第九章膠體化學(xué)

1、膠體化學(xué)9.1 溶膠的制備9.3 溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)9.2 溶膠的光學(xué)性質(zhì)9.4 溶膠的電學(xué)性質(zhì) 把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的系統(tǒng)稱(chēng)為分散系統(tǒng)。被分散的物質(zhì)稱(chēng)為分散相（dispersed phase），而另一種呈連續(xù)分布的物質(zhì)稱(chēng)為分散介質(zhì)（dispersing medium)。例如：云，牛奶，珍珠分散體系通常有三種分類(lèi)方法：真溶液膠體分散系統(tǒng)粗分散系統(tǒng)按分散相粒子的大小分類(lèi)：按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類(lèi)：液溶膠固溶膠氣溶膠按膠體溶液的穩(wěn)定性分類(lèi)： 憎液溶膠親液溶膠1.真溶液 分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒(méi)有界面，是均勻的單相，分散相粒子半徑小于1nm 。2.膠體分散系

2、統(tǒng) 分散相粒子的半徑在1 nm100nm之間的體系。目測(cè)是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻體系。也有的將1 nm 1000 nm之間的粒子歸入膠體范疇。3.粗分散系統(tǒng) 當(dāng)分散相粒子的半徑大于1000 nm，目測(cè)是不均勻體系，放置后會(huì)沉淀或分層。分散系統(tǒng)分類(lèi)：1.液溶膠 將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。A.液-固溶膠 如油漆，AgI溶膠B.液-液溶膠 如牛奶，石油原油等乳狀液C.液-氣溶膠 如泡沫溶膠的種類(lèi)按分散相和分散介質(zhì)聚集狀態(tài)的不同，溶膠可分為以下三大類(lèi)（八個(gè)小類(lèi)）：2.固溶膠 將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。A.固-固溶膠 如有色玻璃，不完全互溶的合金B(yǎng).固-液溶膠 如珍珠，某些寶石C.固-氣

3、溶膠 如泡沫塑料，沸石分子篩3.氣溶膠 將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為固體或液體時(shí)，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒(méi)有氣-氣溶膠，因?yàn)椴煌臍怏w混合后是單相均一體系，不屬于膠體范圍。A.氣-固溶膠 如煙，含塵的空氣B.氣-液溶膠 如霧，云（1）高度分散性 粒子較大，擴(kuò)散較慢，不能透過(guò)半透膜，滲透壓高但有動(dòng)力穩(wěn)定性 和乳光現(xiàn)象。（2）多相不均勻性 粒子是由許多離子或分子聚結(jié)而成，粒子大小不一，與介質(zhì)之間有明顯的相界面，比表面很大。（3）熱力學(xué)不穩(wěn)定性 因?yàn)榱Ｗ佑泻艽蟮慕缑?，很高的界面能，因此是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。膠體系統(tǒng)的特征： 膠體的制備，或者是將粗分散系統(tǒng)進(jìn)一步分散，或者是將小分子或離

4、子聚集。制備方法大致可分為兩類(lèi)： （1）分散法 用機(jī)械、化學(xué)等方法使固體的粒子變小。 （2）凝聚法 使分子或離子聚結(jié)成膠粒。（1）研磨法 用機(jī)械粉碎的方法將固體磨細(xì)。 這種方法適用于脆而易碎的物質(zhì)，對(duì)于柔韌性的物質(zhì)必須先硬化后再粉碎。 膠體磨的形式很多，其分散能力因構(gòu)造和轉(zhuǎn)速的不同而不同。盤(pán)式膠體磨轉(zhuǎn)速約每分鐘5千 1萬(wàn)轉(zhuǎn)。 A為空心轉(zhuǎn)軸，與C盤(pán)相連，向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，B盤(pán)向另一方向旋轉(zhuǎn)。 分散相、分散介質(zhì)和穩(wěn)定劑從空心軸A處加入，從C盤(pán)與B盤(pán)的狹縫中飛出，用兩盤(pán)之間的應(yīng)切力將固體粉碎，可得1000 nm左右的粒子。分為濕法和干法。（2）解膠法，是將新鮮的凝聚膠粒重新分散在介質(zhì)中形成溶膠，并加入

