胶体粒子的结构与胶体的聚沉

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胶体聚沉的原理应用

胶体聚沉的原理应用

胶体聚沉的原理应用1. 胶体聚沉的概念胶体聚沉是指通过物理方法将胶体颗粒沉降到液体底部,达到分离液相和固相的目的。

胶体是指由微观颗粒悬浮在液体中的物质,其颗粒直径一般在1纳米到1微米之间。

胶体聚沉是利用重力沉降效应,通过加速胶体颗粒的沉降速度,使其迅速沉淀到液体底部。

胶体聚沉可以应用于各个领域,如环境科学、材料科学、生物科学等。

2. 胶体聚沉的原理胶体聚沉的原理实质上是重力沉降原理。

胶体颗粒在液体中受到重力作用而沉降,其速度可以由斯托克斯公式计算:\[ v = \frac{{2 g (\rho_p - \rho_f) r^2}}{9 \eta} \]其中,v为胶体颗粒的沉降速度,g为重力加速度,\(\rho_p\)为胶体颗粒的密度,\(\rho_f\)为液体的密度,r为胶体颗粒的半径,\(\eta\)为液体的粘度。

3. 胶体聚沉的应用胶体聚沉在各个领域都有广泛的应用。

3.1 环境科学在环境科学领域,胶体聚沉主要用于废水处理和沉积物污染的处理。

•废水处理:胶体聚沉可以用于去除废水中的悬浮颗粒和胶体物质,从而净化废水。

例如,在污水处理厂中,可以利用胶体聚沉将废水中的胶体颗粒聚集并沉淀到底部,从而实现污水的净化。

•沉积物污染处理:胶体聚沉可以用于处理沉积物的污染问题。

例如,在河流和湖泊中,会有大量的胶体颗粒悬浮在水中,胶体聚沉可以用于将其聚集并沉降到底部,从而减少水体中的胶体污染物浓度。

3.2 材料科学在材料科学领域,胶体聚沉主要用于制备纳米颗粒和薄膜材料。

•制备纳米颗粒:胶体聚沉可以用于制备纳米颗粒。

通过控制胶体颗粒的大小和形状,可以制备出具有不同性质和功能的纳米颗粒。

这对于材料科学的研究和应用具有重要意义。

•制备薄膜材料:胶体聚沉可以用于制备薄膜材料。

通过让胶体颗粒在液体中聚集并聚沉到底部,可以形成一层致密的颗粒堆积,从而制备出具有一定厚度和特殊结构的薄膜材料。

3.3 生物科学在生物科学领域,胶体聚沉主要用于细胞分离和生物分子的纯化。

胶体的稳定性和聚沉作用

胶体的稳定性和聚沉作用

8.4 胶体的稳定性和聚沉作用8.4.1 溶胶的稳定根据胶体的各种性质。

溶胶稳定的原因可归纳为:(1) 溶胶的动力稳定性胶粒因颗粒很小,布朗运动较强,能克服重力影响不下沉而保持均匀分散。

这种性质称为溶胶的动力稳定性。

影响溶胶动力稳定性的主要因素是分散度。

分散度越大,颗粒越小,布朗运动越剧烈,扩散能力越强,动力稳定性就越大,胶粒越不溶易下沉。

此外分散介质的粘度越大,胶粒与分散介质的密度差越小,溶胶的动力稳定性也越大,胶粒也越不溶易下沉。

(2) 胶粒带电的稳定作用下图表示的是一个个胶团。

蓝色虚线圆是扩散层的边界,虚线圆以外没有净电荷,呈电中性。

因此,当两个胶团不重迭时,如左图,它们之间没有静电作用力,只有胶粒间的引力,这种引力与它们之间距离的三次方成反比,这和分子之间的作用力(分子之间的作用力与分子之间距离的六次方成反比)相比,是一种远程力,这种远程力驱使胶团互相靠近。

