第六章胶体生工08级

1、1第六章第六章 胶体分散体系胶体分散体系 胶体是物质的一种特定分散状态，是一种或几种胶体是物质的一种特定分散状态，是一种或几种 物质以一定分散度分散于另一种物质中构成的物质以一定分散度分散于另一种物质中构成的 分散体系。分散体系。 胶体体系因具有高分散度和巨大表面积，因而表现胶体体系因具有高分散度和巨大表面积，因而表现 出许多独特性质。出许多独特性质。 基本内容基本内容溶胶溶胶大大( (高高) ) 分子溶液分子溶液乳状液乳状液凝胶凝胶制备制备性质性质应用应用分散体系：分散体系：一种或者几种物质分散在另一种一种或者几种物质分散在另一种 物质中所形成的体系物质中所形成的体系分散相分散相 ：被分散的

2、物质被分散的物质分散介质：分散介质：分散相所处的介质分散相所处的介质例如：云，牛奶，珍珠例如：云，牛奶，珍珠第一节第一节 胶体的概念胶体的概念23第一节第一节 胶体的概念胶体的概念类类 型型颗粒大小颗粒大小主主 要要 特特 性性粗分散体系粗分散体系10-6 m粒子不能透过滤纸，很难扩粒子不能透过滤纸，很难扩 散，在显微镜下可以看见散，在显微镜下可以看见胶体分散体系胶体分散体系10-910-6m1nm 1m粒子能透过滤纸，但不能透粒子能透过滤纸，但不能透 过半透膜，扩散速度慢，在过半透膜，扩散速度慢，在 普通显微镜下看不见普通显微镜下看不见小分子分散体系小分子分散体系( (真溶液真溶液) )10

3、-9m外观澄清透明外观澄清透明, , 粒子能透过粒子能透过滤滤 纸与半透膜，扩散速度快纸与半透膜，扩散速度快 分散体系类型分散体系类型: : 按分散相颗粒大小分按分散相颗粒大小分 4 分散体系类型分散体系类型: 按分散相、分散介质的聚集状态分按分散相、分散介质的聚集状态分 分散相分散相分散介质分散介质 名名 称称( ( 实实 例例) )气气液液固固液液液液液液 泡沫泡沫 乳状液乳状液(如牛奶如牛奶) 溶胶溶胶 气气液液固固 固固固固固固 固溶胶固溶胶(如泡沫塑料如泡沫塑料) 固溶胶固溶胶(如珍珠如珍珠) 固溶胶固溶胶(如合金如合金)液液固固气气气气 气溶胶气溶胶(如云、雾如云、雾) 气溶胶气溶

4、胶(如烟、尘如烟、尘)5第二节第二节 溶胶的制备、纯化及性质溶胶的制备、纯化及性质分散法分散法凝聚法凝聚法更换溶剂法制硫溶胶更换溶剂法制硫溶胶：利用硫在不同溶剂中溶解度的差异利用硫在不同溶剂中溶解度的差异硫磺硫磺酒精溶液酒精溶液 水水乳白色硫溶胶乳白色硫溶胶水解反应制水解反应制fe(oh)3溶胶溶胶：fecl3(aq) + 3h2o(沸水沸水) fe(oh)3(红棕色溶胶红棕色溶胶) + 3hcl6n as2s3溶胶溶胶o6h(sass(g)3h)aq(asoh2232233 溶溶胶胶）n 金溶胶金溶胶（控制溶液浓度可制得不同大小的胶粒）（控制溶液浓度可制得不同大小的胶粒）32322khcoo

