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实验十二 溶胶的制备及电泳
12.1实验目的
12.1 掌握凝聚法制备Fe(OH)3溶胶和纯化溶胶的方法。
12.2 理解电动电势ζ的物理意义，掌握用电泳法测定ζ电势的原理和技术。
12.3 加深理解在外电场作用下胶粒与周围介质作相对运动时产生的动电现象。
11.2实验原理
本试验采用Fe(OH)3胶体进行电泳试验，Fe(OH)3溶胶用水解凝聚法制备，制备过程中所涉及的化学反应过程如下：
（1）在沸水中加入FeCl3溶液： FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl
（2）溶胶表面的Fe(OH)3会再与HCl反应： Fe(OH)3 + HCl = FeOCl + 2H2O
（3）FeOCl离解成FeO+和Cl-离子。胶团结构为： [Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-]x+·xCl-

胶体溶液（溶胶）是由分散相线度在10-9～10-7m的高分散多相体系。胶核大多是分子或原子的聚集体，因选择性地吸附介质中的某种离子（或自身电离）而带电，介质中存在的与吸附离子电荷相反的离子称为反离子，反离子中有一部分因静电引力（或范德华力）的作用，与吸附离子一起紧密地吸附于胶核表面，形成紧密层。于是胶核、吸附离子和部分反离子（即紧密层）构成了胶粒。反离子 图1 双电层示意图
的另一部分由于热扩散分布于介质中，故称为扩散层，见图1。
紧密层与扩散层交界处称为滑移面（或Stern面），显然紧密层与介质内部之间存在电势差，该电势差称为ζ电势。在电场中胶粒会向异号电极移动，即电泳现象，在特定的电场中，ζ电势的大小取决于胶粒的运动速度，故ζ电势又称为电动电势。
溶胶之所以在一定条件下能相对稳定的存在，主要原因之一就是体系中胶粒带有相同的电荷，彼此之间排斥不致聚集。胶粒带的电荷越多，ζ电势越大，胶体体系越稳定。因此，ζ电势大小是衡量溶胶稳定性的重要参数。
ζ电势的测定方法有多种，利用电泳现象可测定ζ电势。电泳法又分为宏观法和微观法，前者是将溶胶置于电场中，观察溶胶与另一不含溶胶的导电液（辅助液）间所形成的界面的移动速率；后者是直接观测单个胶粒在电场中的泳动速率。对高分散或过浓的溶胶只能用宏观法；对颜色太浅或浓度过稀的溶胶只能用微观法。
本实验采用宏观法测定Fe(OH)3溶胶的ζ电势，其ξ电势可按下式计算：

式中η、ε为测量温度下介质的粘度和介电常数；u为胶粒电泳的相对移动速率（m·s-1）；（V /l）是电位梯度（V·m-1），V是两电极间电位差（V）；l为两电极间距离（m）；K是与胶粒形状有关的常数，球形粒子K=5.4×1010V2·s2·kg-1·m-1，棒状粒子K=3.6×1010V2·s2·kg-1·m-1，对Fe(OH)3 ，K=3.6×1010V2·s2·kg-1·m-1。
12.3 仪器与药品
12.3.1 仪器：电泳仪1台 电泳管1支 秒表1只 滴管2支 漏斗 1个 细铜线1条 直尺1把
12.3.2 药品： 0.1mol·dm-3KCl溶液； Fe(OH)3溶胶
12.3.3 实验装置：
图2 电泳测定装置
12.4实验步骤
12.4.1胶体的制备
i. FeCl3溶液：0.5g FeCl3 溶于20 ml蒸馏水中；
ii. 200 ml 蒸馏水加热至沸，搅拌并逐滴滴加（1）溶液，滴加完全后再煮沸2min得到胶体体系。
12.4.2 珂锣酊袋的制备
将约20ml棉胶液倒入干净的250ml锥形瓶内，小心转动锥形瓶使瓶内壁均匀铺展一层液膜，倾出多余的棉胶液，将锥形瓶倒置于铁圈上，待溶剂挥发完（此时胶膜已不沾手），用蒸馏水注入胶膜与瓶壁之间，使胶膜与瓶壁分离，将其从瓶中取出，然后注入蒸馏水检查是否有漏洞，如无，则浸入蒸馏水中待用。
12.4.3胶体的纯化
制备好的Fe(OH)3溶胶冷却到约50℃，转移到珂锣酊袋，用约50℃的蒸馏水渗析，约10min换水1次，渗析5次。
12.4.3 电导率的测定
将渗析好的Fe(OH)3溶胶冷至室温，测其电导率，用0.1mol·dm-3KCl溶液和蒸馏水配制与溶胶电导率相同的辅助液。
12.4.4测定Fe(OH)3的电泳速度
ⅰ 用洗液和蒸馏水将电泳管洗干净（三个活塞均需涂好凡士林）。
ⅱ 用少量Fe(OH)3溶胶洗涤电泳仪2~3次，然后注入Fe(OH)3溶胶直至胶液面高出活塞2、3少许，关闭该活塞，倒掉多余的溶胶。
ⅲ 用蒸馏水将电泳仪活塞2、3以上部分荡洗干净后在两管内注入KCl辅助液至支管口，并把电泳仪固定在支架上。
ⅳ 将石墨电极插入KCl辅助液层中，两电极以并联的形式与电泳仪连接，插入后使两电极垂直，而且在KCl辅助液层中深度相等，开启活塞4使管内两辅助液面等高。关闭活塞4，缓缓开启活塞2、3（勿使溶胶液面搅动），记下胶体界面的初始高度位置。
ⅴ 打开稳压电源，将电压调至150伏，观察溶胶液面移动现象及电极表面现象。记录30min内界面移动的距离。
ⅵ 切断电源，用软线测量电泳管中两电极在胶体中的距离，测量4～5次，取平均值。
ⅶ 实验结束，拆除装置，清洗电泳管。
12.5 实验注意事项
12.5.1在制备珂锣酊袋时，加水的时间应适中，如加水过早，因胶膜中的溶剂还未完全挥发，胶膜呈乳白色，强度差不能用。 如加水过迟，则胶膜变干、脆，不易取出且易破。
12.5.2 溶胶的制备条件和净化效果均影响电泳速度，制胶过程中应很好控制浓度、温度、搅拌和滴加速度。渗析时应控制水温，常搅动渗析液，勤换渗析液。这样制备得到的溶胶胶粒大小均匀，胶粒周围的反离子分布趋于合理，基本形成热力学稳定态，所得的ζ电位准确，重复性好。
12.5.3 渗析后的溶胶必须冷至室与辅助液大致相同的温度（室温），以保证两者所测的电导率一致，同时避免打开活塞时产生热对流而破坏了溶胶界面。
12.6实验数据记录和处理
12.5.1. 数据记录：
室温： 27℃ ，大气压： 97.60kPa ，η= 0.8512×10-3 Pa·s ，ε= 77.60F.m-1
电泳时间t/s
电压/V
极间距l/cm
界面移动距离h/cm
移动方向
胶体的电性
电泳速率m/s
1800
135
83.6
1.10
向负极
带正电
5.22×10-6

