6-Charged-interface

1、l膠體粒子的帶電性膠體粒子的帶電性l膠體粒子的擴散雙電層膠體粒子的擴散雙電層l電泳和電滲電泳和電滲l電離作用電離作用l吸附作用吸附作用l離子溶解作用離子溶解作用l晶格取代晶格取代l摩擦帶電摩擦帶電l有些溶膠本身可以電離，生成帶電離子，有些溶膠本身可以電離，生成帶電離子，如氨基酸電離后生成如氨基酸電離后生成NH4+、COO-，硅溶，硅溶膠電離成膠電離成-O-。l-O-Si（OH）2 - O - Si（OH）2 -pH=10電離后生成：電離后生成： -O-Si O -（OH）- O - Si O -（OH）-l吸附作用有兩類：吸附作用有兩類：l1、固體表面本身不電離，但對電解質(zhì)中、固體表面本身不電

2、離，但對電解質(zhì)中正、負離子的不等量吸附使其表面帶電。正、負離子的不等量吸附使其表面帶電。l如如AgBr對對Ag+、Br-的吸附造成其帶電。的吸附造成其帶電。l一般，凡與溶膠離子組成相同的離子，一般，凡與溶膠離子組成相同的離子，會優(yōu)先被吸附。這是會優(yōu)先被吸附。這是Fajans規(guī)則。規(guī)則。l具體吸附那種離子，要看具體情況（如具體吸附那種離子，要看具體情況（如加入順序等）。加入順序等）。l2、固體表面吸附了分子，而被吸附分子、固體表面吸附了分子，而被吸附分子在不同的在不同的pH值下會發(fā)生電離，造成固體值下會發(fā)生電離，造成固體表面帶電。表面帶電。l例子：般土吸附丹寧，在例子：般土吸附丹寧，在pH值超過

3、值超過10時，時，丹寧分子中的丹寧分子中的-COOH轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?COO-，般，般土帶負電；在土帶負電；在pH值低于值低于4時，丹寧分子中時，丹寧分子中的的-COOH轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?COOH2+，般土帶正電。，般土帶正電。l離子型固體物質(zhì)形成的溶膠，具有兩種離子型固體物質(zhì)形成的溶膠，具有兩種電荷相反的離子，組成其離子的水化半電荷相反的離子，組成其離子的水化半徑不同，使其在溶劑中的溶解性不同。徑不同，使其在溶劑中的溶解性不同。兩種離子在溶劑中的不等量（加入量相兩種離子在溶劑中的不等量（加入量相同），造成溶膠帶電。同），造成溶膠帶電。lAgI的溶度積為的溶度積為10-16，I-過量時，體系帶過量時，

4、體系帶負電，負電，Ag+過量時，體系帶正電。但該體過量時，體系帶正電。但該體系的等電點（在合適系的等電點（在合適pH下，溶膠帶電性下，溶膠帶電性為為0的的pH 值）不在值）不在pAg+8，而是，而是pAg+為為5.5處。這主要是在處。這主要是在AgI晶格中，晶格中， Ag+活活動力強，對溶膠的結(jié)合力較動力強，對溶膠的結(jié)合力較I-弱。因此弱。因此pAg+大于大于5.5時，體系帶正電，時，體系帶正電， pAg+低于低于5.5時，體系帶負電。時，體系帶負電。l在保持晶體結(jié)構(gòu)不變的前提下，晶體中在保持晶體結(jié)構(gòu)不變的前提下，晶體中的高價離子被低價離子所取代，但不影的高價離子被低價離子所取代，但不影響晶體

5、結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象為響晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象為晶格取代晶格取代。l黏土是典型的因晶格取代造成帶電的膠黏土是典型的因晶格取代造成帶電的膠體體系。黏土晶體由體體系。黏土晶體由Si-O四面體與四面體與Al-O八面體組成，八面體組成， Si-O四面體中的四面體中的Si被被Al3+、Fe3+取代；取代； Al-O八面體中的八面體中的Al被被Ca2+、Fe2+取代，造成黏土膠體帶負電。取代，造成黏土膠體帶負電。 l在非水介質(zhì)中，溶膠粒子的帶電主要來在非水介質(zhì)中，溶膠粒子的帶電主要來源于粒子與介質(zhì)之間的摩擦。兩相接觸源于粒子與介質(zhì)之間的摩擦。兩相接觸后，使電子由一相流向另一相，促使溶后，使電子由一相流向另一相，促使溶膠表面