当两个胶团重迭时,如右图,它们之间就产生静电排斥力。

重叠越多,静电排斥力越大。

如果静电排斥力大于胶粒之间的吸引力,两胶粒相撞后又分开,保持了溶胶的稳定。

胶粒必须带有一定的电荷才具有足够的静电排斥力,而胶粒的带电量与ζ电势的绝对值成正比。

因此,胶粒具有一定的ζ电势是胶粒稳定的主要原因。

(3) 溶剂化的稳定作用物质和溶剂之间所起的化合作用称为溶剂化,溶剂若为水,则称水化。

憎液溶胶的胶核是憎水的,但它吸附的离子都是水化的,因此增加了胶粒的稳定性。

由于紧密层和分散层中的离子都是水化的,这样在胶粒周围形成了水化层。

实验证明,水化层具有定向排列+ + ++ ++ + + - - -- - -- - 胶核 + + + + + + + + - - - - - - - - 胶核结构,当胶粒接近时,水化层被挤压变形,它有力图恢复定向排列结构的能力,使水化层具有弹性,这成了胶粒接近时的机械阻力,防止了溶胶的聚沉。

以上影响溶胶稳定的三种因素中,尤以带电因素最重要。

高中化学:胶体的性质知识点

高中化学:胶体的性质知识点

高中化学:胶体的性质知识点1.胶体的性质与作用:(1)丁达尔效应:由于胶体粒子直径在1~100nm之间,会使光发生散射,可以使一束直射的光在胶体中显示出光路.(2)布朗运动:①定义:胶体粒子在做无规则的运动.②水分子从个方向撞击胶体粒子,而每一瞬间胶体粒子在不同方向受的力是不同的.(3)电泳现象:①定义:在外加电场的作用下,胶体粒子在分散剂里向电极作定向移动的现象.②解释:胶体粒子具有相对较大的表面积,能吸附离子而带电荷.扬斯规则表明:与胶体粒子有相同化学元素的离子优先被吸附.以AgI胶体为例,AgNO3与KI反应,生成AgI溶胶,若KI过量,则胶核AgI吸附过量的I-而带负电,若AgNO3过量,则AgI吸附过量的Ag+而带正电.而蛋白质胶体吸附水而不带电.③带电规律:1°一般来说,金属氧化物、金属氢氧化物等胶体微粒吸附阳离子而带正电;2°非金属氧化物、金属硫化物、硅酸、土壤等胶体带负电;3°蛋白质分子一端有-COOH,一端有-NH2,因电离常数不同而带电;4°淀粉胶体不吸附阴阳离子不带电,无电泳现象,加少量电解质难凝聚.④应用:1°生物化学中常利用来分离各种氨基酸和蛋白质.2°医学上利用血清的纸上电泳来诊断某些疾病.3°电镀业采用电泳将油漆、乳胶、橡胶等均匀的沉积在金属、布匹和木材上.4°陶瓷工业精练高岭土.除去杂质氧化铁.5°石油工业中,将天然石油乳状液中油水分离.6°工业和工程中泥土和泥炭的脱水,水泥和冶金工业中的除尘等.(4)胶体的聚沉:①定义:胶体粒子在一定条件下聚集起来的现象.在此过程中分散质改变成凝胶状物质或颗粒较大的沉淀从分散剂中分离出来..②胶粒凝聚的原因:外界条件的改变1°加热:加速胶粒运动,减弱胶粒对离子的吸附作用.2°加强电解质:中和胶粒所带电荷,减弱电性斥力.3°加带相反电荷胶粒的胶体:相互中和,减小同种电性的排斥作用.通常离子所带荷越高,聚沉能力越大.③应用:制作豆腐;不同型号的墨水不能混用;三角洲的形成.2.胶体的制备:1)物理法:如研磨(制豆浆、研墨),直接分散(制蛋白胶体)2)水解法:Fe(OH)3胶体:向20mL沸蒸馏水中滴加1mL~2mL FeCl3饱和溶液,继续煮沸一会儿,得红褐色的Fe(OH)3胶体.离子方程式为:Fe3++3H2O=Fe(OH)3(胶体)+3H+3)复分解法:AgI胶体:向盛10mL 0.01mol•L-1KI的试管中,滴加8~10滴0.01mol•L-1AgNO3,边滴边振荡,得浅黄色AgI胶体.硅酸胶体:在一大试管里装入5mL~10mL 1mol•L-1HCl,加入1mL水玻璃,然后用力振荡即得.离子方程式分别为:Ag++I-=AgI(胶体)↓SiO32-+2H++2H2O=H4SiO4(胶体)↓复分解法配制胶体时溶液的浓度不宜过大,以免生成沉淀.3.常见胶体的带电情况:(1)胶粒带正电荷的胶体有:金属氧化物、金属氢氧化物.例如Fe(OH)3、Al(OH)3等;(2)胶粒带负电荷的胶体有:非金属氧化物、金属硫化物、硅酸胶体、土壤胶体;(3)胶粒不带电的胶体有:淀粉胶体.特殊的,AgI胶粒随着AgNO3和KI相对量不同,而带正电或负电.若KI过量,则AgI胶粒吸附较多I-而带负电;若AgNO3过量,则因吸附较多Ag+而带正电。

