电动现象

第九章胶体分散系统胶体化学是物理化学的一个重要分支。它所研究的领域是化学、物理学、材料科学、生物化学等诸多学科的交叉与重叠，它已成为这些学科的重要基础理论。胶体化学的理论和技术现在已广泛应用于化工、石油开采、催化、涂料、造纸、农药、纺织、食品、化妆品、染料、医药和环境保护等工业部门和技术领域。胶体系统的光学性质胶体系统的动力性质胶体系统的电学性质憎液溶胶的胶团结构憎液溶胶的稳定理论－DLVO理论憎液溶胶的聚沉乳状液胶体系统的电学性质胶体是热力学不稳定系统，其所以能长期存在的重要因素就是胶体粒子本身带电的结果。证明胶体粒子带电的有：电泳、电渗、流动电势和沉降电势等电动现象。电泳与电渗是指在外电场作用下，胶体中分散相与分散介质发生相对运动；流动电势与沉降电势则是当外力场作用于胶体上时，使得分散相与分散介质发生相对移动而产生电势差。上述电动现象的实质是由于双电层结构的存在，其紧密层和扩散层中各具有相反的剩余电荷，在外电场或外加压力下，它们发生相对运动。第五节溶胶的电学性质电动现象(electrokineticphenomena):指溶胶粒子因带电所表现出来的一些行为，它有以下四种情况：1.电泳2.电渗3.流动电势4.沉降电势（1）电泳（electrophoresis）在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象，称为电泳。界面法移动法电泳装置实验测出在一定时间内界面移动的距离，可求得粒子的电泳速度，由电泳速度可求出胶体粒子的电势。溶胶的电动现象NaCl溶液Fe(OH)3溶胶+-电泳分类：电泳法可分为自由电泳（无支持体）及区带电泳（有支持体）两大类。前者包括Tise-leas式微量电泳、显微电泳、等电聚焦电泳、等速电泳及密度梯度电泳。区带电泳则包括滤纸电泳（常压及高压）、薄层电泳（薄膜及薄板）、凝胶电泳（琼脂、琼脂糖、淀粉胶、聚丙烯酰胺凝胶）等。电泳原理胶粒荷电的来源可能是本身电离、吸附离子或与分散介质（非水介质）摩擦生电，荷电的胶粒与分散介质间的电势差，称为ζ电势。显然，胶粒在电场在移动速度和ζ电势的有关。所以，ζ电势也称为电动电势。溶胶的聚结不稳定性和它们的ζ电势大小有关。几乎所有胶体系的颗粒都带电荷。在外电场中，这些荷电的胶粒与分散介质间会发生相对运动，若分散介质不动，胶粒会向正极（胶粒带负电）或负极（胶粒带正电）移动，称为电泳。以阳极电泳为例阐述电泳电泳原理阳极电泳用水溶性树脂是一种高酸值的羧酸盐，在水中溶解后以分子和离子平衡状态存在于直流电场中，通电后，由于两极的电位差，离子定向移动，阴离子沉积在阳极表面，而阳离子在阴极表面获得电子会被还原，它是一个电化学反应，包括电泳、电解、电沉积和电渗四个同时进行的过程。电泳过程1.电泳：在直流电压作用下，分散在介质中的带电胶体粒子在电场作用下向与其所带电荷相反的电极方面移动，叫电泳。2.电沉积：阴离子树脂放出电子沉积在阳极表面，形成不溶水的漆膜，此过程叫电沉积。3.电渗：电泳逆过程，当阴离子树脂在阳极上，吸附在阳极上的介质在内渗力的作用下，从阳极穿过沉积的漆膜进入漆液，称电渗。4.电解：电流通过漆液时水便发生电解阴极放出氢气，阳极放出氧气，此过程即为电解。影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、浓度，离子强度，pH值和黏度；电泳的温度和外加电压等。如随电解质浓度的增加，电渗速率逐渐降低，甚至会改变液体流动的方向。测定电泳的仪器和方法很多，主要有三类，即显微电泳、界面移动电泳和区域电泳。定义：是指在电场作用下，带电颗粒在由于所带的电荷不同以及分子大小差异而有不同的迁移行为从而彼此分离开来的一种实验技术。