6、帶電。膠表面帶電。lHelmholtz平行板電容器理論平行板電容器理論lGouy和和Chapman模型模型lStern層理論層理論 基本要點基本要點l固體與溶膠接觸的表面上形成雙電層，固體與溶膠接觸的表面上形成雙電層，固體表面所帶電荷形成一個層，離開固固體表面所帶電荷形成一個層，離開固體表面一定距離內(nèi)的溶膠內(nèi)所帶與固體體表面一定距離內(nèi)的溶膠內(nèi)所帶與固體表面相反電荷為另一層，兩層整齊排列，表面相反電荷為另一層，兩層整齊排列，正負電荷形成類似平行板電容器的結(jié)構(gòu)。正負電荷形成類似平行板電容器的結(jié)構(gòu)。Helmholtz 平板電容器理論平板電容器理論+_式中：式中：表面電荷密度表面電荷密度介電常數(shù)介電常

7、數(shù)0表面電位表面電位兩個平面的間距（兩個平面的間距（10-10m） 0 l計算值：計算值： 的數(shù)量級為幾百或幾的數(shù)量級為幾百或幾千千mv；l實驗值：實驗值：的數(shù)量級為幾十或幾的數(shù)量級為幾十或幾百百mv；l差值為差值為十倍以上十倍以上。l忽略了離子的熱運動忽略了離子的熱運動l該理論認為固體表面只能帶正電實際情況：該理論認為固體表面只能帶正電實際情況：l離子存在熱運動離子存在熱運動l固體表面能帶正電，也能夠帶負電，且表固體表面能帶正電，也能夠帶負電，且表面帶電性與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。面帶電性與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。假設(shè)：1、固體表面是平板的（坐標用、固體表面是平板的（坐標用Y、Z 表表示），在示），在Y、Z方向

8、可無限擴展；方向可無限擴展；2、離子擴散僅局限于、離子擴散僅局限于X方向（與方向（與Y、Z方方向垂直）；向垂直）；3、整個體系為電中性；、整個體系為電中性；4、介質(zhì)的介電常數(shù)在整個體系中相同。、介質(zhì)的介電常數(shù)在整個體系中相同。 1、膠體粒子表面電荷分為兩層，即、膠體粒子表面電荷分為兩層，即內(nèi)層、外層，內(nèi)層離子與表面距離內(nèi)層、外層，內(nèi)層離子與表面距離近，作用力強，外層離子距離遠，近，作用力強，外層離子距離遠，由于熱運動在膠體粒子表面呈現(xiàn)擴由于熱運動在膠體粒子表面呈現(xiàn)擴散狀態(tài)。散狀態(tài)。 2、膠體粒子運動時，內(nèi)層離子隨著、膠體粒子運動時，內(nèi)層離子隨著膠體粒子一起運動，而外層由于作膠體粒子一起運動，而

9、外層由于作用力弱而與內(nèi)層存在一個用力弱而與內(nèi)層存在一個“撕裂撕裂面面”。實驗中測定的表面電荷實際。實驗中測定的表面電荷實際是是“撕裂面撕裂面”處的數(shù)值。處的數(shù)值。 + +_ _ _ _ _ _ 緊密層緊密層擴散層擴散層電勢電勢電勢電勢： 膠粒表面滑移界面處的電勢。膠粒表面滑移界面處的電勢。膠粒表面熱力學(xué)電勢膠粒表面熱力學(xué)電勢和電動電勢（和電動電勢（ 電勢）電勢）的區(qū)別：的區(qū)別： 發(fā)生在不同的部位；發(fā)生在不同的部位； 大小不同，一般情況下大小不同，一般情況下電勢只是熱力學(xué)電勢只是熱力學(xué)電勢的一部分，其絕對值小于電勢的一部分，其絕對值小于。 只取決于被吸附的離子和溶膠中的反號只取決于被吸附的離子和

