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吸收

吸收(英语:absorption,日语:すいとる),一般用在医药科学、物理学、生物学里,和生产、排泄意思相对。

1、物体把外界的某些物质吸到内部,正常人体所需要的营养物质和水都是经过消化道吸收进入人体的2、接纳;接受3、机体从环境中摄取营养物质到体内的过程4、物质从一种介质进入另一种介质相的现象。在物理学上是光子能量由另一个物体,通常是原子的电子,拥有的过程,因此电磁能会转换成为其它的形式,例如热能。波传导的过程中,光线的吸收通常称为衰减。例如,一个原子价电子在两个不同能阶之间转换,在这个过程中光子将被摧毁,被吸收的能量会以辐射能或热能的形式再释放出来。虽然在某些情况下 (通常是光学中),介质会因为穿过的波强度和饱和吸收(或非线性吸收)发生时会改变它透明度,但通常情况下,波的吸收与强度无关 (线性吸收)。

气象气候,全球和地区的温度很大的程度取决于大气层气体 (如温室效应)和地面的吸收和辐射。

医学,不同组织对X射现有不同程度的吸收 (特别是骨骼),这是X射线影像的基础。一个具体的例子是使用在卫星连线设计中的计算大气电波衰减。

化学材料科学,不同的材料和分子对不同的频率有不同程度的吸收,这些参数可以用于材料的鉴定。

光学,太阳眼镜、滤色镜、染料、和这一类的其它材料被设计成对特定的可见波长有一定得吸收量。

生物学,光合生物需要吸收适合叶绿体活动范围的波长,使光的能量可以转换成糖和分子内的化学能量

物质在消化道内被消化后,其分解产物通过粘膜上皮细胞进入血液和淋巴。食物在消化道内经过消化,最终分解成葡萄糖氨基酸等能够被人体吸收的物质。

机体从环境中摄取营养物质到体内的过程。单细胞动物直接从生活的环境中摄取营养物质 ;多细胞动物消化管(腔)内,各种食物的消化产物和水分、盐类等物质通过消化道上皮细胞进入血液和淋巴的过程,以及脊椎动物肾小管中的物质重新转运到血液,都属于吸收。吸收的方式多种式样,但都是为了供应机体营养和保持机体内环境的恒定。

吸收:物质吸取其他实物或能量的过程。气体被液体或固体吸取,或液体被固体所吸取。在吸收过程中,一种物质将另一种物质吸进体内与其融和或化合。例如,硫酸或石灰吸收水分,血液吸收营养,毡毯,矿物棉,软质纤维板及膨胀珍珠岩等材料可吸收噪声,用化学木浆或棉浆制成纸质粗松的吸墨纸,用来吸干墨水,吸收气体或液体的固体,往往具有多孔结构。当声波,光波,电磁波的辐射,投射到介质表面时,一部分被 表面反射,一部分被吸收而转变为其他形式的能量,当能量在介质中沿某一方向传播时,随入射深度逐渐被介质吸收。

单细胞生物高等动物,营养物的吸收过程都是物质分子穿过细胞膜进入细胞内,或再由细胞内穿过另一侧的细胞膜离开细胞,进入组织液或血液。随着生物的进化,对不同物质的专一性的特殊吸收机制占有更重要地位。以哺乳动物的小肠吸收为例,可将吸收的一般机制归纳为单纯扩散、易化扩散、主动转运。

单纯扩散  (自由扩散)。即物质的分子从浓度高的区域进入浓度低的区域。细胞膜是处于细胞内液和细胞外液之间的一层脂质膜,因此,只有能溶于脂质的物质分子,才有可能由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散(又称弥散)。单纯扩散方式的吸收过程不消耗能量,物质分子依浓度梯度或电位梯度移动。单纯扩散不是小肠吸收营养物质的重要方式。

易化扩散  (协助扩散)。物质分子在细胞膜内的特异性蛋白质分子(载体)协助下,通过细胞膜的扩散过程,这种易化扩散同单纯扩散一样,也是从浓度高的一侧,通过膜而透向浓度低的一侧。某些非脂溶性的物质的吸收即通过这种方式。易化扩散不需要消耗代谢能量