胶体知识点详解

胶体知识点详解

★胶体的本质特征:分散质微粒的直径在1nm ~ 100nm之间。

胶体是以分散质粒子大小为特征的,它只是物质的一种存在形式,如NaCl溶于水形成溶液,如果分散在酒精中可形成胶体。

可见,同种分散质在不同的分散剂中可以得到不同的分散系。

胶体★胶体结构:一般认为在胶体粒子的中心,是一个由许多分子聚集而成的固体颗粒,叫做胶核。

在胶核的表面常常吸附一层组成类似的、带相同电荷的离子。

当胶核表面吸附了离子而带电后,在它周围的液体中,带相反电性的离子会扩散到胶核附近,并与胶核表面电荷形成扩散双电层。

扩散双电层由两部分构成:(1)吸附层:胶核表面吸附着的离子,由于静电引力,又吸引了一部分带相反电荷的离子(简称反离子),形成吸附层。

(2)扩散层:除吸附层中的反离子外,其余的反离子扩散分布在吸附层的外围。

距离吸附层的界面越远,反离子浓度越小,到了胶核表面电荷影响不到之处,反离子浓度就等于零。

从吸附层界面(图中虚线)到反离子浓度为零的区域叫做扩散层。

吸附层的离子紧挨着胶核,跟胶核吸附得比较牢固,它跟随胶核一起运动。

扩散层跟胶核距离远一些,容易扩散。

通常把胶核和吸附层共同组成的粒子称为胶粒,把胶核、吸附层和扩散层统称为胶团。

★胶体带电的原因:是由于胶体是高分散的多相体系,具有巨大的界面(总表面积),因而有很强的吸附能力。

它能有选择地吸附介质中的某种离子,而形成带电的胶粒。

这里以AgI胶体为例来说明。

包围着AgI胶核的是扩散双电层(吸附层和扩散层),胶核和吸附层构成了胶粒,胶粒和扩散层形成的整体为胶团,在胶团中吸附离子的电荷数与反离子的电荷数相等,因此胶粒是带电的,而整个胶团是电中性的。

式中的m是AgI分子数,m的值常常很大,n的数值比m小得多;(n-x)是包含在吸附层中的反离子数;x为扩散层中的反离子数。

由于胶核对吸附层的吸引能力较强,对扩散层的吸引能力弱,因此在外加电场(如通直流电)作用下,胶团会从吸附层与扩散层之间分裂,形成带电荷的胶粒而发生电泳现象。

胶体聚沉胶体的稳定性和聚沉作用

胶体聚沉胶体的稳定性和聚沉作用

胶体聚沉胶体的稳定性和聚沉作用胶体的稳定性和聚沉作用摘要:化学物品胶体已经广泛应用于现代生活,了解胶体的稳定性和聚沉作用对于我们高效利用有很大帮助。

关键词:稳定性胶体聚沉电解质溶胶的稳定根据胶体的各种性质。

溶胶稳定的原因可归纳为:(1)溶胶的动力稳定性胶粒因颗粒很小,布朗运动较强,能克服重力影响不下沉而保持均匀分散。

这种性质称为溶胶的动力稳定性。

影响溶胶动力稳定性的主要因素是分散度。

分散度越大,颗粒越小,布朗运动越剧烈,扩散能力越强,动力稳定性就越大,胶粒越不溶易下沉。

此外分散介质的粘度越大,胶粒与分散介质的密度差越小,溶胶的动力稳定性也越大,胶粒也越不溶易下沉。

(2) 胶粒带电的稳定作用下图表示的是一个个胶团。

蓝色虚线圆是扩散层的边界,虚线圆以外没有净电荷,呈电中性。

因此,当两个胶团不重迭时,如左图,它们之间没有静电作用力,只有胶粒间的引力,这种引力与它们之间距离的三次方成反比,这和分子之间的作用力(分子之间的作用力与分子之间距离的六次方成反比)相比,是一种远程力,这种远程力驱使胶团互相靠近。