原理：许多生物分子都带有电荷，其电荷的多少取决于分子结构及所在介质的pH值和组成。由于混合物中各种组分所带电荷性质、电荷数量以及相对分子质量的不同，在同一电场的作用下，各组分泳动的方向和速率也各异。因此，在一定时间内各组分移动的距离也不同，从而达到分离鉴定各组分的目的。分类：纸电泳和醋酸纤维薄膜电泳，琼脂糖凝胶电泳，聚丙烯酰胺凝胶电泳，双向电泳，毛细管电泳电泳技术电泳技术的应用电泳技术主要用于分离各种有机物（如氨基酸、多肽、蛋白质、脂类、核苷酸、核酸等）和无机盐；也可用于分析某种物质纯度，还可用于分子量的测定。电泳技术与其他分离技术（如层析法）结合，可用于蛋白质结构的分析，“指纹法”就是电泳法与层析法的结合产物。用免疫原理测试电泳结果，提高了对蛋白质的鉴别能力。电泳与酶学技术结合发现了同工酶，对于酶的催化和调节功能有了深入的了解。所以电泳技术是医学科学中的重要研究技术。（2）电渗(electro-osmosis)在外电场作用下，分散介质通过多孔固体（膜）而定向移动的现象，称为电渗。电渗仪电渗仪对电渗拓展电渗作用就是电渗析作用。电渗析是一种膜分离技术，它是在外加直流电场作用下。利用离子交换膜的选择透过性，使离子透过离子交换膜，从一部分水中迁移到另一部分水中的物理过程，使水达到脱盐的目的。用途用于海水，苦咸水淡化，水质软化，纯水，超纯水装备，合氟地下水处理，食品饮料，印染，制药等。特点：工艺简单，操作方便，脱盐率高，耗电量少。占地面积小，治水成本低，不污染环境。电渗产生的原因：当固体与液体接触时，由于两相对电子的亲和力不同，固体表面会带电，形成双电层，而毛细孔则被双电层所充满，带相反电荷。因此通电时液体一般会向某一极运动。电渗可用于纸浆脱水、陶坯脱水等。注意：由于胶粒带电，而胶粒是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反的电荷的电极移动就产生了电泳和电渗的电动现象，这就是因电而动。（3）流动电势定义：在外力作用下，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，在多孔隔膜两端所产生的电势差，称为流动电势。可视为电渗的逆过程.液体流动产生电（Quincke发现）。P：电位差计流动电势的拓展流动电势也叫流动电位，是一种电动现象(electrokineticphenomena)。当电解质溶液在一个带电荷的绝缘表面流动时，表面的双电层的自由带电荷粒子将沿着溶液流动方向运动。这些带电荷粒子的运动导致下游积累电荷，在上下游之间产生电位差，即流动电位。与此相应，带电荷粒子的运动产生的电流叫流动电流。流动电流的一个重要应用是测量Zeta电势。（4）沉降电势（Dorn效应）分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差，称为沉降电势。（可视为电泳的逆过程）四种电现象的相互关系：电泳电渗流动电势沉降电位（液体静止，固体粒子运动）也为互逆过程（固相不动，液体移动）也为互逆过程外加电场引起相对运动相对运动产生电位差谢谢大家的欣赏！电泳速度的快慢与哪些因素有关？问题解a.外加电场强度影响大，外加电压大，速度快b.与胶体净化后所测电导值有关，电导大，电泳速度快；c.与两极间距离有关，距离短，速度快；d.与温度有关，温度高，介质的粘度降低，有利于电泳速度的提高；e.与胶体的z本性相关；f.与辅助液的性质相关。四种电动现象的不同与联系？电泳和电渗现象是因电而动；而沉降电势和液流动电势则是因动而产生电。它们的本质都是由于固－液界面存在有扩散双电层所致。