10、溶膠中的反號 離子的活度離子的活度,而而電勢的值還與溶膠中外加電勢的值還與溶膠中外加 電解質(zhì)有關(guān)。電解質(zhì)有關(guān)。 當(dāng)溶膠中有外加電解質(zhì)存在時，可使緊密當(dāng)溶膠中有外加電解質(zhì)存在時，可使緊密 層中反粒子濃度增加，擴散層變薄，層中反粒子濃度增加，擴散層變薄， 電電 勢的絕對值減小，甚至變?yōu)榱慊蛳喾吹闹?。勢的絕對值減小，甚至變?yōu)榱慊蛳喾吹闹?。l通常將與膠體粒子表面電荷性質(zhì)相反的離通常將與膠體粒子表面電荷性質(zhì)相反的離子稱為反離子。子稱為反離子。l反離子濃度隨著距膠體粒子表面距離增加反離子濃度隨著距膠體粒子表面距離增加而降低。而降低。l反離子在膠體粒子外層的分布實際上是靜反離子在膠體粒子外層的分布實際上是靜

11、電引力與熱運動相互作用的平衡結(jié)果。電引力與熱運動相互作用的平衡結(jié)果。膠團的結(jié)構(gòu)膠團的結(jié)構(gòu)(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+AgNO3 + KI AgI + KNO3KI過量過量(AgI)m nI-,(n-x)K+x- xK+膠核膠核膠粒膠粒膠團膠團緊密層緊密層擴散層擴散層l若表面電荷為若表面電荷為，單位體積內(nèi)的正負離子，單位體積內(nèi)的正負離子數(shù)量為數(shù)量為C0，則膠體粒子表面的離子分布，則膠體粒子表面的離子分布為：為： Zexp 0）（ lGOUY理論未將離子的大小考慮進理論未將離子的大小考慮進去，認為離子是沒有體積的點電荷。去，認為離子是沒有體積

12、的點電荷。lStern將離子大小考慮進去，提出了將離子大小考慮進去，提出了擴散雙電層的擴散雙電層的Stern層理論。層理論。l反離子有一定的大小，加上其水化作用，反離子有一定的大小，加上其水化作用，離子中心距膠體粒子表面的距離不能小離子中心距膠體粒子表面的距離不能小于離子半徑；于離子半徑；l離子與膠體粒子表面的作用有靜電作用離子與膠體粒子表面的作用有靜電作用和范德華力。和范德華力。l反離子在膠體粒子表面可分為兩個部分。反離子在膠體粒子表面可分為兩個部分。Stern擴散雙電層模型擴散雙電層模型 反號離子反號離子溶劑分子溶劑分子擴散層擴散層緊密層（緊密層（Stern層）層）滑移界面（滑移界面（St

13、ern面）面）l在臨近表面在臨近表面1-2個分子距離內(nèi)，反離子與個分子距離內(nèi)，反離子與膠體粒子表面緊密地結(jié)合在一起，構(gòu)成膠體粒子表面緊密地結(jié)合在一起，構(gòu)成了緊密吸附層，形成了內(nèi)層；了緊密吸附層，形成了內(nèi)層；l其他反離子由于作用力弱，在熱運動和其他反離子由于作用力弱，在熱運動和吸引力作用下，擴散于膠體粒子緊密吸吸引力作用下，擴散于膠體粒子緊密吸附層的外層。附層的外層。l對于一價陰離子，吸附強弱的順序為：對于一價陰離子，吸附強弱的順序為：I-SCN-Br- Cl- OH- F-l對于一價陽離子，吸附強弱的順序為：對于一價陽離子，吸附強弱的順序為： N + （C2H5）4 N + （CH3）4 Cs