5、適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑。 這種方法一般用在化學(xué)凝聚法制溶膠時(shí)，為了將多余的電解質(zhì)離子去掉，先將膠粒過(guò)濾，洗滌，然后盡快分散在含有膠溶劑的介質(zhì)中，形成溶膠。 Fe(OH)3（新鮮沉淀） Fe(OH)3 (溶膠）3FeCl加例如： 電弧法主要用于制備金、銀、鉑等金屬溶膠。制備過(guò)程包括先分散后凝聚兩個(gè)過(guò)程。(3)電弧法 將欲分散的金屬做成兩個(gè)電極，浸在水中。在水中加入少量堿作為穩(wěn)定劑。 制備時(shí)在兩電極上施加 100V 左右的直流電，調(diào)節(jié)電極之間的距離，使之發(fā)生電火花，這時(shí)表面金屬蒸發(fā)，接著金屬蒸氣立即被水冷卻而凝聚為膠粒。 （1）物理凝聚法 A. 過(guò)飽和法 改變?nèi)軇┗蛴美鋮s的方法使溶質(zhì)的溶解度降低，由于過(guò)飽和

6、，溶質(zhì)從溶劑中分離出來(lái)凝聚成溶膠。例1.用冰急驟冷卻苯的飽和水溶液，或用液態(tài)空氣冷卻硫的酒精溶液，得到苯的水溶膠或硫的醇溶膠。 例2.將硫的酒精溶液滴入水中，硫在水中溶解度變小而生成白色渾濁的硫溶膠。將汞的蒸氣通入冷水中就可以得到汞的水溶膠。4金屬鈉，2苯,5液氮。 B.蒸氣凝聚法羅金斯基（Roginskii）用此法制備堿金屬的苯溶膠。 先將體系抽真空，然后適當(dāng)加熱管2和管4，使鈉和苯的蒸氣同時(shí)在管5 外壁凝聚。停止冷凍，凝聚在外壁的混合蒸氣融化，在管3中獲得鈉的苯溶膠。 （2）化學(xué)凝聚法 利用生成不溶性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，控制析晶過(guò)程，使其停留在膠核尺度的階段，在少量穩(wěn)定劑存在下形成溶膠，這種穩(wěn)

7、定劑一般是某一過(guò)量的反應(yīng)物。例如：水解反應(yīng)制氫氧化鐵溶膠 FeCl3 （?。?3H2O （熱） Fe(OH)3 （溶膠）+3HCl 在制備溶膠的過(guò)程中，常生成一些多余的電解質(zhì)，如制備 Fe(OH)3溶膠時(shí)生成的HCl。 少量電解質(zhì)可以作為溶膠的穩(wěn)定劑，但是過(guò)多的電解質(zhì)存在會(huì)使溶膠不穩(wěn)定，容易聚沉，所以必須除去。 凈化的方法主要有滲析(dialysis) 法。 滲析法 將需要凈化的溶膠放在羊皮紙或動(dòng)物膀胱等半透膜制成的容器內(nèi)，膜外放純?nèi)軇?利用濃差因素，多余的電解質(zhì)離子不斷向膜外滲透，經(jīng)常更換溶劑，就可以?xún)艋胪改?nèi)的溶膠。 為了加快滲透作用，可加大滲透面積、適當(dāng)提高溫度或外加電場(chǎng)。 Tynd

8、all效應(yīng)已成為判別溶膠與分子溶液的最簡(jiǎn)便的方法。 1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過(guò)溶膠，從側(cè)面可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應(yīng)。 其他分散體系也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。 Tyndall效應(yīng)的另一特點(diǎn)是，不同方向觀察到的光柱有不同的顏色Tyndall效應(yīng)效應(yīng)4CuSO 溶液溶液光源光源Fe(OH)3溶膠 當(dāng)光束通過(guò)分散系統(tǒng)時(shí)，一部分自由地通過(guò)，一部分被吸收、反射或散射?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)約在400700 nm之間。 （1）當(dāng)光束通過(guò)粗分散系統(tǒng)，由于粒子大于入射光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生反射，使系統(tǒng)呈現(xiàn)混濁。 （2）當(dāng)光束通過(guò)膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)，

