膠體電泳速度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳鄯ㄖ苽銯e(OH)3溶膠和純化溶膠的方法觀察溶膠的電泳現(xiàn)象并了解其電學(xué)性質(zhì)，掌握電泳法測(cè)定膠體電泳速度和溶膠Z電位的方法。實(shí)驗(yàn)原理圖1擴(kuò)散雙電層模型溶膠是一個(gè)多相體系，其分散相膠粒的大小約在1nm?1um之間。由于本身的電離或選擇性地吸附擇性地吸附一定量的離子以及其它原因所致，膠粒表面具有一定量的電荷；膠粒周圍的介質(zhì)分布著反離子。反離子所帶電荷與膠粒表面電荷符號(hào)相反，數(shù)量相等。整個(gè)溶膠體系保持電中性。膠粒周圍的反離子由于靜電引力和熱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果形成了兩部分一一緊密層和擴(kuò)散層。緊密層約有一兩個(gè)分子層厚。緊密吸附在膠核去面上.而擴(kuò)散層的厚度則隨外界條件(溫度，體系中電解質(zhì)濃度及其離子的價(jià)態(tài)等)圖1擴(kuò)散雙電層模型向移動(dòng)。這種在電場(chǎng)作用下分散相粒子相對(duì)于分散介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)稱為電泳。發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的界面稱為切動(dòng)面，切動(dòng)面與液體內(nèi)部的電位差稱為電動(dòng)電位或Z電位，而作為帶電粒子的膠粒表面與液體內(nèi)部的電位差稱為質(zhì)點(diǎn)的表面電中0。膠粒電泳速度除與外加電場(chǎng)的強(qiáng)度有關(guān)外，還與Z電位的大小有關(guān)。面z電位不僅與測(cè)定條件有關(guān)，還取決于膠體粒子的性質(zhì)。z電位是表征膠體特性的重要物理量之一，在研究膠體性質(zhì)及其實(shí)際應(yīng)用有著重要意義。膠體體的穩(wěn)定性與z電位有直接關(guān)系，z電位絕對(duì)值越大，表明膠粒荷電越多，膠粒間排斥力越大，膠體越穩(wěn)定。反之則表明膠體越不穩(wěn)定。當(dāng)z電位為零時(shí).膠體的穩(wěn)定性最差，此時(shí)可觀察到膠體的聚沉。本實(shí)驗(yàn)是在一定的外加電場(chǎng)強(qiáng)度下通過測(cè)定Fe(OH)3膠粒的電泳速度然后計(jì)算出z電位。實(shí)驗(yàn)用拉比諾維奇-付其曼u形電泳儀，如圖2所示。活塞2、3以下盛待測(cè)的溶膠，以上盛輔助液。在電泳儀兩極間接上電位差E(V)后，在t(s)時(shí)間內(nèi)溶膠界面移動(dòng)的距離為D(m)，即膠粒電泳速度u(ms-1)為:1.U型管2.3.4活塞5,電極6.彎管圖2拉比諾維奇-付其曼U形電泳儀相距為l(m)的電極間的電位梯讀平均值H(VDm-1)為:如果輔助液的電導(dǎo)率L0與溶膠的電導(dǎo)率L相差較大，則在整個(gè)電泳管內(nèi)的電位降是不均勻的，這時(shí)需用下式求HH=L（l-lk）+lk0式中匕為溶膠兩界面間的距離。從實(shí)驗(yàn)求得膠粒電泳速度后，可按下式求出Z(V)電位:山eH式中K為與膠粒形狀有關(guān)的常數(shù)(對(duì)于球形粒子K=5.4X101OV2Ov-2附-1Dm-i；對(duì)于棒形粒子K=3.6x10ioV2Dv2Okg-1Dm-1，本實(shí)驗(yàn)?zāi)z粒為棒形)；門為介質(zhì)的粘度(kgDm-1Dv-1)；e為介質(zhì)的介電常數(shù)。儀器與藥品直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)；電導(dǎo)率儀1臺(tái)；電泳儀1個(gè)；鉑電極2個(gè)。三氯化鐵(化學(xué)純)；棉膠液(化學(xué)純)實(shí)驗(yàn)步驟Fe(OH)3溶膠的制備將0.5g無水FeCl3溶于20mL蒸餾水中，在攪拌的情況下將上述溶液滴入200mL沸水中(控制在4min?5min內(nèi)滴完)，然后再煮沸1min~2min，即制得Fe(OH)3溶膠。珂珞酊袋的制備將約20mL棉膠液倒入干凈的250mL錐形瓶?jī)?nèi)，小心轉(zhuǎn)動(dòng)錐形瓶使瓶?jī)?nèi)壁均勻鋪展一層液膜，傾出多余的棉膠液，將錐形瓶倒置于鐵圈上，待溶劑揮發(fā)完(此時(shí)膠膜已不沾手)，用蒸餾水注入膠膜與瓶壁之間，使膠膜與瓶壁分離，將其從瓶中取出，然后注入蒸餾水檢查膠袋是否有漏洞，如無，則浸入蒸餾水中待用。溶膠的純化將冷至約50°C的Fe(OH)3溶膠轉(zhuǎn)移倒珂珞酊袋，用約50°C的蒸餾水滲析，約10min換水1次，滲析5次。將滲析好的Fe(OH)3溶膠冷至室溫，測(cè)其電導(dǎo)率，用0.1mol/LKCl溶液和蒸餾水配制與溶膠電導(dǎo)率相同的輔助液。測(cè)定Fe(OH)3的電泳速度用洗液和蒸餾水把電泳儀洗干凈(三個(gè)活塞均需涂好凡士林)。用少量Fe(OH)3溶膠洗滌電泳儀2次?3次，然后注入Fe(OH)3溶膠直至膠液面高出活塞2、3少許，關(guān)閉該兩活塞.倒掉多余的溶膠。用蒸餾水把電泳儀活塞2、3以上的部分蕩冼千凈后在兩管內(nèi)注入輔助液至支管口，并把電泳儀固定在支架上.

