醫(yī)學(xué)膠體醫(yī)學(xué)知識(shí)宣講專題課件

膠體醫(yī)學(xué)知識(shí)宣講作者:林毅單位:武漢大學(xué)第五章

膠體Colloid第一節(jié)

分散系統(tǒng)及膠體分散系第二節(jié)溶膠第三節(jié)高分子溶液第四節(jié)表面活性劑和乳狀液溶膠的基本性質(zhì)；膠團(tuán)結(jié)構(gòu)及表示式；溶膠的穩(wěn)定性因素及聚沉作用。

膠體分散系的特點(diǎn)；高分子溶液的穩(wěn)定性與破壞條件；表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在溶液中的狀態(tài)。膠體分散系、分散度的概念、氣溶膠與PM2.5的意義；高分子溶液與溶膠的區(qū)別、高分子溶液的形成特點(diǎn)；兩種類型的乳狀液、乳化作用。分散系統(tǒng)及膠體分散系第一節(jié)一、分散系統(tǒng)及其分類把研究對(duì)象作為系統(tǒng)，一種或數(shù)種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的系統(tǒng)稱為分散系（dispersionsystem）。被分散的物質(zhì)稱為分散相（dispersedphase）。容納分散相的連續(xù)介質(zhì)稱為分散介質(zhì)（dispersionmedium）。相：系統(tǒng)中物理和化學(xué)性質(zhì)相同的組成部分。第一節(jié)分散系統(tǒng)及膠體分散系分散系的分類分散相粒子大小分散系類型一般性質(zhì)實(shí)例<1nm真溶液均相；熱力學(xué)穩(wěn)定；分散相粒子擴(kuò)散快，能透過(guò)濾紙和半透膜NaCl、NaOH水溶液等1~100nm膠體分散系均相或非均相；熱力學(xué)穩(wěn)定或不穩(wěn)定；分散相粒子擴(kuò)散慢，能透過(guò)濾紙，不能透過(guò)半透膜氫氧化鐵溶膠、蛋白質(zhì)水溶液等>100nm粗分散系非均相；熱力學(xué)不穩(wěn)定；分散相粒子不能透過(guò)濾紙和半透膜泥漿等第一節(jié)分散系統(tǒng)及膠體分散系二、膠體分散系

膠體分散系（colloidalsystems）

介于真溶液和粗分散系兩者之間的分散系統(tǒng)。其分散相的粒子的大小為1~100nm，可以是一些小分子、離子或原子的聚集體，也可以是單個(gè)的大分子。分散介質(zhì)可以是液體、氣體或是固體。包括：

溶膠（sol） 高分子溶液（macromolecularsolution） 締合膠體（associatedcolloid）第一節(jié)分散系統(tǒng)及膠體分散系一些膠體的例子分散介質(zhì)分散相名稱實(shí)例氣體液體氣溶膠霧氣體固體氣溶膠煙液體氣體泡沫膠生奶油液體液體乳狀液牛奶液體固體溶膠油漆，細(xì)胞液固體氣體泡沫浮石固體液體凝膠果凍固體固體固體溶膠紅寶石玻璃第一節(jié)分散系統(tǒng)及膠體分散系三、膠體分散系的特性1.分散度