9、主要發(fā)生散射，可以看見(jiàn)乳白色的光柱。 （3）當(dāng)光束通過(guò)分子溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見(jiàn)散射光。 光是一種電磁波，照射溶膠時(shí)，分子中的電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子向各個(gè)方向發(fā)射與入射光頻率相同的光，這就是散射光。 分子溶液十分均勻，這種散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。 溶膠是多相不均勻系統(tǒng)，在膠粒和介質(zhì)分子上產(chǎn)生的散射光不能完全抵消，因而能觀察到散射現(xiàn)象。 如果溶膠對(duì)可見(jiàn)光中某一波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的選擇性吸收，則透過(guò)光中該波長(zhǎng)段將變?nèi)?，這時(shí)透射光將呈該波長(zhǎng)光的補(bǔ)色光。 丁鐸爾效應(yīng)丁鐸爾效應(yīng) 當(dāng)光束通過(guò)分散系統(tǒng)時(shí)，一部分自由地通過(guò)，一部分被吸收、反射

10、或散射?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)約在400760 nm之間。 （1）當(dāng)光束通過(guò)粗分散系統(tǒng)，由于粒子大于入射光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生反射，使體系呈現(xiàn)混濁。 （2）當(dāng)光束通過(guò)膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)，主要發(fā)生散射，可以看見(jiàn)乳白色的光柱。 （3）當(dāng)光束通過(guò)真溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見(jiàn)散射光。 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，導(dǎo)出了散射光總能量的計(jì)算公式，稱(chēng)為Rayleigh公式：222222004 22209() (1cos)22nnV CIIlnn式中： I0 入射光強(qiáng)度， 單位體積中粒子數(shù) 入射光波長(zhǎng)， 每個(gè)粒子的體積 分散相折射率， 分散介質(zhì)的折射

11、率nC0nV 從Rayleigh公式可得出如下結(jié)論：（2） 散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的四次方成反比。入射光波長(zhǎng)愈短，散射愈顯著。所以可見(jiàn)光中，藍(lán)、紫色光散射作用強(qiáng)。（3）分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈大，則散射光愈強(qiáng)。（4）散射光強(qiáng)度與粒子的數(shù)密度成正比。（1）單位體積的散射光強(qiáng)度與每個(gè)粒子體積的平方成正比。 普通顯微鏡分辨率不高，只能分辨出半徑在200 nm以上的粒子，所以看不到膠體粒子。 超顯微鏡分辨率高，可以研究半徑為5150 nm的粒子。 超顯微鏡觀察的不是膠粒本身，而是觀察膠粒發(fā)出的散射光。是用普通顯微鏡來(lái)觀察Tyndall效應(yīng)。 超顯微鏡是目前研究憎液溶膠非常有用的手段之一狹縫式超顯

12、微鏡 1. 狹縫式 照射光從碳弧光源射出，經(jīng)可調(diào)狹縫由透鏡會(huì)聚，從側(cè)面射到盛膠體溶液的樣品池中 超顯微鏡的目鏡看到的是膠粒的散射光。顯微鏡可調(diào)狹縫碳弧電源膠體如果溶液中沒(méi)有膠粒，視野將是一片黑暗。配有心形聚光器的顯微鏡 2. 有心形聚光器 目鏡在黑暗的背景上看到的是膠粒發(fā)出的的散射光膠體心形聚光器 這種超顯微鏡有一個(gè)心形腔，上部視野涂黑，強(qiáng)烈的照射光通入心形腔后不能直接射入目鏡，而是在腔壁上幾經(jīng)反射，改變方向，最后從側(cè)面會(huì)聚在試樣上顯微鏡 從超顯微鏡可以獲得哪些有用信息？（1） 可以測(cè)定球狀膠粒的平均半徑。（2） 間接推測(cè)膠粒的形狀和不對(duì)稱(chēng)性。例如，球狀 粒子不閃光，不對(duì)稱(chēng)的粒子在向光面變化時(shí)