主动转运  (主动运输)。一种需要消耗细胞代谢的能量,可以逆电化学梯度进行的物质通过膜的转运。例如,小肠内的葡萄糖氨基酸就是以主动方式逆浓度差转运的。④内吞。种系发生上原始的摄入食物的方式。是通过细胞膜的内陷包围食物颗粒或伸出伪足把食物颗粒卷入细胞内。小肠对一些大分子物质和物质团块,如完整的蛋白质、甘油三酯,可用内吞方式吸收。

消化管不同部位的吸收能力有很大差异,这主要与消化管各部位的组织结构、食物在该部位停留时间的长短和食物被分解的程度等因素有关。在正常情况下,口腔和食管基本上没有吸收功能,胃仅能吸收少量的水、无机盐和酒精。小肠吸收葡萄糖、氨基酸、甘油、脂肪酸、大部分水、无机盐和维生素,大部份营养成份在小肠内已吸收完毕,小肠内容物进入大肠时已经不含有多少可被吸收的物质了。大肠主要吸收水份、无机盐和部分维生素。

糖的吸收  糖在小肠中几乎全部是以单糖的形式被吸收的。对葡萄糖和半乳糖的吸收很快,而且能逆浓度梯度进行属典型的主动转运方式。有些糖,如山梨糖、木糖、阿拉伯糖的吸收是简单的扩散过程,果糖则介于两者之间。葡萄糖的主动性吸收需要Na+的存在,在无Na+的情况下,葡萄糖则以易化扩散方式被吸收。一般认为,对葡萄糖主动吸收的机制在于葡萄糖和Na+的转运相耦联。它们的关系是:在小肠上皮细胞的刷状缘膜上的载体与Na+相结合,然后再与葡萄糖结合,形成“Na+-葡萄糖-载体”复合物,即载体只在携有Na+的情况下才能和葡萄糖结合。“Na+-葡萄糖-载体"复合物依靠Na+的电化学梯度从膜的肠腔面移行至细胞内液中。细胞内高浓度的葡萄糖再从细胞底面进入细胞下间隙,此后进入血液(图2)。

蛋白质的吸收  食用的蛋白质几乎完全被消化酶水解为氨基酸后才能被吸收。氨基酸的吸收也是主动性转运,其机制类似葡萄糖的吸收。

脂肪的吸收  脂肪或甘油三酯在肠腔内被胰脂肪酶分解为 2个分子的游离脂肪酸(FFA)和1分子的甘油乙酯。这两种分解产物是脂溶性的。它们在吸收前必须先与胆汁酸形成水溶性的微胶粒,才能通过覆盖小肠上皮表面的水层。这样的脂类微胶粒在到达吸收面后,又分离出FFA和甘油一酯,两者则可通过细胞膜扩散入细胞内。脂肪酸和甘油一酯在细胞内的光滑内质网内重新合成甘油三酯。以甘油三酯和胆固醇酯等非极性物质为核心,周围以极性较大的载脂蛋白和磷脂等为外壳,从而形成乳糜微粒。乳糜微粒的大小颇不一致,其范围为750~5000埃。当载脂蛋白和磷脂合成发生障碍时,乳糜微粒的体积就加大。乳糜微粒在高尔基器被包装为分泌小泡,小泡移向细胞的侧膜,并与侧膜融合,通过出胞作用而被释入细胞旁间隙,穿过基底膜和固有膜,最后进入淋巴管,至此才完成脂肪吸收的全过程。

吸收:药物从给药部位进入血液循环的过程称吸收,除直接注入血管者外,一般都要经过细胞膜的转运。皮下或肌肉注射给药只通过毛细血管壁即可吸收。口服则先要通过胃肠粘膜,弱酸性药可在胃内吸收,但大部分均在肠内吸收,在胃肠内经过毛细血管,首先进入肝门静脉。某些药物在通过肠粘膜及肝脏灭活代谢后,进入体循环的药量减少,这叫首过效应,如口服硝酸甘油,大约99-可被首过效应而灭活失效,改用舌下给药可不经肝门静脉,破坏较少而作用较快。此外影响吸收的因素有pH值、溶解度,给药部位及生物可用度(剂型)等,均使吸收存在较大差异。