当两个胶团重迭时,如右图,它们之间就产生静电排斥力。

重叠越多,静电排斥力越大。

如果静电排斥力大于胶粒之间的吸引力,两胶粒相撞后又分开,保持了溶胶的稳定。

胶粒必须带有一定的电荷才具有足够的静电排斥力,而胶粒的带电量与 电势的绝对值成正比。

因此,胶粒具有一定的 电势是胶粒稳定的主要原因。

(3) 溶剂化的稳定作用物质和溶剂之间所起的化合作用称为溶剂化,溶剂若为水,则称水化。

憎液溶胶的胶核是憎水的,但它吸附的离子都是水化的,因此增加了胶粒的稳定性。

由于紧密层和分散层中的离子都是水化的,这样在胶粒周围形成了水化层。

实验证明,水化层具有定向排列结构,当胶粒接近时,水化层被挤压变形,它有力图恢复定向排列结构的能力,使水化层具有弹性,这成了胶粒接近时的机械阻力,防止了溶胶的聚沉。

以上影响溶胶稳定的三种因素中,尤以带电因素最重要。

第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉

第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
5-2 空间稳定理论 2 吸附聚合物层如何对胶体产生稳定作用? 静电斥力位能 减少Hamaker常数 空间斥力位能
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
5-2 空间稳定理论 3 空间斥力位能 VRS 的构成
VRS VRe VRE VRO VRH
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
讨论: 电解质和高聚物都可以引起溶胶的聚沉,分 别说明它们引起聚沉的原因。

(1) 压缩扩散层 (2)吸附聚沉

电解质引起聚沉的原因:
高聚物引起聚沉的原因:
(1) 搭桥效应 (2) 脱水效应 (3) 电中和效应
(2)影响位能的因素 A值的影响 当κ、ψ0不变时: A↑,吸力位能↑,势垒↓
(2)影响位能的因素 Ψ0值的影响 ψ0↑,斥力位能↑,势垒↑
(2)影响位能的因素 电解质浓度的影响 n0↑,势垒↑ 通过κ影响: n0↑, κ↑, 势垒↓ 有一最佳稳定值
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
(3)聚沉理论 1900年舒尔兹一哈迪(Schulze-Hardy) 发现: 电解质中的反号离子才影响分散体系的稳定 性。
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
5-3 空缺稳定理论 1 高聚物对胶体的稳定可分为哪两种类型? “空间稳定”和“空位稳定” 2 什么是负吸附?空位层? 3 空位稳定的吸力效应和斥力效应 吸力效应如何产生? 浓度差 渗透压 吸力 斥力效应如何产生? 分离过程 非自发过程 吉布斯函数增 大 斥力位能
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
1 胶粒双电层重叠时的静电斥力 斥力位能UR (1)两平面粒子双电层重叠时的斥力位能
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉

胶体的稳定性和聚沉作用

胶体的稳定性和聚沉作用

胶体的稳定性和聚沉作用摘要:化学物品胶体已经广泛应用于现代生活,了解胶体的稳定性和聚沉作用对于我们高效利用有很大帮助。

关键词:稳定性胶体聚沉电解质溶胶的稳定根据胶体的各种性质。

溶胶稳定的原因可归纳为:(1)溶胶的动力稳定性胶粒因颗粒很小,布朗运动较强,能克服重力影响不下沉而保持均匀分散。

这种性质称为溶胶的动力稳定性。

影响溶胶动力稳定性的主要因素是分散度。

分散度越大,颗粒越小,布朗运动越剧烈,扩散能力越强,动力稳定性就越大,胶粒越不溶易下沉。

此外分散介质的粘度越大,胶粒与分散介质的密度差越小,溶胶的动力稳定性也越大,胶粒也越不溶易下沉。

(2) 胶粒带电的稳定作用下图表示的是一个个胶团。

蓝色虚线圆是扩散层的边界,虚线圆以外没有净电荷,呈电中性。

因此,当两个胶团不重迭时,如左图,它们之间没有静电作用力,只有胶粒间的引力,这种引力与它们之间距离的三次方成反比,这和分子之间的作用力(分子之间的作用力与分子之间距离的六次方成反比)相比,是一种远程力,这种远程力驱使胶团互相靠近。