13、有 閃光現(xiàn)象。（3） 判斷粒子分散均勻的程度。粒子大小不同，散 射光的強(qiáng)度也不同。（4） 觀察膠粒的Brown運(yùn)動(dòng) 、電泳、沉降和凝聚等 現(xiàn)象。 1827 年植物學(xué)家 Brown 用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。 后來(lái)又發(fā)現(xiàn)許多其它物質(zhì)如煤、 化石、金屬等的粉末也都有類(lèi)似的現(xiàn)象。人們稱(chēng)微粒的這種運(yùn)動(dòng)為Brown運(yùn)動(dòng)。 但在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒(méi)有得到闡明。 1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究Brown運(yùn)動(dòng)提供了物質(zhì)條件。 用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則“之”字形的運(yùn)動(dòng)，從而能夠測(cè)出在一定時(shí)間內(nèi)粒子的平均位移。 通過(guò)大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，B

14、rown運(yùn)動(dòng)越激烈。其運(yùn)動(dòng)激烈的程度不隨時(shí)間而改變，但隨溫度的升高而增加。 1905年和1906年Einstein和Smoluchowski分別闡述了Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。 認(rèn)為Brown運(yùn)動(dòng)是分散介質(zhì)分子以不同大小和方向的力對(duì)膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的。當(dāng)半徑大于5 m，Brown運(yùn)動(dòng)消失。 由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隨著粒子增大，撞擊的次數(shù)增多，而作用力抵消的可能性亦大。 Einstein認(rèn)為，溶膠粒子的Brown運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)類(lèi)似，平均動(dòng)能為 。并假設(shè)粒子是球形的，運(yùn)用分子運(yùn)動(dòng)論的一些基本概念和公式，得到Brown運(yùn)動(dòng)的公式為：32kT式中 是在觀察時(shí)間

15、t內(nèi)粒子沿x軸方向的平均位移；xr為膠粒的半徑；為介質(zhì)的黏度；L為Avogadro常數(shù)。 123RTtxLr 這個(gè)公式把粒子的位移與粒子的大小、介質(zhì)黏度、溫度以及觀察時(shí)間等聯(lián)系起來(lái)。 膠粒也有熱運(yùn)動(dòng)，因此也與溶液中溶質(zhì)相似具有擴(kuò)散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。 由于分子的熱運(yùn)動(dòng)和膠粒的布朗運(yùn)動(dòng)，在有濃度梯度存在時(shí)，物質(zhì)粒子會(huì)發(fā)生宏觀上的定向遷移現(xiàn)象，稱(chēng)為擴(kuò)散。這就是菲克（Fick）第一定律。 式中D為擴(kuò)散系數(shù)，其物理意義為：?jiǎn)挝粷舛忍荻?、單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位截面積的質(zhì)量。 式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降低的方向， 0。ddcxddntdd= ddsncDAtx 用公式表示為： 膠

16、粒也有熱運(yùn)動(dòng)，因此也具有擴(kuò)散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。 如圖所示，在CDFE的桶內(nèi)盛溶膠，在某一截面AB的兩側(cè)溶膠的濃度不同，c1c2 由于分子的熱運(yùn)動(dòng)和膠粒的Brown運(yùn)動(dòng)，可以觀察到膠粒從c1區(qū)向c2區(qū)遷移的現(xiàn)象，這就是膠粒的擴(kuò)散作用。 設(shè)通過(guò)AB面的擴(kuò)散質(zhì)量為m，則擴(kuò)散速度為 ，它與濃度梯度和AB截面積A成正比。ddmt 如圖所示，設(shè)任一平行于AB面的截面上濃度是均勻的，但水平方向自左至右濃度變稀，梯度為 。ddcx這就是斐克第一定律。 式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降低的方向， 0。ddcxddmtddddmcDAtx 用公式表示為： 式中D為擴(kuò)散系數(shù)，其物理意義為：

