電滲_電泳_-_環(huán)境科學與工程學院

1、 實驗五 電泳 電滲二、原理電滲屬于膠體的電動現(xiàn)象。電動現(xiàn)象是指溶膠粒子的運動與電性能之間的關系。一般包括電泳、電滲、流動電位與沉降電位。電動現(xiàn)象的實質是由于雙電層結構的存在，其緊密層和擴散層中各具有相反的剩余電荷，在外電場或外加壓力下，它們發(fā)生相對運動。電滲是指在電場作用下，分散介質通過多孔膜或極細的毛細管而定向移動的現(xiàn)象。若知道液體介質的粘度，介電常數(shù)，電導率，只要測定在電場作用下通過液體介質的電流強度I，和單位時間內液體流過毛細管的流量v，可根據(jù)下式求出電勢。操作步驟：（一）具體操作方法1按照實驗裝置圖所示安裝電滲儀。2測定電滲時液體的流量v和電流強度I。反復測量正、反向電滲時的流量v值

2、各三次，同時記錄各次的電流值。3測定液體的電導率。（二）注意事項計算SiO2對水的電勢時，注意各物理量的單位。在法定計量單位實行之后，計算公式中不應有4。（三）提問：固體粉末樣品粒度太大，電滲測定的結果重現(xiàn)性差，其原因何在？四、總結（一）數(shù)據(jù)處理計算各次電滲測定的v/I值，取其平均值，將液體的電導率和v/I的平均值代入上式，可求得SiO2對水的電勢。1實驗目的（1）掌握電泳法測定電勢的原理與技術；（2）加深理解電泳是膠體中液相和固相在外電場作用下相對移動而產生的電性現(xiàn)象。（3）通過電滲法測定SiO2對水的電勢，掌握電滲法測定電勢的基本原理和技術。2加深理解電滲是膠體中液相和固相在外電場作用下相

3、對移動而產生的電性現(xiàn)象。2實驗原理膠體溶液是一個多相體系，分散相膠體和分散介質帶有數(shù)量相等而符號相反的電荷，因此在相界面上建立了雙電層結構。但在外電場的作用下，膠體中的膠粒和分散介質反向相對移動。就會產生電位差，此電位差稱為電勢。電勢和膠體的穩(wěn)定性有密切關系。越大，表明膠體的荷電越多，膠體之間的斥力越大，膠體越穩(wěn)定。反之，則不穩(wěn)定。當?shù)扔诹銜r，膠體的穩(wěn)定性最差，此時可觀察到聚沉的現(xiàn)象。因此無論制備或破壞膠體，均需要了解所研究膠體的電勢。在外電場的作用下，若分散介質對靜態(tài)的分散相膠粒發(fā)生相對移動，稱為電滲。若分散相膠粒對分散相介質發(fā)生相對移動，則稱為電泳。實質上兩者都是電荷粒子在電場作用下的定向

4、運動，所不同的是，電滲研究液體介質的運動，而電泳則研究固體粒子的運動。本實驗通過電泳或電滲實驗測定電勢。（1） 電泳公式的推導當帶電的膠粒在外電場作用下遷移時，若膠粒的電荷為q，兩電極之間的電位梯度為w，則膠粒受到的靜電力為：F1=q （1）球形膠粒在介質中運動受到的阻力按斯托克斯定律為：F2=6ru （2）若膠粒運動速率u達到恒定，則有q=6ru （3）u=q/6r （4）膠粒的帶電性質通常用電勢而不用電量q表示，根據(jù)靜電學原理=q/r （5）式中r為膠粒的半徑。上式代入（13）得：u=/6 （6）式（6）適用于球形膠粒，對于棒狀膠粒，其電泳速率為：u=/4 （7）或 =4u/ （8）式（8

5、）即為電泳公式。同樣若已知、，通過測量u和，代入式（8）也可算出電勢。（2）電滲公式的推導電滲的實驗方法原則上是要設法使所要研究的分散相質點固定在靜電場中（通以直 流電），讓能導電的分散介質向某一方向流經刻度毛細管，從而測量出其流量（3）、在測量出（或查出)相同溫度下分散介質的特性常數(shù)和通過的電流后，即可算出電勢。設電滲發(fā)生在一個半徑為r的毛細管中，又設固體與液體接觸界面處的吸附層厚度為(比r 小許多,因此，雙電層內液體的流動可不予考慮)，若表面電荷密度為加于長為的毛細管兩端的電勢差為電勢梯度為，則界面單位面積上所受的電力為 當液體在毛細中流動時，界面單位面積上所受的阻力為式中 -電滲速度-液

6、體的黏度當液體勻速流動時，即 （ II .199）假設界面處的電荷分布情況類似于一個處在介電常數(shù)為的液體中平板電容器上的電荷分布，其電容為式中 -電荷量-面積由此可得 （ II .200）將式（ II .199）代入式（ II .200）中，得 （ II .201）若毛細管的截面積為，單位時間內流過毛細管的液體量為，則 （ II .202）而 （ II .202）式中 -通過二電極間的電流-二電極間的電阻-液體介質的電導率。將式（ II .203）代入式（ II .202），得用式（II.204）計算電勢，可用實驗方法測、和值，而值可從手冊中查得。式 中所有電學量必須用絕對靜電單位表示。采用我