当两个胶团重迭时,如右图,它们之间就产生静电排斥力。

重叠越多,静电排斥力越大。

如果静电排斥力大于胶粒之间的吸引力,两胶粒相撞后又分开,保持了溶胶的稳定。

胶粒必须带有一定的电荷才具有足够的静电排斥力,而胶粒的带电量与ζ电势的绝对值成正比。

因此,胶粒具有一定的ζ电势是胶粒稳定的主要原因。

(3) 溶剂化的稳定作用物质和溶剂之间所起的化合作用称为溶剂化,溶剂若为水,则称水化。

憎液溶胶的胶核是憎水的,但它吸附的离子都是水化的,因此增加了胶粒的稳定性。

由于紧密层和分散层中的离子都是水化的,这样在胶粒周围形成了水化层。

实验证明,水化层具有定向排列结构,当胶粒接近时,水化层被挤压变形,它有力图恢复定向排列结构的能力,使水化层具有弹性,这成了胶粒接近时的机械阻力,防止了溶胶的聚沉。

以上影响溶胶稳定的三种因素中,尤以带电因素最重要。

溶胶的聚沉溶胶中的分散相颗粒相互聚结而变大,以至最后发生沉降的现象称为聚沉。

高二化学胶体的特性聚沉的条件原理-胶体与胶粒的关系图解-丁达尔效应

高二化学胶体的特性聚沉的条件原理-胶体与胶粒的关系图解-丁达尔效应

胶体•胶体:胶体:分散质粒子直径在10-9m~10-7m之间的分散系胶粒直径的大小是胶体的本质特征胶体可分为固溶胶、液溶胶、气溶胶①常见的液溶胶:Fe(OH)3、AgI、牛奶、豆浆、粥等②常见的气溶胶:雾、云、烟等;③常见的固溶胶:有色玻璃、烟水晶等胶体的性质:丁达尔效应:①当光束通过氢氧化铁胶体时,可以看到一条光亮的通路,这条光亮的通路是由于胶体粒子对光线散射(光波偏离原来方向而分散传播)形成的,即为丁达尔效应。

②布朗运动:粒子在不停地、无秩序的运动③电泳:胶体粒子带有电荷,在电场的作用下,胶体粒子在分散剂里定向移动。

一般来讲:金属氢氧化物,金属氧化物的胶粒吸附阳离子,胶体微粒带正电荷;非金属氧化物,金属硫化物的胶体胶粒吸附阴离子,胶体微粒带负电荷。

④胶体聚沉:向胶体中加入少量电解质溶液时,由于加入的阳离子(或阴离子)中和了胶体粒子所带的电荷,使胶体粒子聚集成为较大的颗粒,从而形成沉淀从分散剂里析出。

该过程不可逆。

••胶体的特性:(1)丁达尔效应当一束光通过胶体时,胶体内会出现一条光亮的通路,这是由胶体粒子对光线散射而形成的,利用丁达尔效应可区分胶体和浊液。

(2)介稳性:胶体的稳定性介于溶液和浊液之间,在一定条件下能稳定存在,但改变条件就有可能发生聚沉。

(3)聚沉:给胶体加热、加入电解质或加入带相反电荷的胶体颗粒等均能使胶体粒子聚集成较大颗粒,从而形成沉淀从分散剂里析出。

聚沉常用来解释生活常识,如长江三角洲的形成、明矾净水等。

(4)电泳现象:在电场作用下,胶体粒子在分散剂中作定向移动。

电泳现象说明胶体粒子带电。

电泳常用来分离提纯胶体,如工业上静电除尘。

•胶体发生聚沉的条件:因胶粒带电,故在一定条件下可以发生聚沉:1.向胶体中滴加电解质2.向胶体中加入带相反电荷胶粒的胶体3.加热•常见的胶体的带电情况:1.胶粒带正电荷的胶体有:金属氧化物、金属氢氧化物。