17、單位濃度梯度、單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位截面積的質(zhì)量。在ABFE體積內(nèi)粒子凈增速率為(1)-(2)，dd()d (3)ddcDAxxx離開(kāi)EF面的擴(kuò)散量為：ddd()d (2)dddccDAxxxx設(shè)進(jìn)入AB面的擴(kuò)散量為：d (1)dcDAx斐克第二定律適用于濃度梯度變化的情況單體積內(nèi)粒子濃度隨時(shí)間的變化率為22dd()d dddddddcDAxccxxDtA xx若考慮到擴(kuò)散系數(shù)受濃度的影響，則ddd()dddccDtxx這就是斐克第二定律。這個(gè)斐克第二定律的表示式是擴(kuò)散的普遍公式。 由于膠粒不能透過(guò)半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電解質(zhì)離子可以透過(guò)半透膜，所以有從化學(xué)勢(shì)高的一方向化學(xué)勢(shì)低的一方自發(fā)滲透的

18、趨勢(shì)。 溶膠的滲透壓可以借用稀溶液滲透壓公式計(jì)算：nRTV 由于憎液溶膠不穩(wěn)定，濃度不能太大，所以測(cè)出的滲透壓及其它依數(shù)性質(zhì)都很小。 但是親液溶膠或膠體的電解質(zhì)溶液，可以配制高濃度溶液，用滲透壓法可以求它們的摩爾質(zhì)量。 溶膠是高度分散系統(tǒng)，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于Brown運(yùn)動(dòng)促使?jié)舛融呌诰弧?當(dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時(shí)，粒子的分布達(dá)到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。 這種平衡稱(chēng)為沉降平衡。 達(dá)沉降平衡時(shí)，粒子隨高度分布的情況與氣體類(lèi)似，可用高度分布定律 如圖所示，設(shè)容器截面積為A，粒子為球型，半徑為 r，粒子與介質(zhì)的密度分別為 和 ，在 x1和x2處單位

19、體積的粒子數(shù)分別N1，N2， 為滲透壓，g為重力加速度。 粒子介質(zhì) 在高度為dx的這層溶膠中，使N個(gè)粒子下降的重力為：120121lnhhRTMgCC 對(duì)于微小粒子在重力場(chǎng)中的沉降平衡，貝林(Perrin)導(dǎo)出平衡時(shí)粒子數(shù)密度隨高度分布的分布定律： 電動(dòng)現(xiàn)象溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu) 擴(kuò)散雙電層理論 （1）吸附 膠粒在形成過(guò)程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。 例如：在AgI溶膠的制備過(guò)程中，如果AgNO3過(guò)量，則膠核優(yōu)先吸附Ag+離子，使膠粒帶正電；如果KI過(guò)量，則優(yōu)先吸附I -離子，膠粒帶負(fù)電。在固體表面的帶電離子稱(chēng)為定位離子 固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因如下：固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因如下：

20、（2）電離 對(duì)于可能發(fā)生電離的大分子的溶膠而言，則膠粒帶電主要是其本身發(fā)生電離引起的 例如蛋白質(zhì)分子，當(dāng)它的羧基或胺基在水中解離時(shí)，整個(gè)大分子就帶負(fù)電或正電荷。當(dāng)介質(zhì)的pH較低時(shí)，蛋白質(zhì)分子帶正電，pH較高時(shí)，則帶負(fù)電荷 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子所帶的凈電荷為零時(shí)，這時(shí)介質(zhì)的pH稱(chēng)為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)分子的移動(dòng)已不受電場(chǎng)影響，它不穩(wěn)定且易發(fā)生凝聚。 固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因如下： （3 3）同晶置換 黏土礦物中如高嶺土，主要由鋁氧四面體和硅氧四面體組成，而與周?chē)?個(gè)氧的電荷不平衡，要由或等正離子來(lái)平衡電荷。 這些正離子在介質(zhì)中會(huì)電離并擴(kuò)散，所以使黏土微粒帶負(fù)電。如果被或同晶置換，則黏土微