3.6×1010×3.14×0.8512×10-3×6.11×10-6×0.836/77.60/135=4.69×10-2V
5. 文献值
0～45℃，水t℃时的介电常数D可用下式算出：lnDt = 4.4266-4.54426×10-3t；
Fe(OH)3胶体的ζ电位为44mV。
六．预习问题
1. Fe(OH)3胶体带 正 电荷，在电场中向 负 极移动。
2. 实验中，KCl辅助液的电导率与待测溶胶的电导率 相同 ，原因是 消除电位梯度 。
3. 要使胶体在电场中作匀速运动，则应该使 ， 使 。
4. 影响胶体与辅助液界面清晰度的因素有 辅助液的电导率与溶胶的电导率要相同 ， 胶体要严格纯化 和 辅助液和溶胶的温度要一致 。
5. 与胶体电泳的速度有关的因素有 胶体的z 本性 、 电场强度 、 辅助液的性质 、 温度 、
两极间距离 、 胶体净化后的电导值 等因素。
七．思考题
1、电泳速度与哪些因素有关？
答： 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。
2、 写出FeCl3水解反应式。解释Fe(OH)3胶粒带何种电荷取决于什么因素？
答：FeCl3水解反应式：FeCl3+H2O Fe(OH)Cl2+HCl
Fe(OH)Cl2+H2OFe(OH)2Cl+HCl
Fe(OH)2Cl++H2OFe(OH)3+HCl
Fe(OH)2ClFeOCl+H2O
溶液中存在较多的FeOCl作稳定剂。
Fe(OH)3胶体的胶团结构：
[Fe(OH)3]m胶核优先吸附FeO+离子而带正电荷。
3、 说明反离子所带电荷符号及电极上的反应。
答：反离子是Cl-，带负电荷。
电极反应：正极：2Cl- -2e-→Cl2 (p)
负极：2H++2e-→H2 (p)
4、 选择和配制辅助液有何要求？
答：a 与胶体颜色反差要大，便于区分界面；
b 较胶体比重要轻，界面容易清晰；
c 辅助液正负离子迁移的速度要相近，克服两臂中上升和下降速度不等的困难。
d 辅助液电导要近于溶胶，以消除其间的电位梯度，否则，电泳公式不得不进行修正，若电泳公式如一般实验教材所写：，则电位梯度H修正为，其中V为电泳电压，G为溶胶的电导值，G0为辅助液电导值，t 为两电极端面间距离，t K为两界面间距离。
5、对Fe(OH)3胶体进行纯化的目的是什么？要达到理想的纯化效果要控制什么条件？
答：由于化学反应得到的溶胶都带有电解质，而随电解质浓度增加，电泳速度会降低，甚至变为零；电解质浓度过高甚至会破坏胶体的稳定性。所以实验中制得的胶体在电泳前通常用半透膜纯化，称为渗析。
半透膜的孔径大小可允许电解质通过而胶粒则无法通过。实验中用50～70℃的热水渗析、勤换水并不断搅拌是为了提高渗析效率，保证纯化效果。
6、简述电泳技术的实际应用。
答：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。所以电泳技术是医学科学中的重要研究技术。
电泳技术常见的有纸电泳、凝胶电泳、毛细管电泳等。
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