例如Fe(OH)3、Al(OH)3等。

2.胶粒带负电荷的胶体有:非金属氧化物、金属硫化物、硅酸胶体、土壤胶体。

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胶体粒子的结构与胶体的聚沉一,胶体的结构以Agl胶体为例说明胶体的形成及结构:1•胶核及吸附①胶核的形成若将稀溶液与KI稀溶液混合后,将发生如下的化学反应:生成m个Agl分子聚集成直径为1nm〜100nm范围内的微晶粒子是分散质的核心,称之为胶核.②胶核的选择性吸附体系中有多种离子,如等,胶核吸附何者实验表明胶核选择性吸附与其组成有关,浓度较大的离子,例如制备Agl时,如果KI过量,胶核就优先吸附了n个而带负电荷仮之,若过量,则吸附了n个而带正电荷.③反离子的分布与体系中的胶核所带电荷电性相反的离子称为反离子,如KI过量时的或过量时的就是反离子,体系中的反离子受到两种相反的作用力.静电作用力:由于反离子带有与胶核表面电荷电性相反的电荷,所以反离子与胶核间将产生静电作用,使反离子尽量靠近胶核分布.分子热运动:反离子在不停地运动之中,这种运动驱使反离子趋向均匀分布静电作用和分子热运动共同作用的结果,使体系反离子按一定的梯度分布,即自胶核表面向外单位体积的反离子数目越来越少.2.胶粒与胶团靠近胶粒表面的n-x个反离子,由于受到较强的静电作用,因而较紧密地束缚在胶核周围,与胶核表面吸附的离子共同组成吸附层,吸附层与胶核构成胶粒.胶粒与扩散层包括在一起称为胶团.较外层的x个反离子,由于受到静电作用力很弱,很疏松地分布在胶粒的周围,称为扩散层.从胶团的结构可知,由于吸附层内离子或离子数目少于或,因此胶粒是带电的,但整个胶团是电中性的.由于扩散层并不与胶粒一起运动,因此,在外电场作用下,胶粒作为一个整体而向某一电极移动,而扩散层的离子移向另一电极.二,胶体的稳定性与聚沉1.胶体的稳定性从理论上讲,胶体是热力学不稳定体系,胶粒有相互聚集成大颗粒而沉降析出的趋势.然而实际上经过纯化的胶体往往可以保存数日甚至更长时间也不会沉降析出.其原因主要有以下两占:八、、-①胶粒的静电作用同一体系胶粒带有同种电荷,相互排斥,阻止了胶粒的靠近,聚集.②水化膜的保护作用胶粒中的吸附离子和反离子都是水化的(即离子外围包裹着水分子),所以胶粒是带水化膜的粒子.水化膜犹如一层弹性隔膜,起到了防止运动中的胶粒在碰撞时相互聚集变大的作用.2.胶体的聚沉胶体的稳定性是相对的,是有条件的.只要减弱或消除使胶体稳定的因素,就能使胶体胶粒聚集成较大的颗粒而沉降,这种使胶粒聚集成较大颗粒而沉降的现象称为聚沉.(1)电解质对胶体的聚沉作用在胶体体系中,加入少量电解质后,增加了体系中离子的浓度,将有较多的反离子挤入吸附层,从而减少甚至完全中和了胶粒所带的电荷,使胶粒之间的相互斥力减少甚至丧失,导致胶粒聚集合并变大,最终从胶体中聚沉下来•聚沉规律有以下两点:①电解质对胶体的聚沉作用,主要是由与胶粒电性相反的离子引起的,这种离子的价数越高其聚沉值越大•②同价离子的聚沉能力虽相近,但也略有不同,半径大的离子聚沉能力强•(2)胶体的相互聚沉作用将两种带相反电荷的胶体以适当的比例混合也会发生聚沉.如所带电荷相互抵消,形成较大颗粒,产生聚沉•由蛋白质离心想到的一种或几种物质分散在另一种介质中所形成的体系称为分散系。