5、h3hcook2aucok3hchokauo 7球形质点球形质点金金溶胶溶胶带状的质点带状的质点氧化铁溶胶氧化铁溶胶丝状的质点丝状的质点v2 2o5 5 溶胶溶胶n 不同溶胶中胶粒的形状不同不同溶胶中胶粒的形状不同 同一溶胶中胶粒的大小是不均匀的同一溶胶中胶粒的大小是不均匀的8 溶胶的净化溶胶的净化 利用利用半透膜半透膜进行渗析或超滤，除去进行渗析或超滤，除去 多余的电解质离子多余的电解质离子fe(oh)3溶胶溶胶cl-, fe3+硝化纤维（火棉胶）硝化纤维（火棉胶）溶于乙醚和乙醇的混溶于乙醚和乙醇的混合液中，将此溶液涂合液中，将此溶液涂成薄膜，溶剂挥发完成薄膜，溶剂挥发完后即得半透膜。后即得

6、半透膜。9光学性质光学性质 : 丁达尔效应丁达尔效应(光散射光散射)动力学性质动力学性质: 布朗运动、沉降布朗运动、沉降电学性质电学性质: 电动现象、双电层结构、电动现象、双电层结构、 胶团的结构胶团的结构 流变性质流变性质: 黏度的物理意义、测定黏度的物理意义、测定稳定性与聚沉稳定性与聚沉: 稳定的原因稳定的原因 影响稳定性的因素影响稳定性的因素 溶胶的性质溶胶的性质电电解解质质两两种种溶溶胶胶高高分分子子溶溶液液10n 溶胶的溶胶的光学性质光学性质1. tyndall 效应（现象）效应（现象）溶胶溶胶粒子小于波长粒子小于波长光的透射及光的透射及散射散射粗分散体系粗分散体系粒子大于波长粒子大

7、于波长光的光的反射反射及及折射折射2. 产生的原因产生的原因可见光波长：可见光波长：400 700nm 11电弧光源电弧光源 普通显微镜普通显微镜 超显微镜是用普通显微镜观察胶体粒子的超显微镜是用普通显微镜观察胶体粒子的tyndall现象现象3.服从的规律服从的规律rayleigh光散射公式光散射公式散射光强度散射光强度 i 41 可见光波长可见光波长：400 700nm 蓝紫光散射作用比红橙光强蓝紫光散射作用比红橙光强可用于观察胶粒的数目、形状、可用于观察胶粒的数目、形状、brown运动等运动等12 溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质布朗运动布朗运动：胶体粒子：胶体粒子 ( ( 光点光点 )

8、) 不停地做无规则运动不停地做无规则运动原因原因: : 胶粒自身的热运动胶粒自身的热运动 ( ( 次要次要 ) ) 分散介质分子对胶粒的撞击分散介质分子对胶粒的撞击 ( ( 主要主要 ) )规律规律: : 温度越高温度越高, , 粒子越小粒子越小, , 介质的黏度越小介质的黏度越小, , 布朗运动越剧烈布朗运动越剧烈21)3(rtlrtx 13 沉降沉降 在重力作用下，胶粒下沉的过程在重力作用下，胶粒下沉的过程 9)(2stokes02grv 公公式式粒子半径粒子半径金金( (沉降时间沉降时间) )苯苯( (上浮时间上浮时间) )10-5 m 2.5 s 6.3 min10-7 m 7 h 4

9、4 d10-8 m 29 d 12 y水中悬浮粒子水中悬浮粒子1cm所需时间所需时间或或14 9)(2stokes02grv 公公式式 如何降低沉降速度，提高体系的稳定性如何降低沉降速度，提高体系的稳定性？果蔬汁饮料果蔬汁饮料植物蛋白饮料植物蛋白饮料动物蛋白动物蛋白( (乳乳) )制品制品1. 减小粒子半径减小粒子半径 粉碎、打浆、胶体磨、粉碎、打浆、胶体磨、 均质机处理均质机处理2. 增加介质的粘度增加介质的粘度 使用增稠剂使用增稠剂15 溶胶的电学性质溶胶的电学性质电动现象电动现象电泳：在外电场作用下，固体粒子在电泳：在外电场作用下，固体粒子在 介质中的定向移动介质中的定向移动电渗电渗：在

