电动现象.ppt

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1、第九章第九章 胶体分散系统胶体分散系统 胶体化学是物理化学的一个重要分支。它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。些学科的重要基础理论。胶胶体体化化学学的的理理论论和和技技术术现现在在已已广广泛泛应应用用于于化化工工、石石油油开开采采、催催化化、涂涂料料、造造纸纸、农农药药、纺纺织织、食食品品、化化妆妆品品、染染料料、医医药药和和环环境境保保护护等工业部门和技术领域。等工业部门和技术领域。胶体系统的光学性质胶体系统的

2、光学性质 胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质 胶体系统的电学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胶团结构 憎液溶胶的稳定理论憎液溶胶的稳定理论DLVO理论理论 憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉 乳状液乳状液 胶体系统的电学性质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，胶体中分散相象。电泳与电渗是指在

3、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生相对移动而产生电势差。上述。上述电动现象的实质是由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，它们发生相反的剩余电荷，在外电场或外加压力下，它们发生相对运动。对运动。第五节第五节溶胶的电学性质溶胶的电学性质电动现象电动现象(electrokineticphenom

4、ena):指指溶胶粒子因带电所表现出来的一些行为，溶胶粒子因带电所表现出来的一些行为，它有以下四种它有以下四种情况：情况：1.电泳电泳2.电渗电渗3.流动电势流动电势4.沉降电势沉降电势（1）电泳（）电泳（electrophoresis）在在外外电电场场的的作作用用下下，胶胶体体粒粒子子在在分分散散介介质质 中中定定向向移移动动的的现现象象，称称为为电泳。电泳。界面法移动法电泳装置界面法移动法电泳装置 实实验验测测出出在在一一定定时时间间内内界界面面移移动动的的距距离离，可可求求得得粒粒子子的的电电泳泳速速度度，由由电电泳泳速速度度可可求求出出胶体粒子的胶体粒子的 电势。电势。溶胶的电动现象溶

5、胶的电动现象 NaC l溶溶液液Fe(OH)3溶溶胶胶+-电泳电泳分类分类：电泳法可分为自由电泳（无支持体）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。前者包及区带电泳（有支持体）两大类。前者包括括Tise-leas式微量电泳、显微电泳、等电式微量电泳、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）、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）脂、琼脂糖、淀粉胶、聚丙烯酰胺凝胶）等。等。电泳原理电泳原理胶

6、粒荷电的来源可能是本身电离、吸附离子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，称为的胶粒与分散介质间的电势差，称为电势。电势。显然，显然，胶粒在电场在移动速度和胶粒在电场在移动速度和胶粒在电场在移动速度和胶粒在电场在移动速度和 电势的有关。电势的有关。电势的有关。电势的有关。所以，所以，电势也称为电动电势。溶胶的聚结不电势也称为电动电势。溶胶的聚结不稳定性和它们的稳定性和它们的电势大小有关。电势大小有关。几乎所有胶体系的颗粒都带电荷。在外电场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

7、粒与分散介质间会发生相中，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，（胶粒带负电）或负极（胶粒带正电）移动，称为电泳。称为电泳。以阳极电泳为例阐述电泳电泳电泳原理原理阳极电泳用水溶性树脂是一种高酸值的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在阳极表面

8、，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电泳、电解、电沉积和电渗四个同时进行的过程。的过程。电泳过程电泳过程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。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，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。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

9、树脂在阳极上，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。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。氢气，阳极放出氧气，此过程即为电解。影影影影响电泳的因素响电泳的因素响电泳的因素响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒有：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子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、浓度，、浓度，离离子强度，子强度，pH值和黏度；电泳的温

10、度和外加电压值和黏度；电泳的温度和外加电压等等。如如随电解质浓度的增加，电渗速率逐渐降低，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。甚至会改变液体流动的方向。测测测测定电泳的仪器和方法定电泳的仪器和方法定电泳的仪器和方法定电泳的仪器和方法很多，主要有三类，即显很多，主要有三类，即显微电泳、界面移动电泳和区域电泳。微电泳、界面移动电泳和区域电泳。定义定义：是指在电场作用下，带电颗粒在由于所带的是指在电场作用下，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此分离开来的一种实验技术。

11、原理原理：许多生物分子都带有电荷，其电荷的多少取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决于分子结构及所在介质的pH值和组成。由于混合物值和组成。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。同，从而达到分离鉴定各组分的目的。分类：分类：纸电泳和醋酸纤维薄膜电泳纸电泳和醋酸纤维薄膜电泳，琼脂