21、粒帶的負(fù)電更多。固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因如下： （4）溶解量的不均衡 離子型固體物質(zhì)如AgI，在水中會(huì)有微量的溶解，所以水中會(huì)有少量的銀離子和碘離子。 例如：將AgI制備溶膠時(shí)，由于Ag+較小，活動(dòng)能力強(qiáng)，擴(kuò)散快，比I-容易脫離晶格而進(jìn)入溶液，使AgI膠粒帶負(fù)電。電泳、電滲，流動(dòng)電勢(shì)和沉降電勢(shì)均屬于電動(dòng)現(xiàn)象 影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；粒子表面電荷的數(shù)目；介質(zhì)中電解質(zhì)的種類(lèi)、離子強(qiáng)度，pH值和黏度；電泳的溫度和外加電壓等。 帶電膠粒或大分子在外加電場(chǎng)的作用下向帶相反電荷的電極作定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為電泳。 從電泳現(xiàn)象可以獲得膠粒或大分子的結(jié)構(gòu)、大小和形狀等有關(guān)信息。 測(cè)定電泳的儀器

22、和方法很多，主要有三類(lèi)，即顯微電泳、界面移動(dòng)電泳和區(qū)域電泳。 首先在漏斗中裝上待測(cè)溶膠，U型管下部活塞內(nèi)徑與管徑相同。 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，打開(kāi)底部活塞，使溶膠進(jìn)入U(xiǎn)型管，當(dāng)液面略高于左、右兩活塞時(shí)即關(guān)上，并把多余溶膠吸走。在管中加入分散介質(zhì)，使兩臂液面等高。 小心打開(kāi)活塞 ，接通電源，觀察液面的變化。若是無(wú)色溶膠，必須用紫外吸收等光學(xué)方法讀出液面的變化。 根據(jù)通電時(shí)間和液面升高或下降的刻度計(jì)算電泳速度。 另外要選擇合適的介質(zhì)，使電泳過(guò)程中保持液面清晰。 該方法簡(jiǎn)單、快速，膠體用量少，可以在膠粒所處的環(huán)境中測(cè)定電泳速度和電動(dòng)電位。但只能測(cè)定顯微鏡可分辨的膠粒，一般在200 nm以上。 裝置中用鉑黑電極

23、，觀察管用玻璃毛細(xì)管。電泳池是封閉的，電泳和電滲同時(shí)進(jìn)行 物鏡觀察位置選在靜止層處（即電滲流動(dòng)與反流動(dòng)剛好相消），這時(shí)觀察到的膠粒運(yùn)動(dòng)速度可以代表真正的電泳速度。 區(qū)帶電泳實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便、易行，樣品用量少，分離效率高，是分析和分離蛋白質(zhì)的基本方法。 常用的區(qū)帶電泳有：紙上電泳，圓盤(pán)電泳和板上電泳等。 將惰性的固體或凝膠作為支持物，兩端接正、負(fù)電極，在其上面進(jìn)行電泳，從而將電泳速度不同的各組成分離。 a.紙上電泳 用濾紙作為支持物的電泳稱(chēng)為紙上電泳。堿性緩沖溶液移動(dòng)方向+樣品濾紙條 先將一厚濾紙條用一定pH的緩沖溶液浸濕，在濾紙中央滴少量待測(cè)溶液，兩端浸在含緩沖溶液和電極的容器中 通電后，各組分因電泳

24、速度不同以譜帶形式分開(kāi)。將紙條干燥后浸入染料溶液中著色，再進(jìn)行分析。 a.紙上電泳 在生物化學(xué)中常用電泳法分離和區(qū)別各種氨基酸和蛋白質(zhì)。 在醫(yī)學(xué)中利用血清在紙上的電泳，在紙上可得到不同蛋白質(zhì)前進(jìn)的次序，反映了其運(yùn)動(dòng)速度，以及從譜帶的寬度反映其中不同蛋白質(zhì)含量的差別 a.紙上電泳 健康人和肝硬變患者的血清蛋白電泳圖 健康人肝硬變患者清蛋白清蛋白 a.紙上電泳 人體血清（左）和血漿（右）的電泳圖 AA b. 凝膠電泳 用淀粉凝膠、瓊膠或聚丙烯酰胺等凝膠作為載體，則稱(chēng)為凝膠電泳。 將凝膠裝在玻管中，電泳后各組分在管中形成圓盤(pán)狀，稱(chēng)為圓盤(pán)電泳 凝膠電泳的分辨率極高。例如，紙上電泳只能將血清分成五個(gè)組分