10、外电场作用下，介质在固体粒子在外电场作用下，介质在固体粒子 间隙中的定向移动间隙中的定向移动？胶粒表面电荷的来源：吸附产生双电层胶粒表面电荷的来源：吸附产生双电层+16双电层结构双电层结构1.helmholtz模型模型 17gouy-chapman模型模型 183. stern模型模型 滑移面滑移面滑移面滑移面19n 胶体粒子的结构胶体粒子的结构agno3(aq) + ki(aq , 过量过量) agi(溶胶溶胶) + kno3 k)k(i(agi)mxxnnx胶核胶核电势离子电势离子紧密层反离子紧密层反离子 扩散层反离子扩散层反离子胶粒胶粒滑移面滑移面胶团胶团胶核胶粒胶团20 fe(oh)3

11、溶胶的胶团结构溶胶的胶团结构: :fecl3(aq) + 3h2o(沸水沸水) fe(oh)3(红棕色溶胶红棕色溶胶) + 3hcl -m3cl)cl(feo)(fe(oh)xxnnx 胶粒带正电胶粒带正电 as2s3溶胶的胶团结构溶胶的胶团结构: :o6h(sass(g)3h)aq(asoh2232233 溶溶胶胶） h)h(hs)s(asm32xxnnx胶粒带负电胶粒带负电21 电解质对双电层电解质对双电层电势的影响电势的影响交换作用交换作用压缩作用压缩作用滑移面滑移面厚度厚度 o 0扩散层扩散层 紧密层紧密层 -m3cl)cl(feo)(fe(oh)xxnnx h)h(hs)s(asm3

12、2xxnnx胶粒之间的排斥作用胶粒之间的排斥作用胶体的稳定胶体的稳定4342ponasonanacl32alclcaclnacl22 溶胶的流变性质溶胶的流变性质1. 黏度的物理意义黏度的物理意义: 反映了液体流动时内摩擦力反映了液体流动时内摩擦力 的大小、流动的难易程度的大小、流动的难易程度 的单位为的单位为 pas 或或mpas 水水,20= 1.002 mpas 2. 黏度的的测定黏度的的测定: 毛细管流动法、转筒法、落球法等毛细管流动法、转筒法、落球法等23毛细管黏度计毛细管黏度计 旋转式黏度计旋转式黏度计 黏度计常数黏度计常数kptptlvr 84 待测待测水水待测待测水水tt 24

13、 溶胶的稳定性和聚沉溶胶的稳定性和聚沉1. 溶胶的相对稳定性溶胶的相对稳定性 半径在半径在1010-9-91010-6-6m m之间的难溶物固体粒子分散在之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中形成溶胶，因为胶粒小，比表面大，表面液体介质中形成溶胶，因为胶粒小，比表面大，表面自由能高，可通过小粒子聚结成大粒子的方式，自发自由能高，可通过小粒子聚结成大粒子的方式，自发降低表面自由能，因此溶胶是降低表面自由能，因此溶胶是热力学不稳定体系热力学不稳定体系。 相对稳定的原因相对稳定的原因胶粒布朗运动而不沉降胶粒布朗运动而不沉降 动力学稳定性动力学稳定性胶粒胶粒双电层双电层之间的排斥作用之间的排斥作用而不聚

14、结而不聚结 抗聚结稳定性抗聚结稳定性25胶粒沉淀胶粒沉淀 +排斥作用减弱排斥作用减弱发生发生聚结聚结布朗运动减弱布朗运动减弱发生发生沉降沉降失去稳定性的表现失去稳定性的表现聚沉聚沉 +26 2. 电解质对溶胶的聚沉电解质对溶胶的聚沉 聚沉的外观标志聚沉的外观标志颜色的改变颜色的改变由澄清透明变浑浊由澄清透明变浑浊静置后产生沉淀静置后产生沉淀 聚沉机理聚沉机理：通过交换或压缩作用，使：通过交换或压缩作用，使双电层双电层电势电势 减小，减小，排斥作用削弱，从而导致聚沉排斥作用削弱，从而导致聚沉 聚沉值聚沉值：使溶胶聚沉所需电解质的最小浓度：使溶胶聚沉所需电解质的最小浓度 单位一般以单位一般以 mm