14、+ Na+ 可以看出：水化作用強，吸附能力弱，對擴散雙可以看出：水化作用強，吸附能力弱，對擴散雙電層的影響小。電層的影響小。反離子對膠體粒子表面電位的影響反離子對膠體粒子表面電位的影響曲線曲線1為吸附反離子的影響為吸附反離子的影響曲線曲線2為吸附同號離子的影響為吸附同號離子的影響l由于由于Stern層的存在，使膠體粒子的表面電位由層的存在，使膠體粒子的表面電位由原來的原來的0s， s叫做叫做Stern電位。因此對于膠電位。因此對于膠體粒子表面，按照平行板電容器理論處理，即體粒子表面，按照平行板電容器理論處理，即 ( s0,o ）l擴散層可按照擴散層可按照Gouy理論處理，此時，表面電理論處理，

15、此時，表面電位從位從s開始，因此表面電荷表達式為開始，因此表面電荷表達式為 2 = （8nokt）1/2sinh（ze s /2 kt ）l處理思路為：運用平衡原理，確定處理思路為：運用平衡原理，確定出進入出進入Stern層及離開層及離開Stern層的離子層的離子差，繼而換算成相應(yīng)的表面電位的差，繼而換算成相應(yīng)的表面電位的變化。變化。l設(shè)在設(shè)在Stern層內(nèi)有層內(nèi)有N1個位置可供離子吸附，個位置可供離子吸附，現(xiàn)已經(jīng)有現(xiàn)已經(jīng)有n1個離子被吸附在層內(nèi)；而溶個離子被吸附在層內(nèi)；而溶液中單位體積有液中單位體積有N2個離子可供選擇，因個離子可供選擇，因此平衡時單位體積溶液中僅僅有此平衡時單位體積溶液中僅

16、僅有n0個離個離子在加入一定能量子在加入一定能量后可使其脫附。后可使其脫附。l進入吸附層離子速率進入吸附層離子速率=（ N1 - n1 ） n0l離開吸附層離子速率離開吸附層離子速率= （ N2 n0 ） n1exp（ / kt ）l達到平衡后，兩者相等，即達到平衡后，兩者相等，即（ N1 - n1 ） n0 = （ N2 n0 ） n1exp（ / kt ）l對于稀溶液，對于稀溶液， N2 -n0 N2l而而= ze s + l上式中，上式中， ze s為靜電引力項，為靜電引力項，后者為范德華力項后者為范德華力項l按照體系電中性原則，可得出按照體系電中性原則，可得出Stern理論的電位分布公

17、式。理論的電位分布公式。（ 0s ）/ - （8nokt）1/2sinh（ze s /2 kt ）+ m1+（NA/n0v1）exp（ze s + ）/ kt = 0l-電位標志著膠體粒子表面所帶電荷的電位標志著膠體粒子表面所帶電荷的情況，情況， -電位高，標志著膠體粒子表面電位高，標志著膠體粒子表面所帶電荷高，擴散雙電層發(fā)育好；所帶電荷高，擴散雙電層發(fā)育好；l-電位高，標志著兩個膠體粒子相互接電位高，標志著兩個膠體粒子相互接近時，要實現(xiàn)并聚，克服的阻力大。近時，要實現(xiàn)并聚，克服的阻力大。l-電位高標志著膠體粒子穩(wěn)定性高。電位高標志著膠體粒子穩(wěn)定性高。l電泳電泳l電滲電滲l流動電位流動電位l沉

18、降電勢沉降電勢(1) 電泳(+) (-)(2) 電滲粘土 (+) (-)(electro-osmosis) l在外加電場作用下，分散相和分在外加電場作用下，分散相和分散介質(zhì)的相對移動現(xiàn)象統(tǒng)稱為電散介質(zhì)的相對移動現(xiàn)象統(tǒng)稱為電動現(xiàn)象動現(xiàn)象(electrophoresis) l帶電粒子在電場中受力有兩種：帶電粒子在電場中受力有兩種：l電場作用力電場作用力F=qEl運動阻力：運動阻力：F=f v 其中其中f =6a達到平衡時：達到平衡時：6a v= qEv= qE/ 6a 若體系為單位電場強度，有若體系為單位電場強度，有= q/ 6al當(dāng)當(dāng)a小時小時=/1.5 = 1.5 / l當(dāng)當(dāng)a大時大時=/ =

