实验三十三：电泳

实验三十三电泳一、 实验目的用电泳法测定氢氧化铁溶胶的c电势掌握电泳法测定c电势的原理和技术二、 原理本试验采用Fe(OH)3溶胶进行电泳试验，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：在沸水中加入FeCl3溶液： FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HC1溶胶表面的Fe(OH)3会再与HC1反应： Fe(OH)3+HC1=FeOCl+2H2OFeOCl离解成FeO+和C1-离子。胶团结构为：[Fe(OH)3.nFeO+・(n-x)C1-]x+.xCl-在制得的溶胶中常含有一些电解质，通常除了形成胶团所需要的电解质以外，过多的电解质存在反而会破坏溶胶的稳定性，因此必须将溶胶净化。最常用的净化方法是渗析法。它是利用半透膜具有能透过离子和某些分子，而不能透过胶粒的能力，将溶胶中过量的电解质和杂质分离出来，半透膜可由胶棉液制得。纯化时，将刚制备的溶胶，装在半透膜袋内，浸入蒸馏水中，由于电解质和杂质在膜内的浓度大于在膜外的浓度，因此，膜内的离子和其他能透过膜的分子向膜外迁移，这样就降低了膜内溶胶中电解质和杂质的浓度，多次更换蒸馏水，即可达到纯化的目的。适当提高温度，可以加快纯化过程。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C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，C电势的大小取决于胶粒的运动速度，故C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地存在，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，〈电势越大，胶体体系越稳定。因此，C电势大小是衡量溶胶稳定性的重要参数。C电势的测定方法有多种，利用电泳现象可测定C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Z电势，其w电势可按下式计算：.K兀门u_8(U/l)式中〃展为测量温度下介质的粘度(Pa・s)和介电常数;u为胶粒电泳的相对移动速率(cm・s-i)；(U小是电位梯度(V・cm-1),U是两电极间电位差(V)；l为两电极间距离(cm)；K是与胶粒形状有关的常数，球形粒子为6，棒状粒子为4，对Fe(OH)3K值为4。应用上式计算电泳速度或胶粒的Z电位值时，式中的变量应使用绝对静电单位。采用中国法定的计量单位时，则上式应为“3002包列」=3.6x106乎8 Du/1 Deu/1本实验中求电泳速度u是采用通过观察在t(s)内电泳测定管中胶体溶液界面在电场作用下移动距离l'后，由u=l"求出。故上式又可以表示为匚=3002式中，lLt，U，l值均可由实验求得；q、£值可从手册中查到，据此可算出胶粒的Z电位。必须注意：由式u=lt所表示的电泳速度是随外加电压及两极间距l的变化而变化的。一般文献中所记载的胶体电泳速度是指单位电位梯度下的，即由式J所求得的胶体电泳U/l速度。三、仪器与试剂仪器：电泳仪1台(附铂电极2个)，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。试剂：0.001mol・dm-3稀KCl溶液，Fe(OH)3溶胶。装置：图2电泳测定装置四、实验步骤Fe(OH)3溶胶的制备及纯化半透膜的制备在一个内壁洁净、干燥的250mL锥形瓶中，加入约100mL火棉胶液，小心转动锥形瓶，使火棉胶液粘附在锥形瓶内壁上形成均匀薄层，倾出多余的火棉胶。此时锥形瓶仍需倒置，并不断旋转。待剩余的火棉胶流尽后，使瓶中的乙醚蒸发至闻不出气味为止(可用吹风机冷风吹锥形瓶口加快蒸发)，此时用手轻触火棉胶膜，若不粘手，则可再用电吹风热风吹5min。然后再往瓶中注满水(若乙醚未蒸发完全，加水过早，则半透膜发白，则不合用。若吹风时间过长，使膜变为干硬，易裂开。)，浸泡10min。倒出瓶中的水，小心用手分开膜与瓶壁之间隙。慢慢注水于夹层中，使膜脱离瓶壁，轻轻取出，在膜袋中注入水，观察有否漏洞。制好的半透膜不使用时，要浸放在蒸馏水中。用水解法制备Fe(OH)3溶胶在250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水，加热至沸，慢慢滴入5mL(10%)FeCl3溶液(控制在4〜5min内滴完)，并不断搅拌，加毕继续保持沸腾3〜5min，即可得到红棕色的Fe(OH)3溶胶。在胶体体系中存在的过量H+、Cl-等离子需要除去。用热渗析法纯化Fe(OH)3溶胶将制得的Fe(OH)3溶胶，注入半透膜内用线拴住袋口，置于800mL的清洁烧杯中，杯中加蒸馏水约300mL，维持温度在60°C左右，进行渗析。每20min换一次蒸馏水，反复4次后取出1mL渗析水，分别用1%AgNO3及1%KCNS溶液检查是否存在Cl-及Fe3+，如果仍存在，应继续换水渗析，直到检查不出为止，将纯化过的Fe(OH)3溶胶移入一清洁干燥的100mL小烧杯中待用。盐酸辅助液的制备调节恒温槽温度为(25.0±0.1)C，用电导率仪测定Fe(OH)3溶胶在25C时的电导率，然后配制与之相同电导率的盐酸溶液。方法是根据附录所给出的25C时盐酸电导率一浓度关系，用内插法求算与该电导率对应的盐酸浓度，并在100mL容量瓶中配制该浓度的盐酸溶液。仪器的安装用蒸馏水洗净电泳管后，再用少量溶胶洗一次，将渗析好的Fe(OH)3溶胶倒入电泳管中见图2,使液面超过活塞(2)、(3)。关闭这两个活塞，把电泳管倒置，将多余的溶胶倒净，并用蒸馏水洗净活塞(2)、(3)以上的管壁。打开活塞(1)，用HCl溶液冲洗一次后，再加入该溶液，并超过活塞(1)少许，关闭活塞(1)。插入伯电极按装置图29-2连接好线路。溶胶电泳的测定缓缓开启活塞(2)、(3)(勿使溶胶液面搅动)，可得到溶胶和辅液间一清晰界面。然后接通稳压电源，迅速调节输出电压为150V〜300V。观察溶胶液面移动现象及电极表面现象。当界面上升至活塞(2)或(3)上少许时，开始记时，并准确记下溶胶在电泳管中液面位置，以后每隔5min记录一次时间及下降端液-液界面的位置及电压，连续电泳40min左右，断开电源，记下准确的通电时间t和溶胶面上升的距离l'，从伏特计上读取电压U，并且量取两极之间的距离I。实验结束后，折除线路，用自来水洗电泳管多次，最后用蒸馏水洗一次并注满。五.实验数据记录和处理数据记录：室温： 大气压：表1胶体电泳由上表数据作l，一t关系图，求出斜率u，u即为胶体的电泳速度。由u及U的平均数据，计算胶体的Z电势值。六、讨论利用公式(3)求算Z电位时，有关数值从附录中有关表中查得。对于水的介电常数，应考虑温度校正，由以下公式求得：ln8=4.474226—4.54426X10-3/Ct在Fe(OH)3溶胶实验中制备半透膜时，一定要使整个锥形瓶的内壁上均匀地附着一层火棉胶液，在取出半透膜时，一定要借助水的