15、oll-1 聚沉力聚沉力聚聚沉沉值值1 27 规律规律：电解质的聚沉力主要决定于与胶粒所带电电解质的聚沉力主要决定于与胶粒所带电性相反（与反离子电性相同）离子的性相反（与反离子电性相同）离子的价数价数。离子价数越高，聚沉值越小，聚沉力越强。离子价数越高，聚沉值越小，聚沉力越强。 -m3cl)cl(feo)(fe(oh)xxnnx h)h(hs)s(asm32xxnnx 6442fe(cn)ksonanacl32alclcaclnacl交换作用交换作用压缩作用压缩作用厚度厚度 o 同价离子，聚沉力大体接近。同价离子，聚沉力大体接近。28 3. 两种溶胶的相互聚沉两种溶胶的相互聚沉 需满足的条件需

16、满足的条件: 胶粒所带电性相反胶粒所带电性相反 fe(oh)3溶胶溶胶 as2s3溶胶溶胶 + 二者用量适当二者用量适当( (电量相等电量相等) ) 作用机理作用机理: 正、负电性胶粒靠静电引力正、负电性胶粒靠静电引力？o12h)kal(so224 al(oh)3溶胶溶胶 + 水中悬浮的泥沙粒子水中悬浮的泥沙粒子 29 4. 高分子对溶胶稳定性的影响高分子对溶胶稳定性的影响稳定稳定( (保护保护) )作用作用絮凝作用絮凝作用 多多 少少 二者的区别、决定因素二者的区别、决定因素 不是高分子的种类，而是不是高分子的种类，而是高分子的相对用量高分子的相对用量 二者的作用机理、原因解释二者的作用机理

17、、原因解释30稳定稳定( (保护保护) )作用作用吸附吸附絮凝作用絮凝作用“桥联桥联”作用作用体积限制效应渗透压效应31应用应用稳定作用稳定作用絮凝作用絮凝作用稳定剂稳定剂絮凝剂絮凝剂 ( (澄清剂澄清剂) )混浊型果蔬汁饮料混浊型果蔬汁饮料植物蛋白饮料植物蛋白饮料动物蛋白动物蛋白(乳乳)制品制品澄清型果汁饮料澄清型果汁饮料果酒果酒琼脂、明胶、羧甲基纤维素钠、琼脂、明胶、羧甲基纤维素钠、黄原胶、卡拉胶、海藻酸钠等黄原胶、卡拉胶、海藻酸钠等0.3% 0.5%0.02% 0.1%32 对照 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5用明胶澄清山茱萸汁用明胶澄清山茱萸汁33第三节第三节 乳状液和微乳状液

18、乳状液和微乳状液分散相分散相 (内相内相)油滴油滴 o/w型型水滴水滴 w/o型型oil water分散介质分散介质 ( (外相外相) ) 乳状液中液滴分散度高，表面积大，有自发聚结合并乳状液中液滴分散度高，表面积大，有自发聚结合并 成大液滴的趋势成大液滴的趋势(g 0)，属于热力学不稳定体系属于热力学不稳定体系。 ？ 如何提高乳状液的稳定性如何提高乳状液的稳定性34 乳化剂的乳化作用乳化剂的乳化作用 吸附到油吸附到油- -水界面上，降低界面能，减缓小液水界面上，降低界面能，减缓小液 珠自发合并的趋势珠自发合并的趋势 吸附到油吸附到油- -水界面上，形成界面膜，阻止小液水界面上，形成界面膜，阻