12、糖凝胶电琼脂糖凝胶电泳泳，聚丙烯酰胺凝胶电泳，聚丙烯酰胺凝胶电泳，双向电泳，双向电泳，毛细管电泳毛细管电泳电泳技术电泳技术电泳技术的应用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、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）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，结合，可用于蛋白质结构的分析，“指纹法指纹法”就是就是电泳法与层析法的结合产物。

13、用免疫原理测试电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中的重要研究技术。（2 2）电渗）电渗(electro-osmosis)(electro-osmosis)在外电场作用下，分散介质通在外电场作用下，分散介质通过多孔固体（膜）而定向移动的现象，过多孔固体（膜）而定向移动的现象，称为电渗。称为电渗。电渗仪电渗仪电渗仪电渗仪对电

14、渗拓展电渗作用电渗作用就是电渗析作用。电渗析是一种就是电渗析作用。电渗析是一种膜分离技术，它是在外加直流电场作用下。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，使水达到脱盐的目部分水中的物理过程，使水达到脱盐的目的。用途的。用途用于海水，苦咸水淡化，水质软用于海水，苦咸水淡化，水质软化，纯水，超纯水装备，合氟地下水处理，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：工艺简食品饮料，印染，制药等。特点：工艺简单，操作方

15、便，脱盐率高，耗电量少。占单，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。地面积小，治水成本低，不污染环境。电渗产生的原因电渗产生的原因：当固体与液体接触时，由于：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，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。动。电渗可用于纸浆脱水、陶坯脱水等。注意注意：由于胶粒带电，而胶粒是电中性的，则：由于胶粒带电，而胶粒是电中性的，

16、则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，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胶粒和介质分别向带相反的电荷的电极移动就产生了产生了电泳电泳和和电渗电渗的电动现象，这就是的电动现象，这就是因电而因电而动动。（3）流动电势）流动电势 定定义义：在在外外力力作作用用下下，迫迫使使液液体体通通过过多多孔孔隔隔膜膜（或或毛毛细细管管）定定向向流流动动，在在多多孔孔隔隔膜膜两两端端所所产产生生的的电电势势差差，称称为为流流动动电电势势。可可视视为为电电渗渗的的逆逆过过程程.液液体体 流流 动动 产产 生生 电电（Quincke发现）。发现）。P：电位差计：电位差

17、计流动电势的拓展流动电势的拓展流动电势也叫流动电位，是一种电动现象流动电势也叫流动电位，是一种电动现象(electrokineticphenomena)。当电解质。当电解质溶液在一个带电荷的绝缘表面流动时，表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的运动产生的电流叫流动电流。流电流。流动电流动

18、电流的一个重要应用是测量的一个重要应用是测量Zeta电势。电势。（4）沉降电势（）沉降电势（Dorn效应）效应）分分散散相相粒粒子子在在重重力力场场或或离离心心力力场场的的作作用用下下迅迅速速移移动动时时，在在移移动动方方向向的的两两端端所所产产生生的的电电势势差差，称称为为沉沉降降电电势势。（可可视视为为电电泳泳的的逆逆过程）过程）四种电现象的相互关系：四种电现象的相互关系：电泳电泳 电渗电渗流动电势流动电势沉降电位沉降电位（液液体体静静止止，固固体体粒粒子子运运动动）也也为为互互逆过程逆过程（固固相相不不动动，液液体体移移动动）也也为为互互逆逆过程过程外外 加加 电电场场 引引 起起相相

19、对对 运运动动相相 对对 运运动动 产产 生生电位差电位差谢谢大家的欣赏！电泳速度的快慢与哪些因素有关？电泳速度的快慢与哪些因素有关？问题解解 a.a.外加电场强度影响大，外加电压大，速外加电场强度影响大，外加电压大，速度快度快b b.与与胶体净化后所测电导值有关，电导大，胶体净化后所测电导值有关，电导大，电泳速度快；电泳速度快；c.c.与与两极间距离有关，距离短，速度快；两极间距离有关，距离短，速度快；d.d.与温度有关，温度高，介质的粘度降低，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；有利于电泳速度的提高；e.e.与与胶体的胶体的z z 本性相关；本性相关；f.f.与与辅助液的性质相关。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本质都是由于固液界面存在有扩散双电层所致。层所致。