19、 / l膠體粒子為非導(dǎo)電小球膠體粒子為非導(dǎo)電小球l體系為稀溶液，粒子間無相互作用體系為稀溶液，粒子間無相互作用l雙電層符合雙電層符合Gouy模型模型l雙電層內(nèi)雙電層內(nèi)、為常數(shù)為常數(shù)l顯微電泳顯微電泳l界面移動電泳界面移動電泳l區(qū)域電泳區(qū)域電泳l測定測定-電位電位l蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)分離DYCZ-40B型型 電泳儀電泳儀 IPGphor II 電泳儀電泳儀l一、第一向一、第一向IEFl1、準備工作：、準備工作：l (1) 檢查電源，調(diào)水平。檢查電源，調(diào)水平。l(2) 膠條槽中加入樣品。膠條槽中加入樣品。l(3) 將將IPG膠條陽性端朝膠條槽的尖端方向放入膠條陽性端朝膠條槽的尖端方向放入膠條槽中。膠

20、條槽中。l (4) 在每根膠條上覆蓋礦物油。蓋上蓋子。在每根膠條上覆蓋礦物油。蓋上蓋子。l (5) 將膠條槽的尖端背面電極與將膠條槽的尖端背面電極與IPGphor儀器儀器的陽極平臺接觸；膠條槽的平端背面電極與的陽極平臺接觸；膠條槽的平端背面電極與IP6phor儀器的陰極平臺接觸。儀器的陰極平臺接觸。l2、設(shè)置等電聚焦程序：、設(shè)置等電聚焦程序：l(1) 打開電源，儀器自檢。打開電源，儀器自檢。l(2) 設(shè)置電泳程序：按設(shè)置電泳程序：按或或移動光標，移動光標，按按或或設(shè)置變量。設(shè)置變量。l(3) 按按Start開始運行程序，再按開始運行程序，再按Start確認。確認。l二、第二向二、第二向SDS電

21、泳電泳l1、電泳槽中加入電泳緩沖液。、電泳槽中加入電泳緩沖液。l2、打開溫控系統(tǒng)，調(diào)節(jié)溫度為、打開溫控系統(tǒng)，調(diào)節(jié)溫度為15。l3、將、將IPG膠條轉(zhuǎn)移到膠條轉(zhuǎn)移到SDS膠面上。膠面上。l4、將膠盒插入電泳槽中，開始電泳。、將膠盒插入電泳槽中，開始電泳。l5、設(shè)置電泳程序：、設(shè)置電泳程序： 按按Edit鍵進入編輯狀態(tài)，按鍵進入編輯狀態(tài)，按或或移動光移動光標按標按或或設(shè)置變量。設(shè)置變量。6、電泳結(jié)束后，取出凝膠，固定染色。、電泳結(jié)束后，取出凝膠，固定染色。大型電泳槽大型電泳槽 小型電泳槽小型電泳槽 l在外加電場作用下，粒子運動達到穩(wěn)定狀態(tài)時，在外加電場作用下，粒子運動達到穩(wěn)定狀態(tài)時，液體所受到的電場力與粘性力達到平衡。液體所受到的電場力與粘性力達到平衡。l此時移動速度表達式為：此時移動速度表達式為：V=E-1（- ） 通過上式也可求得通過上式也可求得。l體積法：進行電滲實驗時，應(yīng)用水平放置的毛體積法：進行電滲實驗時，應(yīng)用水平放置的毛細管直徑遠大于雙電層厚度，若毛細管的截面細管直徑遠大于雙電層厚度，若毛細管的截面積為積為A，通過測定單位時間內(nèi)流經(jīng)毛細管的液，通過測定單位時間內(nèi)流經(jīng)毛細管的液體體積體體積Q，可通過下式確定，可通過下式確定= Q /I上式中，上式中， 體系為電導(dǎo)率，體系為電導(dǎo)率， I為電流密度。為電流密度。l反壓法：當(dāng)毛細管垂直放置時，當(dāng)壓力反