19、止小液 珠合并珠合并对于离子型表面活性剂，可以形成界面双电层对于离子型表面活性剂，可以形成界面双电层如如：单甘酯，蔗糖酯等单甘酯，蔗糖酯等油油油油35第四节第四节 高（大）分子溶液高（大）分子溶液 分子量大于分子量大于1000010000的化合物称为高的化合物称为高( (大大) )分子化合物分子化合物天然高分子天然高分子: : 淀粉、蛋白质、天然橡胶淀粉、蛋白质、天然橡胶合成高分子合成高分子: : 聚乙烯、聚氯乙烯塑料聚乙烯、聚氯乙烯塑料多数高分子化合物都是由许多链节联结而成的，多数高分子化合物都是由许多链节联结而成的，但各自所含的链节数目（聚合度）并不相同，但各自所含的链节数目（聚合度）并不

20、相同，故其分子量并不均一，呈一定范围的分布。故其分子量并不均一，呈一定范围的分布。不同测定方法得到的分子量含义和数值是不同的。不同测定方法得到的分子量含义和数值是不同的。36n 高分子化合物的溶解过程高分子化合物的溶解过程 高分子化合物高分子化合物有限溶胀有限溶胀无限溶胀（溶解）无限溶胀（溶解）聚沉作用聚沉作用：盐析作用盐析作用：减小双电层减小双电层电势，电势，削弱其排斥作用削弱其排斥作用争夺溶剂，使高分子的溶解度减小而析出争夺溶剂，使高分子的溶解度减小而析出所需电解质量较所需电解质量较多多所需电解质量较所需电解质量较少少 向高分子水溶液中加入与水互溶的有机溶剂向高分子水溶液中加入与水互溶的有

21、机溶剂( (如乙醇如乙醇) ) 可降低高分子的溶解度，从而使其沉淀出来。可降低高分子的溶解度，从而使其沉淀出来。 如蛋白质的提取分离、中成药加工中的水提醇沉工艺、如蛋白质的提取分离、中成药加工中的水提醇沉工艺、 果汁加工中果胶的检测。果汁加工中果胶的检测。 37 溶液中高分子的形态溶液中高分子的形态 柔性柔性线型高分子中链段的内旋转，使其呈现线型高分子中链段的内旋转，使其呈现 不同的构象不同的构象( (空间排布方式空间排布方式) ) 无规线团无规线团构象数最多的自然弯曲形态构象数最多的自然弯曲形态影响因素：内因影响因素：内因主链上有侧链或其它基团时，主链上有侧链或其它基团时， 会对链的内旋转造

22、成阻碍会对链的内旋转造成阻碍 外因外因温度、溶剂、外加电解质温度、溶剂、外加电解质38 高分子溶液的性质高分子溶液的性质高分子溶液与溶胶的比较高分子溶液与溶胶的比较相同点相同点区别区别 (1) 分散相粒子的大小均在分散相粒子的大小均在 10-9 10-6 m的范围内的范围内。 扩散速度都比较缓慢扩散速度都比较缓慢， 且均不能透过半透膜。且均不能透过半透膜。 (2) 分散相粒子的大小都分散相粒子的大小都 是不均匀的，且呈一定是不均匀的，且呈一定 分布分布。 (1) 形成机理不同形成机理不同 (2) 热力学稳定性不同热力学稳定性不同 (3) 受外加电解质的影响受外加电解质的影响 不同不同39 高分

23、子溶液的黏度高分子溶液的黏度 高分子溶液的黏度很大，是其主要特性之一高分子溶液的黏度很大，是其主要特性之一。 其主要原因在于其主要原因在于： 1.高分子在溶液中以无规线团存在，所占体积高分子在溶液中以无规线团存在，所占体积 很大，阻碍了介质的流动很大，阻碍了介质的流动； 2.高分子的溶剂化作用，使大量溶剂束缚于高分子高分子的溶剂化作用，使大量溶剂束缚于高分子 无规线团中，自由溶剂减少，流动性变差无规线团中，自由溶剂减少，流动性变差；3.在较大浓度的高分子溶液中，不同高分子链段间在较大浓度的高分子溶液中，不同高分子链段间 因相互作用而形成一定结构，所占体积更大因相互作用而形成一定结构，所占体积更