分散相在分散介質(zhì)中分散的程度。常用比表面來(lái)表示。

比表面：?jiǎn)挝惑w積物質(zhì)所具有的表面積。S0=S/V

實(shí)例：當(dāng)r=0.62

cm的水滴分散成r=10-7

cm時(shí)，S0增加了7個(gè)數(shù)量級(jí)，表面性質(zhì)十分突出。2.表面能表面層分子比內(nèi)部分子多出一部分能量，稱為表面能。第一節(jié)分散系統(tǒng)及膠體分散系液體、固體有自動(dòng)縮小表面積的趨勢(shì)。小液滴聚集變大縮小表面積，可降低表面能。表面積減小過(guò)程是自發(fā)過(guò)程。這個(gè)結(jié)論對(duì)固體物質(zhì)同樣適用。高度分散的溶膠比表面大，所以表面能也大，它們有自動(dòng)聚積成大顆粒而減少表面積的趨勢(shì)，稱為聚結(jié)不穩(wěn)定性。界面：相與相之間的接觸面如：液-氣、固-氣、液-液、固-液等表面：液-氣界面、固-氣界面第一節(jié)分散系統(tǒng)及膠體分散系溶膠第二節(jié)分散相：膠粒（由數(shù)目巨大的原子/分子/離子構(gòu)成的聚集體）分散介質(zhì)：固體、液體、氣體基本特性：多相性、高度分散性、聚結(jié)不穩(wěn)定性第二節(jié)溶膠一、溶膠的定義二、溶膠的基本性質(zhì)溶膠的光學(xué)性質(zhì)溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)溶膠的電學(xué)性質(zhì)第二節(jié)溶膠1.溶膠的光學(xué)性質(zhì)Tyndall效應(yīng)(Tyndalleffect)溶膠區(qū)別于真溶液的基本特征本質(zhì)：光散射現(xiàn)象Fe(OH)3FeCl3Fe(OH)3FeCl3第二節(jié)溶膠Tyndall現(xiàn)象產(chǎn)生的原因當(dāng)分散粒子直徑＜入射光波長(zhǎng)，光波可繞過(guò)粒子前進(jìn)且迫使粒子振動(dòng)。二次波源向各方發(fā)射散射光。特性散射光強(qiáng)度與單位體積內(nèi)膠粒數(shù)成正比；散射光強(qiáng)度與膠粒體積成正比；散射光強(qiáng)度與波長(zhǎng)成反比；分散相與分散介質(zhì)折射率的差愈大，散射光愈強(qiáng)。第二節(jié)溶膠2.溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)布朗運(yùn)動(dòng)(Brownianmovement)由于介質(zhì)分子的熱運(yùn)動(dòng)不斷地撞擊著膠體粒子所引起的現(xiàn)象。第二節(jié)溶膠Brown運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生原因：處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的介質(zhì)分子不斷撞擊膠粒。某一瞬間膠粒受到各方撞擊力不均，向合力方向移動(dòng)。第二節(jié)溶膠擴(kuò)散和沉降平衡沉降(sedimentation)：密度大于分散介質(zhì)的膠粒，在重力作用下下沉而與流體分離的過(guò)程稱沉降。擴(kuò)散(diffusion)：膠粒存在濃度差時(shí)，膠粒將從濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域移動(dòng)的現(xiàn)象稱擴(kuò)散。沉降平衡(sedimentation

equilibrium)：當(dāng)沉降速度=擴(kuò)散速度時(shí)，系統(tǒng)達(dá)平衡，形成一個(gè)濃度梯度，此狀態(tài)稱沉降平衡。

v擴(kuò)散

＝

v沉降

第二節(jié)溶膠3.溶膠的電學(xué)性質(zhì)電泳：在外電場(chǎng)作用下，帶電膠粒在介質(zhì)中定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱電泳。產(chǎn)生原因：膠粒帶電運(yùn)動(dòng)物質(zhì)：膠粒__________+－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋第二節(jié)溶膠電滲：在外電場(chǎng)作用下，液體介質(zhì)通過(guò)多孔膜向其所帶電荷相反的電極方向定向移動(dòng)的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：介質(zhì)帶電運(yùn)動(dòng)物質(zhì)：介質(zhì)第二節(jié)溶膠__________+－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋[Fe(OH)3]m溶膠的結(jié)構(gòu)例：Fe(OH)3溶膠FeCl3(aq)+3H2O(l)→Fe(OH)3(aq)+3HCl

(aq)Fe(OH)3(s)+HCl(aq)→FeOCl(aq)+2H2O

(l)FeOCl(aq)→FeO+(aq)+Cl-(aq)＋＋＋＋＋膠核界面的選擇性吸附第二節(jié)溶膠膠團(tuán)的雙電層結(jié)構(gòu)[Fe(OH)3]m＋＋＋＋＋－－－－－膠核吸附層擴(kuò)散層