7、國法定計量單位時，若單位為 -1·cm-1，為,液體流量為，為，為時，則式（II.204）應為（II.205）3儀器和試劑電泳裝置1套； 恒溫水??； 停表、滴管、錐形瓶（100ml）； 膠棉液、KCL輔助溶液（0.024mol.L-1）、 10%FeCl3溶液。4實驗步驟（1） 析半透膜的制備在預先洗凈并烘干的150ml錐形瓶中加入約10ml膠棉液（溶劑為1：3乙醇乙醚），小心轉動錐形瓶，使膠棉液在瓶內壁形成一均勻薄膜，傾出多余的棉膠液。將膠形瓶倒置于鐵圈上，使乙醚發(fā)揮完畢。此時如用手指輕輕觸及膠棉應無粘著感。然后將蒸餾水注入膠膜與瓶壁之間，小心取出膠膜，將其置于蒸餾水中浸泡待用，同

8、時檢查是否有漏洞。（2） FeCl3膠體溶液的制備取錐形瓶1個，加95ml蒸餾水煮沸，再取5ml10% FeCl3 溶液攪拌滴加于沸騰的水中，著沸約2-3分鐘，溶液變成棕紅色，停止加熱。冷卻至室溫待用。（3）溶膠的純化將錐形瓶中已制好的溶膠，小心倒進步驟（1）預先制備好的半透膜袋中，用線栓住袋口，置于盛有蒸餾水的大燒杯中，進行滲析。為了提高滲析速度，可以將水加熱至60-700C。滲析20min中換一次水，換兩次后將滲析水分別至于兩個小試管中，再分別用AgNO3和KCNS溶液檢驗滲析水中的CL-及Fe3+的含量。滲析到無Fe3+和基本沒有CL-為止。一般換4次水即可。（4） 測定電泳速度u和電位

9、梯度將待測的FeCl3膠體溶液通過小漏斗注入電泳儀的U形管底部至適當位置。將電導率和膠體溶液相同的稀KCL（0.02mol.dm-3）溶液，沿U形管左右兩臂的管壁，等量地緩緩加入至將電極上表面淹住，保持兩液相間的界面清晰。輕輕將鉑電極插入KCL液層中。切勿擾動液面，鉑電極應保持垂直，并使兩極浸入液面下的深度相等，記下膠體液面的高度位置。按電泳測量線路圖所示將兩極接于30-50V直流電源上，按下電鍵，同時開始記時至30-45min，記下膠體液面上升的距離和電壓的讀數(shù)。沿U型管中線量出兩極間的距離。此數(shù)值測量多次，并取平均值。實驗結束后應洗干凈U形管和電極，并在U形管中放滿蒸餾水浸泡鉑電極。5數(shù)據(jù)

10、處理由U形管的兩邊在時間t內界面移動的距離d值，計算電泳的速率（u=d/t），再由測得的電壓U和兩極間的距離l，計算得電位梯度（w=U/l），然后將u和代入式（8）計算出FeCl3膠體電勢。此時式(8)中的、用水的數(shù)值代入，不同溫度時水的介電常數(shù)按=80-0.4（T/K-293）式計算。五、數(shù)據(jù)處理 計算各次測定的值，并取平均值。將的平均值和代入式（II .204），計算SiO2對水的電勢。測定時注意水的方向和2個鉬電極的極性，從而確定電勢是正值還是負值。六、思考題為什么毛細管D中氣泡在單位時間內所移動過的體積就是單位時間內流過試樣室A的液體量？固體粉末樣品顆粒太大,電滲測定結果重演性差,可能

11、的原因是什么？ 討論影響電勢測定的因素有哪些？6注意事項（1）實驗前應把每支試管洗干凈。（2）溶膠的溫度要降低至室溫后方可用于聚沉值測定。7提問思考（1）如果電泳儀事先沒有洗干凈，管壁上殘留有微量的電解質，對電泳測量的結果將有什么影響？（2）電泳速率的快慢與那些因素有關？8評注啟示（1）根據(jù)擴散雙電層模型，膠粒上的表面緊密層電荷相對固定不變，而液面中的反離子則受到靜電吸引和熱運動擴散兩種力的作用，故而形成一個擴散層。電勢是緊密層與擴散層之間的電勢差。（2）在進行電泳時，要使膠體溶液和輔助溶液的電導率基本相同。（3）測量電泳現(xiàn)象的實驗方法分為宏觀法和微觀法兩類。宏觀法是觀察膠體與不含膠粒的輔助導電液的界面在電場中移動的速率；微觀法是直接觀察單個膠粒在電場中的泳動速率。對高分散的或過濃的膠體，因不易觀察個別膠粒的運動，只能用宏觀法。3、 （一）其它方法也可以用電泳的方法測定膠體的電勢。（二）參考書 復旦大學編.物理化學實驗（第三版）.北京：高等教育出版社，2004六、思考題為什么毛細管D中氣泡在單位時間內所移動過的體積就是單位時間內流過試樣室A的液體量？固體粉末樣品顆粒太大,電滲測定結