25、，而用聚丙烯酰胺凝膠作的圓盤(pán)電泳可將血清分成25個(gè)組分。如果將凝膠鋪在玻板上進(jìn)行的電泳稱(chēng)為平板電泳 C.板上電泳 自20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的毛細(xì)管電泳則是最快的分析化學(xué)研究領(lǐng)域之一。 在外加電場(chǎng)作用下，帶電的介質(zhì)通過(guò)多孔性物質(zhì)或半徑為110 nm的毛細(xì)管作定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電滲。 外加電解質(zhì)對(duì)電滲速度影響顯著，隨著電解質(zhì)濃度的增加，電滲速度降低，甚至?xí)淖冸姖B的方向。 電滲方法有許多實(shí)際應(yīng)用，如溶膠凈化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。 在U型管1,2中盛電解質(zhì)溶液，將電極5,6接通直流電后，可從有刻度的毛細(xì)管 4中，準(zhǔn)確地讀出液面的變化。 圖中，3為多孔膜，可以用濾紙、玻璃或棉花等構(gòu)

26、成；也可以用氧化鋁、碳酸鋇、AgI等物質(zhì)構(gòu)成。 如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)向陰極移動(dòng)；反之，多孔膜吸附陽(yáng)離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽(yáng)極移動(dòng)。 在重力場(chǎng)的作用下，帶電的分散相粒子，在分散介質(zhì)中迅速沉降時(shí)，使底層與表面層的粒子濃度懸殊，從而產(chǎn)生電勢(shì)差，這就是沉降電勢(shì)。 貯油罐中的油內(nèi)常會(huì)有水滴，水滴的沉降會(huì)形成很高的電勢(shì)差，有時(shí)會(huì)引發(fā)事故。通常在油中加入有機(jī)電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，降低沉降電勢(shì)。 含有離子的液體在加壓或重力等外力的作用下，流經(jīng)多孔膜或毛細(xì)管時(shí)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。 這種因液體流動(dòng)而產(chǎn)生的電勢(shì)稱(chēng)為流動(dòng)電勢(shì)。 因?yàn)楣鼙跁?huì)吸附某種離子，使固體表面帶電，電荷從固體到液體有個(gè)分布梯度。 在用

27、泵輸送原油或易燃化工原料時(shí)，要使管道接地或加入油溶性電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，防止流動(dòng)電勢(shì)可能引發(fā)的事故。 當(dāng)外力迫使擴(kuò)散層移動(dòng)時(shí)，流動(dòng)層與固體表面之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，當(dāng)流速很快時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花。 在四種電動(dòng)現(xiàn)象中，以電泳和電滲最為重要。通過(guò)電動(dòng)現(xiàn)象的研究，可以進(jìn)一步了解膠體粒子的結(jié)構(gòu)以及外加電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響。 還有電泳涂漆、高嶺土的精煉、天然石油乳狀液中油水的分離以及不同蛋白質(zhì)的分離等。當(dāng)前工業(yè)上的靜電除塵，實(shí)際上就是煙塵氣溶膠的電泳現(xiàn)象。 電泳的應(yīng)用：使橡膠的乳狀液汁凝結(jié)而使其濃縮，可以使橡膠電鍍?cè)诮饘佟⒉计セ蚰静纳?，這樣鍍出的橡膠容易硫化，可以得到拉力很強(qiáng)的產(chǎn)品。 當(dāng)固體與液體接觸

28、時(shí)，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。 早在1879年，Helmholz提出了平板型模型； 1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了擴(kuò)散雙電層模型；后來(lái)Stern又提出了Stern模型。 Helmholtz認(rèn)為固體的表面電荷與溶液中的反號(hào)離子構(gòu)成平行的兩層，如同一個(gè)平板電容器。整個(gè)雙電層厚度為 固體與液體總的電位差即等于熱力學(xué)電勢(shì)0 ，在雙電層內(nèi)，熱力學(xué)電勢(shì)呈直線下降。 在電場(chǎng)作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)和反離子分別向相反方向運(yùn)動(dòng)。 這模型過(guò)于簡(jiǎn)單，由于離子熱運(yùn)動(dòng)，不可能形成平板電容器+ + + + + + + + + + +Helmholtz雙電層模型雙電層模型0-