{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-例：Fe(OH)3溶膠膠核吸附層擴(kuò)散層膠粒膠團(tuán)第二節(jié)溶膠膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)膠核表面因荷電而結(jié)合水，吸附的反離子也水合，給膠粒覆蓋了一層水合膜。膠粒運(yùn)動(dòng)時(shí)水合膜層以及膜層內(nèi)的反離子一起運(yùn)動(dòng)。這部分水合膜層稱為吸附層；其余反離子呈擴(kuò)散狀態(tài)分布在吸附層周圍，形成與吸附層荷電性質(zhì)相反的擴(kuò)散層。這種由吸附層和擴(kuò)散層構(gòu)成的電性相反的兩層結(jié)構(gòu)稱為擴(kuò)散雙電層。第二節(jié)溶膠例：利用AgNO3和KI制備AgI溶膠。(1)若用去20mL

0.02

mol/L的KI溶液與100mL

0.02

mol/L的AgNO3溶液，試寫(xiě)出此溶膠結(jié)構(gòu)式。(2)若用去100mL

0.02

mol/L的KI溶液與20mL

0.02

mol/L的AgNO3溶液，試寫(xiě)出此溶膠結(jié)構(gòu)式。

{[AgI]m·nAg+·(n-x)NO3-}x+·xNO3-解：

Ag＋(aq)＋I(xiàn)－(aq)＝AgI(s)(1)由于溶液中Ag＋過(guò)量，此溶膠結(jié)構(gòu)式為：

{[AgI]m·nI-·(n-x)K+}x-·xK+(2)由于溶液中I－過(guò)量，此溶膠結(jié)構(gòu)式為：第二節(jié)溶膠膠核表面分子的離解例：硅膠的膠核由xSiO2.yH2O分子組成，表面的H2SiO3分子可以離解。

H2SiO3(溶膠) HSiO3-(aq)+H+(aq)HSiO3-(aq) SiO32-(aq)+H+(aq)第二節(jié)溶膠三、溶膠的穩(wěn)定因素1.膠粒帶電

帶電膠粒間存在靜電排斥力，阻止膠粒接近合并變大。

加熱溶膠至膠粒動(dòng)能增大到克服靜電斥力時(shí)就會(huì)聚沉。2.膠粒表面的水合膜

水合膜層愈厚，膠粒愈穩(wěn)定。3.Brown運(yùn)動(dòng)第二節(jié)溶膠電解質(zhì)作用：加入電解質(zhì)可迫使反離子更多進(jìn)入吸附層，擴(kuò)散層變薄，穩(wěn)定性下降。四、溶膠的聚沉Cl-離子圍繞Fe(OH)3膠粒PO43-離子圍繞Fe(OH)3膠粒第二節(jié)溶膠臨界聚沉濃度：一定量溶膠在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度。（反映電解質(zhì)聚沉能力的大?。?/p>

1.負(fù)離子聚沉正溶膠，正離子聚沉負(fù)溶膠；

2.反離子電荷大，聚沉能力強(qiáng)；

3.同價(jià)離子聚沉能力接近，但 正離子：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

負(fù)離子：F-＞Cl->Br->I->CNS- 4.一些有機(jī)物離子具有非常強(qiáng)的聚沉能力。規(guī)則第二節(jié)溶膠不同電解質(zhì)對(duì)幾種溶膠的臨界聚沉濃度（mmol·L-1）As2S3（負(fù)溶膠）AgI（負(fù)溶膠）Al2O3（正溶膠）電解質(zhì)臨界聚沉濃度/

mmol·L-1電解質(zhì)臨界聚沉濃度/

mmol·L-1電解質(zhì)臨界聚沉濃度/

mmol·L-1LiCl58LiNO3165NaCl43.5NaCl51NaNO3140KCl46KCl49.5KNO3136KNO360KNO350RbNO3126

CaCl20.65Ca(NO3)22.40K2SO40.30MgCl20.72Mg(NO3)22.60K2Cr2O70.63MgSO40.81Pb(NO3)22.43K2C2O40.69AlCl30.093Al(NO3)30.067K3[Fe(CN)6]0.08Al2(SO4)30.096La(NO3)30.069

Al(NO3)30.095Ce(NO3)30.069

第二節(jié)溶膠Shulze-Hardy規(guī)則電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉作用，有如下規(guī)律：反離子的價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力愈強(qiáng)；一價(jià)、二價(jià)、三價(jià)反離子的臨界聚沉濃度之比近似為(1/1)6:(1/2)6:(1/3)6=100:1.8:0.14即臨界聚沉濃度與離子價(jià)數(shù)的六次方成反比。第二節(jié)溶膠溶膠相互聚沉：帶相反電荷的溶膠有相互聚沉能力。

