实验13微电泳法测定蒙脱土的电动势.docVIP

实验十六 微电泳法测定蒙脱土的动电势 【目的要求】 掌握微电泳法测定动电势的原理和方法，测定蒙脱土的动电势； 了解电视显微电泳仪的结构和原理。 【实验原理】 分散于液相介质中的固体颗粒，因水解、吸附、解离或晶格取代等作用，其表面是带电的，在静电引力作用下，固体颗粒周围就会形成一带相反电荷的离子层，这样微粒表面的电荷与其周围的离子就构成了双电层，与固体表面离子带相反电荷的离子称为反离子。 Gouy和Stern等人建立的双电层理论认为，由于离子的热运动，反离子并不是全部整齐地排列在一个面上，而是随着距界面的远近，有一定的浓度分布。取溶胶中胶粒的一部分为例，其电荷分布的情况如图 II-16-1所示。在靠近粒子表面的一层，负离子有较大的浓度，随着与界面距离的增大，过剩的负离子浓度逐渐减少，直到距界面为D处，过剩负离子的浓度等于零，即正负离子的浓度相等。 双电层可分为两部分：一部分为紧靠固体表面的不流动层，称为紧密层。其中包含了被吸附的离子和部分过剩的异电离子，其厚度为δ，即由固体表面至虚线AB处；另一部分包括从AB到距表面为D处的范围，称为扩散层。在这层中过剩的反离子逐渐减少而至零，这一层是可以流动的。由这两部分所形成的双电层，称为扩散双电层（简称双电层）。 双电层中与固体表面不同距离处之电势，如图II-16-1中曲线所示。在CD液层中，过剩反离子浓度为0，固体表面MN吸附一定量的离子，其电势相对于CD处为φ，或者说MN与CD间电势差为φ，称为热力学电势。固体表面（包括紧密层）AB处的电势，其数值（相对于CD面）为ζ，即指AB与CD间的电势差。由于紧密层中有部分反离子抵消固体表面所带电荷，故ζ电势的绝对值小于热力学电势的绝对值。的大小与反离子在双电层中的分布情况有关，一般说来，反离子分布在紧密层越多，相应的在扩散层就越少，则越小。 ζ电势为双电层的电势，只有在胶粒和分散介质作反向移动时，才能显示出来，故称为动电电势或ζ电势。ζ电势的正负则根据吸附离子的电荷符号来决定，胶粒表面吸附正离子，则ζ电势为正；表面吸附负离子，则ζ电势为负。 测定分散系统动电电势的方法很多，目前应用最广泛、最方便的则是利用电泳现象来测定。电泳的基本原理是：分散系统中分散相与分散介质接触时，在扩散双电层的滑动面上存在动电电势，当在外加电场作用下，悬浮在液相介质中的微粒将向其所带电荷符号相反的电极方向移动。动电电势和电泳速度呈正比关系，所以可以通过测定粒子的电泳速度来研究其动电电势及其它物理化学性能。 电泳法测定动电势，又可分为宏观法和微观法。宏观法一般用来观察微粒与另一不含此微粒的导电液体的界面在电场中的移动速度，故称界面移动法；而微观法则是直接观察单个粒子在电场中的泳动速度。本实验采用微观法。 利用微观法测定分散系统的动电电势，是将分散相粒子在电场作用下的泳动通过显微镜放大，直接观测溶液中被测粒子的定向运动（也可放大成像在投影屏上），读出在一定的距离内多次换向泳动的时间和次数，求其平均值从而得到电泳速度。 电泳速度与动电电势的关系可用亥姆霍兹－斯莫鲁霍夫斯基（Helmholtz－Smoluchowski）公式表示： 伏特 （16.1） 式中 ζ为动电势，V；υ为电泳速度，㎝·s-1；E为电势梯度，等于电泳池的端电压除以电极距离，本仪器的端电压由电压表读出，电极距离11㎝；为电泳淌度，㎝·s-1/(V·㎝-1)；η为液体的粘度系数，Pa·s；ε为液体的介电常数。 令K=，此值可由表16.2查得。则动电电势： （16.2） ?电泳槽是测定电泳速度的关键部分。电泳速度是在密封的石英毛细管内测定的。当对管内胶体施加直流电场时，可同时产生两种电动现象，其中胶粒对溶液的相对运动称为电泳，溶液对毛细管壁的相对运动称为电渗。当带负电荷的胶粒向正极方向迁移时，溶液则沿毛细管壁向负极方向移动，到达毛细管端面处汇合，形成液体回流。所以，在靠近管壁处的胶粒电泳方向与液体电渗方向相反，电泳速度缓慢；而处于毛细管中心的胶粒，其电泳方向与液体的电渗方向一致，电泳速度加快。在液体流动转移过程中，某液层是处于相对不流动的，此处电渗速度为零，在这一环层上测定的速度，就是电泳速度，此环层称为“静止层”（见图II-16-2中点划线）。故通过寻找“静止层”，即可测得粒子的电泳速度，进而利用式（16.2）计算动电电势。 ?DXD－2型电视显微电泳仪工作原理如下： DXD－2型电视显微电泳仪，见图II-16-3；光学系统图，见图II-16-4。 图II-16-3　　总体结构图 1 控制器 2 视频电缆 3 监视器 4 快门线 5 摄影机 6 摄影目镜 7 摄像机 8 光路切换钮