被分散的物质称为分散相,而连续介质称为分散介质。

这里只讨论以液体作为分散介质的分散系。

分散系统按分散相粒子大小不同,可分为低分子分散系、胶体分散系和粗分散体系。

低分子分散系中分散相粒子小于1nm,内部没有固液相分界面,颗粒在不停地做布朗运动,无论放置多久,都不会有沉降岀现,具有均一、稳定、透明的特点,为均相稳定分散系,常见的有盐水、蔗糖水溶液。

粗分散系中分散相粒子大于100 nm,颗粒较大容易自然下沉,具有浑浊、不透明、不稳定的特点,属多相不稳定体系。

按分散相状态不同又可分为悬浊液(固体分散在液)和乳浊液(液体分散在液体中如牛奶、豆浆)。

胶体分散系的分散相粒子大小在1-100nm之间,颗粒也具有布朗运动,外观均匀,按胶粒与分散介质之间的亲和力强弱,可分为疏水胶体溶液和亲水胶体溶液。

疏水胶体又称粒子胶体,是由多分子集合体分散于水中形成的,由于集合体表面带有电荷,依靠同种电荷的排斥力可以稳定存在,疏水胶体可表现岀胶体所有的特性,与粗分散系相同,属多相不稳定体系,常见的有胶体金、Fe(0H)3水溶液等。

亲水胶体又称高分子胶体,是由结构简单的单个分子或较小聚合度的分子或离子自行溶解于水中形成的,颗粒表面有一层水膜,阻碍了胶体粒子的相互聚结,即使不带电时仍能保持高度稳定,属均相稳定体系。

实验室中常见的蛋白质水溶液即属于亲水胶体,水溶液中,每一个蛋白质胶粒表面都包围着很厚水膜,可阻碍蛋白质胶粒的相互聚集。

并且蛋白质是两性离子,在一定pH溶液中,蛋白质表面带有同种电荷,互相排斥作用使颗粒不能聚合。

如去掉这两个因素,蛋白质胶粒就会凝集下沉,从溶液中沉淀析岀,盐析、有机溶剂、重金属离子或某些酸根均是破坏了水膜和/或中和了电荷导致蛋白质颗粒不稳定而沉淀岀来。

除水膜和电荷外,在溶液中蛋白质分子还具有布朗运动,使得蛋白质分子能自行扩散到整个溶液中并散布均匀,不会自行沉降,使胶粒具有一定的动力稳定性,在重力场中达到沉降平衡”。

目前通常采用密度梯度方法、使用100,000g以上的转速、经过几个小时的离心来分离沉淀蛋白质,所以在实验中离心时,如果不存在变性或沉淀的因素,用普通的实验室离心机绝对不可能将蛋白质溶液沉淀下来。

离心机沉降系数的测定沉降系数测定是分析离心机最主要的用途。

通常只需要几十毫克甚至几十微克样品,配制成1~2毫升溶液,装入分析池,以几小时的分析离心,就可以获得一系列的样品离心沉降图。

根据沉降图可以作样品所含组分的定性分析,亦可以测定各组分的沉降系数和估计分子大小,作样品纯度检定和不均一性测定,以组分的相对含量测定。

1.原理沉降系数的测定原理就是在恒定的离心力场下测定样品颗粒的沉降速度。

因为样品颗粒很小,不能直接看到它们的沉降运动,所以把离心时样品颗粒的界面移动速度看作是样品颗粒的平均沉降速度。

通常使用Schlieren 和吸收光学系统来记录界面沉降图。

在沉降图中样品界面一般表现为一个对称的峰,峰的最高点代表界面位置。

通常沉降系数测量精度为±2%, 但是如果面界图型表现为不对称峰型,或希望沉降系数测量精度达到±1% 或更小的情况时,按峰的最高点作为界面位置就不够了这时应该使用二阶距法计算界面位置。