在化学工业中,经常需将气体混合物中的各个组分加以分离,其目的是:

①回收或捕获气体混合物中的有用物质,以制取产品;

②除去工艺气体中的有害成分,使气体净化,以便进一步加工处理;或除去工业放空尾气中的有害物,以免污染大气。

实际过程往往同时兼有净化与回收双重目的。

气体混合物的分离,总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的。根据不同性质上的差异,可以开发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一,它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。

如图3所示。

A+B混合气即吸收尾气

S溶剂

A+S叫吸收液

A溶质

B叫惰性气体(化工术语,注意与初等化学中的概念区分)或叫惰性成分

今以煤气脱苯为例,说明吸收操作的流程(图4)。在炼焦及制取城市煤气的生产过程中,焦炉煤气内含有少量的苯、甲苯类低烃的蒸气(约35克/立方米)应予以分离回收。所用的吸收溶剂为该工艺生产过程的副产物,即煤焦油的精制品称为洗油。

回收苯系物质的流程包括吸收和解吸两大部分。含苯煤气在常温下由底部进入吸收塔,洗油从塔顶淋入,塔内装有木栅等填充物。在煤气与洗油的接触过程中,煤气中的苯蒸气溶于洗油,使塔顶离去的煤气苯含量降至某允许值(〈2克/立方米),而溶有较多苯系溶质的洗油(称富油)由吸收塔底排出。为取出富油中的苯并使洗油能够再次使用(称溶剂的再生),在另一个称为解吸塔的设备中进行与吸收相反的操作:解析。为此,可先将富油预热至170℃左右由解吸塔顶淋下,塔底通入过热水蒸气。洗油中的苯在高温下逸出而被水蒸气带走,经冷凝分层将水除去,最终可得苯类液体(粗苯),而脱除溶质的洗油(称贫油)经冷却后可作为吸收溶剂再次送入吸收塔循环使用。

由此可见,采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下列问题:

①选择合适的溶剂,使能选择性的溶解某个(或某些)被分离组分;

②提供适当的传质设备以实现气液两的接触,使被分离组分得以自气相转移至液相(吸收)或相反(解吸);

③溶剂的再生,即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。

总之,一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组成部分。

吸收操作是气液两相之间的接触传质过程,吸收操作的成功与否在很大程度上决定于溶剂的性质,特别是溶剂与气体混合物之间的相平衡关系。根据物理化学中有关相平衡的知识可知,评价溶剂优劣的主要依据应包括以下几点。

(1)溶剂应对混合气中被分离组分(下称溶质)有较大的溶解度,或者说在一定的温度与浓度下,溶质的平衡分压要低。这样,从平衡角度来说,处理一定量混合气体所需的溶剂量较少,气体中溶质的极限残余浓度亦可降低;就过程速率而言,溶质平衡分压低,过程推动力大,传质速率快,所需设备的尺寸小。

(2)溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小,即溶剂应具有较高的选择性。如果溶剂的选择性不高,它将同时吸收气体混合物中的其他组分,这样的吸收操作只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的分离。

(3)溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感,即不仅在低温下溶解度要大,平衡分压要小,而且随温度升高,溶解度应迅速下降,平衡分压应迅速上升。这样,被吸收的气体容易解吸,溶剂再生方便。

(4)溶剂的蒸气压要低,以减少吸收和再生过程中溶剂的挥发损失。

(5)溶剂应有较好的化学稳定性,以免使用过程中发生变质。

(6)溶剂应有较低的粘度,且在吸收过程中不易产生泡沫,以实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。必要时,可在溶剂中加入少量消泡剂。