例如：明礬凈水高分子化合物對(duì)溶膠的保護(hù)作用(a)和敏化作用(b)。第二節(jié)溶膠五、氣溶膠（aerosol）由極小的固體或液體粒子懸浮在氣體介質(zhì)中所形成的分散系統(tǒng)稱為氣溶膠。煙、霧、霾的分散度較高，易形成細(xì)顆粒物漂浮在空氣中，是PM2.5檢測(cè)物的主要成分。氣溶膠分散相粒子直徑的大致范圍第二節(jié)溶膠高分子溶液第三節(jié)高分子化合物：?jiǎn)蝹€(gè)分子相對(duì)分子量在1萬(wàn)以上的大分子包括：蛋白質(zhì)、核酸、糖原、存在體液中重要物質(zhì) 人體肌肉、組織、天然橡膠等來(lái)源：天然、合成第三節(jié)高分子溶液高分子溶液與溶膠性質(zhì)比較膠體物質(zhì)相同性質(zhì)不同性質(zhì)溶膠分散相粒子大小1~100nm多相Tyndall現(xiàn)象明顯熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)對(duì)電解質(zhì)敏感高分子溶液擴(kuò)散速率慢均相Tyndall現(xiàn)象微弱熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)對(duì)電解質(zhì)不太敏感締合膠體不能透過(guò)半透膜均相熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)第三節(jié)高分子溶液結(jié)構(gòu)特征一般具有碳鏈，碳鏈由大量稱為鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)單位連接而成，鏈節(jié)重復(fù)的次數(shù)叫聚合度，以n表示。天然橡膠鏈節(jié)為異戊二烯單位(-C5H8-)。纖維素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，鏈節(jié)為葡萄糖單位(-C6H10O5-)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位是氨基酸。第三節(jié)高分子溶液一、高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及溶液的形成高分子化合物是不同聚合度的同系物分子組成的混和物，它的聚合度和相對(duì)分子質(zhì)量指的都是平均值。高分子化合物分子鏈的長(zhǎng)度以及鏈節(jié)的連接方式并不相同，因而形成線狀或分枝狀結(jié)構(gòu)。第三節(jié)高分子溶液柔性和分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)內(nèi)旋轉(zhuǎn)：分子鏈中許多C-C單鍵，C原子以sp3雜化，單鍵能在鍵角不變條件下繞鍵軸旋轉(zhuǎn)。柔性：內(nèi)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致碳鏈構(gòu)型改變，高分子長(zhǎng)鏈兩端的距離也隨之改變。第三節(jié)高分子溶液高分子溶液的形成溶脹：溶劑進(jìn)入高分子鏈，導(dǎo)致化合物舒展，體積成倍增長(zhǎng)。高分子化合物先溶脹，后溶解。與水分子親和力很強(qiáng)的高分子化合物形成水合膜：穩(wěn)定性的主要原因。上：高分子化合物在良溶劑中下：高分子化合物在不良溶劑中第三節(jié)高分子溶液二、聚電解質(zhì)溶液蛋白質(zhì)等高分子化合物在水溶液中往往以離子形式存在，稱為聚電解質(zhì)（polyelectrolyte）。特征：鏈上有荷電基團(tuán)很多電荷密度很大對(duì)極性溶劑分子的親合力很強(qiáng)分為陽(yáng)離子、陰離子、兩性離子三類第三節(jié)高分子溶液等電狀態(tài)和等電點(diǎn)等電點(diǎn)（isoelectricpoint）pI恰好使高分子上（蛋白質(zhì)）所帶正電荷量與負(fù)電荷量相等時(shí)溶液的pH，稱為等電點(diǎn)。第三節(jié)高分子溶液蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)等電點(diǎn)蛋白質(zhì)等電點(diǎn)蛋白質(zhì)等電點(diǎn)魚(yú)精蛋白12.0~12.4肌凝蛋白6.2~6.6卵白蛋白4.6~4.9細(xì)胞色素C9.8~10.3胰島素5.3~5.35胃蛋白酶4.6肌紅蛋白7.0乳清蛋白5.1~5.2酪蛋白2.7~3.0血紅蛋白6.7~7.1白明膠4.7~4.9絲蛋白2.0~2.4pH>pI，蛋白質(zhì)形成負(fù)離子。pH<pI，蛋白質(zhì)形成正離子。pH=pI，蛋白質(zhì)以兩性離子存在。第三節(jié)高分子溶液三、高分子溶液的穩(wěn)定與破壞穩(wěn)定因素：高度溶劑化穩(wěn)定性破壞：改變pH：蛋白質(zhì)在pI時(shí)溶解度降低；加大量電解質(zhì)：降低水合程度；溫度變化。第三節(jié)高分子溶液感膠離子序：陰、陽(yáng)離子鹽析能力的順序