2.沉降系数测定实例⑴样品:牛血清白蛋白⑵样品溶液与离心:按0.6%浓度将牛血清白蛋白溶于0.14M NaCI、0.01M磷酸缓冲液中,pH7.0 。

用12mm 厚双槽分析池,一边加入溶液一边加入溶剂,约各0.3ml 。

分析池与平衡池平衡重量,使平衡池比分析池轻0.5g 以内,然后分别装入分析转头。

分析转头装于分析离心为什么,关转动腔,抽真空。

开SchIieren 光光源,选择工作速度一60000 转/分,离心室温。

转动腔达到真空后离以机开始运转加速,此时在观察窗口可以看到离心图型。

达到工作速度后即为恒速离心。

待看到样品峰的尖端后即可以 6 分钟间隔照相,共照6 张。

照完相即可关机,取出样品液,清理转头和分析池。

照相用强反差显影冲洗后即得SchIieren 光路沉降图形照片。

⑶沉降图象测量:SchIieren 沉降图可以用比长仪,读数显微镜,或投影仪测量。

要求测量的横向量程为6cm,测量精度应优于10艸。

通常读数显微镜已能满足要求。

投影仪可以使图象放大于屏幕上,读测比较容易,眼睛不易疲劳。

测量时把沉降图象的底片放于测量仪器上,使液面的垂直线与测量仪中的垂直线重合,然后用十字标线依次测量内参孔,液面,界面峰尖,和外参考孔的位置,每个图象至少读测三次,取平均值。

依次把每个图象依同样方法测量,把数据列成表5 。

照相号x1(mm) x2(mm) x3(mm) x4(mm) (x3-x1)/a Iog[5.65+(x3-x1)/a]145.426 37.626 33.807 13.810 0.6125 0.7967245.640 37.830 33.351 13.420 0.6485 0.7992345.890 38.070 32.895 13.663 0.6854 0.8017445.733 37.921 32.163 13.523 0.7161 0.8039545.802 38.000 31.580 13.593 0.7507 0.8062646.009 38.211 31.172 13.800 0.7830 0.8084(4)沉降系数S 的计算:沉降图测量完,先检查每一张图和第六张图的x2-x1 值,二张图的x2-x1 值的差应该小于界面峰位置的测量误差。

实测x2-x1 的差值为0.002 ,说明液面在离心30 分钟内变动为0.002mm 。

界面峰在30 分钟内移动距离是第六号图的x1-x3 减第一号图的x1-x3 ,是3.208mm, 其峰位测量意味着允许为0.03 。

可内陆液面变动0.002mm 远小于峰位测量误差0.03mm ,说明离心时没有发生漏液。

按a=(x4-x1)/1.7 求算光路对分析池的放大倍数,然后按(x3-x1)/a 求算界面峰离开内参考孔的实际距离,再按x=5.65+(x3-x1)/a 求算界面峰离开旋转中心的实际距离,再由对数表求算Iogx 植,计算数据亦列于表5 中。

3.离心图象的分析当离心刚开始时如果见到有快速沉降的峰,几分钟内就到达分析池底部,一般多是由于样品发生部分聚合形成快速沉降的高聚物,如蛋白质样品液遇到某些变性因素时会部分变性而沉淀。

离心达速后样品的的记心图象显示一个对称的峰形,一般可以认为样品是离心均一的。

但是对样品的真正均一性还应用其他方法进一步检测,如电泳,层析等。

某些混合样品偶然亦会给出一个对称峰的。

峰形通常会随时间而扩展,这是由于样品扩散的结果。

但如果峰形如果离心图象中表现几个峰, 说明样品中有几个组 因此可以测定每一个组分的沉降系数值。

根据峰的这可能是由于下列几种情况所致。

①几个沉降系数 接近的组分峰形重叠, ②样品是多分散性的, 其分子量分布不均匀, ③某些相互作用强的高分子,其沉降速度对浓度依赖很大,如DNA ,多糖分子,若测定于高浓度,在界面区由于浓度变化造成沉降速度不一致而致峰形呈不对称分布。

这类样品在更大浓度时甚至会形成一 非常尖锐的界面,在离心沉降图中表现成一根垂直线,看不到任何峰形。

根据这种图形测定沉降系数误差将很大。

通常这类样品应该测定于很稀的浓度,此条件下分子相互作用变小, 界面扩展的峰形,才可以测到正确的沉降系数。

4. 样品的纯度和浓度测定分析离心机可以测定样品的纯度和浓度, 这亦是分析离心用途。

通常样品的离心图形表现一个对称峰形时,可认为该样品是离心均一的。

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