sehr schwierig ausfiltrier--baren Bakterien oder Sporen mitgeführt werden
können.
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Die obigen Beispiele zeigen, daß das Verfahren der physikalischen
Scheidung und Fraktionierung durch Austropfenlassen der Schaummengen ein sehr großes
Anwendungsfeld sowohl auf rein wissenschaftlichem Gebiet als auch in der Industrie
finden kann.
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Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die wenigen
gebrachten Beispiele.