(7)溶剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安全条件。

实际上很难找到一个理想的溶剂能够满足所有这些要求,因此,应对可供选用的溶剂作全面的评价,以便作出经济、合理的选择。

气体中各组分因在溶剂中物理溶解度的不同而被分离的吸收操作称为物理吸收,上述煤气脱苯即为一例。在物理吸收中的溶质与溶剂的结合力较弱,解吸比较方便。

但是,一般气体在溶剂中的溶解度不高。利用适当的化学反应,可大幅度地提高溶剂对气体的吸收能力。例如,二氧化碳在水中的溶解度甚低,但若以碳酸钾水溶液吸收二氧化碳时,则在液相中发生碳酸钾、二氧化碳和水生成碳酸氢钾的化合反应从而使碳酸钾水溶液具有较高的吸收二氧化碳的能力。同时,化学反应本身的高度选择性必定赋予吸收操作以高度选择性。可见,利用化学反应大大扩展了吸收操作的应用范围,此种利用化学反应而实现吸收的操作称为化学吸收。

作为化学吸收可被利用的化学反应一般应满足以下条件。

(1)可逆性 如果该反应不可逆,溶剂将难以再生和循环使用。例如,用氢氧化钠吸收二氧化碳时,因生成碳酸钠而不易再生,势必消耗大量氢氧化钠。自然,若反应产物本身即为过程的产品时又另当别论。

(2)较高的反应速率 若所用的化学反应其速度较慢,则应研究加入适当的催化剂以加快反应速率。

吸收测量

吸收率是物体吸收入多少射光的量化 (不是所有的光子都被吸收,有些是被反射折射所取代)。这与物质的一些性质有关,可以经由比尔-朗伯定律推算。

精确的度量在各种不同波长的吸收量,凭借著吸收光谱学可以鉴定物质的特性,让光线从样品的一侧射入,并在所有的方向上测量离开样品的光的强度。像是紫外-可见光谱、红外光谱、和X光吸收光谱,是在频谱的不同部分,一些吸收光谱的例子。

吸收的操作费用主要包括:

①气、液两相流经吸收设备的能量消耗;

②溶剂的挥发损失和变质损失;

③溶剂的再生费用,即解吸操作费。

此三者中犹其以再生费用所占的比例最大。

常用的解吸方法有升温、减压、吹气,其中升温与吹气特别是两者同时使用最为常见。溶剂在吸收与解吸设备之间循环,其间的加热与冷却、泄压与加压必消耗较多的能量。如果溶剂的溶解能力差,离开吸收设备的溶剂中溶质浓度低,则所需的溶剂循环量必大,再生时的能量消耗也大。同样,若溶剂的溶解能力对温度变化不敏感,所需解吸温度较高,溶剂再生的能耗也将增大。

若吸收了溶质以后的溶液是过程的产品,此时不再需要溶剂的再生,这种吸收过程自然是最经济的。

吸收设备有多种形式,但以塔式最常用。按器、液两相接触方式的不同可将吸收设备分为级式接触与微分接触两大类。图5为这两类设备中典型的吸收塔示意图。在图5a所示的板式吸收塔中,气体与液体为逐级逆流接触。气体自下而上通过板上小孔逐版上升,在每一板上与溶剂接触,其中可溶组分被部分的溶解。在此类设备中,气体每上升一块塔板,其可溶组分的浓度阶跃式地降低;溶剂逐板下降,其可溶组分的浓度则阶跃式地升高。但,在级式接触过程中所进行的吸收过程仍可不随时间而变,为定态连续过程。

在图5b所示设备中,液体呈膜状沿壁流下,此为湿壁塔或降膜塔。更常见的是在塔内充以诸如瓷环之类的填料,液体自塔顶均匀淋下并沿填料表面下流,气体通过填料间的空隙上升与液体作连续的逆流接触。在这种设备中,气体中的可溶组分不断地被吸收,其浓度自下而上连续地降低;液体则相反,其中可溶组分的浓度则由上而下连续地增高,此乃微分接触式的吸收设备。

级式与微分接触两类设备不仅用于气体吸收,同样也用于液体精馏、萃取等其它传质单元操作。两类设备可采用完全不同的计算方法。

定态和非定态操作

上述两种不同接触方式的传质设备中所进行的吸收或其它传质过程可以是定态的连续过程,即设备内的过程参数都不随时间而变;也可以是非定态的,即间歇操作或脉冲式的操作。

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