24、大， 流动阻力增大流动阻力增大，40影响黏度的因素影响黏度的因素：高分子种类、温度、浓度等：高分子种类、温度、浓度等41 黏度法测定高分子的平均摩尔质量黏度法测定高分子的平均摩尔质量设纯溶剂的黏度为设纯溶剂的黏度为0 ，大分子溶液的黏度为大分子溶液的黏度为 ckcsp2 0 r 相对粘度100 rsp 增比粘度csp 比浓粘度cspc lim0 特性粘度 km 42 应用应用增稠剂（稳定剂）增稠剂（稳定剂）能改善食品的物理性质、增加食品的粘稠性、能改善食品的物理性质、增加食品的粘稠性、赋予食品柔滑适口感、且具有稳定乳化状态赋予食品柔滑适口感、且具有稳定乳化状态和悬浮状态的高分子化合物和悬浮状态

25、的高分子化合物果蔬汁饮料果蔬汁饮料植物蛋白饮料植物蛋白饮料动物蛋白动物蛋白( (乳乳) )制品制品 9)(2stokes02grv 公公式式434445460.04% 0.12%0.2%0.08% 0.16%0.2%0% 0.2%0.4%47n 高分子溶液的渗透压高分子溶液的渗透压)(2acmcrt 由于高分子的溶剂化作用较强，其渗透压比相同浓由于高分子的溶剂化作用较强，其渗透压比相同浓度的小分子溶液的渗透压大度的小分子溶液的渗透压大)1(acmrtc 直线式：直线式：a维利系数，与高分子在溶剂中的形态有关维利系数，与高分子在溶剂中的形态有关斜率斜率 = amrt 截距截距c浓度浓度 g/l

26、m高分子的分子量高分子的分子量48n 高分子溶液的超速离心沉降高分子溶液的超速离心沉降 目前超速离心分离技术常用于天然高分子化合物的目前超速离心分离技术常用于天然高分子化合物的分离、提纯以及高分子物质相对分子量的测定分离、提纯以及高分子物质相对分子量的测定沉降速率法：沉降速率法：2122120)(ln.)1(ttxxvdrtm 离心力离心力沉降阻力沉降阻力= =x1 t149 蛋白质溶液的特性蛋白质溶液的特性nh2coohnh3+coonh3+coohnh2coophpioh等电点等电点时：时： 分子卷曲、柔性差、黏度小、溶解度低分子卷曲、柔性差、黏度小、溶解度低偏离等电点偏离等电点时：时：

27、分子舒展、柔性好、黏度升高、溶解度增大分子舒展、柔性好、黏度升高、溶解度增大50ph值对花生蛋白（1）、核桃仁蛋白（2）溶解度的影响ph值对芝麻蛋白溶解度的影响12加工此类植物蛋白饮料时，应加工此类植物蛋白饮料时，应避开其等电点避开其等电点51第五节第五节 凝胶凝胶 凝胶由凝胶由网状骨架网状骨架和充斥其中的液体介质构成，和充斥其中的液体介质构成， 处于固态和液态之间，兼具固体和液体的某些特点，处于固态和液态之间，兼具固体和液体的某些特点， 但与固体和液体又不完全相同。但与固体和液体又不完全相同。刚性凝胶：颗粒是刚性的刚性凝胶：颗粒是刚性的弹性凝胶：颗粒是柔性的弹性凝胶：颗粒是柔性的溶胶溶胶高分子溶液高分子溶液胶凝胶凝 凝胶的类型凝胶的类型干凝胶：市售的干凝胶：市售的 含液量含液量30%冻胶（软胶）：含液量冻胶（软胶）：含液量90%52 凝胶的制备凝胶的制备胶凝作用胶凝作用干凝胶干凝胶有限溶胀有限溶胀凝胶凝胶溶胶溶胶高分子溶液高分子溶液凝胶