SO42->C6H5O73->C4H4O62->CH3COO->CI->NO3->Br->I->CNS-NH4+>K+>Na+>Li+鹽析（saltingout）：因加大量無(wú)機(jī)鹽使蛋白質(zhì)從溶液中沉淀析出的作用。原因：無(wú)機(jī)離子水合作用強(qiáng)烈，使蛋白質(zhì)的水合程度大為降低，

穩(wěn)定因素受到破壞。第三節(jié)高分子溶液有機(jī)溶劑：于蛋白質(zhì)溶液中加入與水作用強(qiáng)烈的有機(jī)溶劑也能降

低蛋白質(zhì)的水合程度，蛋白質(zhì)因脫水而沉淀。對(duì)少量電解質(zhì)不太敏感：因高分子溶液是高度水化系統(tǒng)，加少電

解質(zhì)不足以破壞水合層。第三節(jié)高分子溶液四、高分子溶液的滲透壓力和膜平衡高分子溶液的滲透壓力將高分子溶液與溶劑用半透膜隔開(kāi)，可產(chǎn)生滲透現(xiàn)象；滲透壓力變化不符合van’tHoff公式；濃度改變時(shí)，滲透壓力的增加比濃度的增加要大得多。原因：高分子鏈的空隙間束縛著大量溶劑，濃度增大，單位體積內(nèi)溶劑的有效分子數(shù)明顯減小。第三節(jié)高分子溶液高分子溶液的滲透壓力高分子溶液滲透壓力π與溶液的質(zhì)量濃度ρB(g·L-1)的關(guān)系：以π/ρB對(duì)ρB作圖得直線，外推至ρB

→0時(shí)截距為RT/Mr。

第三節(jié)高分子溶液膜平衡或Donnan平衡用半透膜隔開(kāi)時(shí)，小離子能透過(guò)而聚電解質(zhì)離子不能，為保持溶液的電中性，平衡時(shí)小離子在膜兩側(cè)分布不均勻。第三節(jié)高分子溶液平衡時(shí)，

v左=v右

[Na+]左×[Cl-]左=[Na+]右×[Cl-]右

x= 或 =

當(dāng)c1>>c2時(shí)，х≈0，膜外幾乎一點(diǎn)也不透入膜內(nèi)。

當(dāng)c2>>c1時(shí)，х≈c2/2

，膜內(nèi)外NaCl濃度近似相等。

當(dāng)c2=c1時(shí)，х≈c2/3，1/3的NaCl透入膜內(nèi)。第三節(jié)高分子溶液凝膠高分子溶液粘度變大，失去流動(dòng)性，形成有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的半固態(tài)物質(zhì)，稱為凝膠（gel）。剛性凝膠：粒子間交聯(lián)強(qiáng)，網(wǎng)狀骨架堅(jiān)固，若將其干燥，網(wǎng)孔中的液體可被驅(qū)出，凝膠的體積和外形無(wú)明顯變化。彈性凝膠：由柔性高分子化合物形成，干燥后，體積明顯縮小，有彈性，再放到合適的液體中，它又會(huì)溶脹變大，甚至完全溶解。第三節(jié)高分子溶液表面活性劑和乳狀液第四節(jié)一、表面活性劑1.表面活性劑：能顯著降低水的表面張力的物質(zhì)。表面張力升高：NaCl、NH4Cl等無(wú)機(jī)鹽及蔗糖、甘露醇等多羥基有機(jī)物；