d）如圖2將兩鉑電極插入支管內(nèi)并連接電源.開啟活塞4使管內(nèi)兩輔助液面等高，關(guān)閉活塞4,緩緩開啟活塞2、3（勿使溶膠液面攪動(dòng)d）如圖2將兩鉑電極插入支管內(nèi)并連接電源.開啟活塞4使管內(nèi)兩輔助液面等高，關(guān)閉活塞4,緩緩開啟活塞2、3（勿使溶膠液面攪動(dòng)）。然后打開穩(wěn)壓電源.將電壓調(diào)至150V,觀察溶膠液面移動(dòng)現(xiàn)象及電極表面現(xiàn)象.記錄30min內(nèi)界面移動(dòng)的距離：用繩子和尺子量出兩電極間的距離.5數(shù)據(jù)記錄與處理5.1原始數(shù)據(jù)記錄E/V149.8D/cm14.40-13.00=1.40l/cm62.9t/s30min=1800sT/°C18.2電導(dǎo)率/pS□s-199.8門(查表)/(Kgm□s-1)1.0019x10-3￡80.10表1原始數(shù)據(jù)記錄5.2數(shù)據(jù)計(jì)算：D0.0140ml=—= =7.78x10-6m/st 1800sE149.8V0軟”//:H=—= =238.2V/ml 0.6290m電泳速度：U平均電位梯度:匕Kk^ 3.6x1010V2s2kg-1m-1x3.14x1.0019x10-3kgm-1s-1g=u= x7.78x10-6ms-1=4.6x10-2V8H80.10x238.2Vm-1膠體向負(fù)極遷移（膠體液面上升的一面），所以膠粒帶正電荷。電極反應(yīng):正極：2H++2e-=H2負(fù)極：2Cl--2e-=Cl2思考題6.1電泳速度與哪些因素有關(guān)？答：膠體粒子的電泳速度與粒子所帶的電量及外加電勢(shì)梯度、分散介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，而與分散介質(zhì)的粘度及膠粒的大小成反比。實(shí)驗(yàn)還證明，若溶膠中加入電解質(zhì)，則對(duì)電泳會(huì)有顯著的影內(nèi)。隨著外加電解質(zhì)的增加，電泳速度常會(huì)降低以至變成零。膠體的電泳速度還與溶劑中電解質(zhì)的種類、離子強(qiáng)度以及pH值、溫度等因素有關(guān)。對(duì)于兩性電解質(zhì)，如蛋白質(zhì)，在其等電點(diǎn)處，在外加電場(chǎng)中粒子不移動(dòng)，不發(fā)生電泳現(xiàn)象，而在等電點(diǎn)前后粒子向相反的方向移動(dòng)。6.2寫出FeCl3水解反應(yīng)式。解釋Fe(OH)3膠粒帶何種電荷取決于什么因素。FeCl3+3HO Fe(OH)3+3HCI膠粒帶何種電荷主要取決于膠粒內(nèi)界吸附的粒子所帶的電荷。而這又與粒子本身的性質(zhì)和溶膠制備條件有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中在酸性條件下膠粒的吸附粒子為FeO+等。本實(shí)驗(yàn)中所采用的膠體制備方法得到的是膠粒直徑有一定范圍的膠體。6.3說明反離子所帶電荷符號(hào)及兩電極上的反應(yīng)。答：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中觀察到膠粒向負(fù)極方向電泳，所以反離子帶負(fù)電荷，為氯離子。電極反應(yīng)式為：正極：2H++2e-=H2負(fù)極：2HO-4e-=O+4H+226.4選擇和配制輔助液有何要求。答：輔助液最好用該膠體的超濾液。要求輔助液中正負(fù)離子遷移速率盡量接近，常用氯化鉀作輔助液，因?yàn)殁涬x子與氯離子的遷移速率基本相同；要求輔助液的電導(dǎo)率與膠體的電導(dǎo)率相同，這是為了避免因界面處電場(chǎng)強(qiáng)度突變?cè)斐蓛杀劢缑嬉苿?dòng)速度不等產(chǎn)生界面模糊；溫度與溶膠相同，以避免熱對(duì)流；要求輔助液不會(huì)與溶膠有化學(xué)作用且為無色或淺色液體。討論7.1實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：7.1.1在制備珂羅酊袋時(shí)，加水的時(shí)間應(yīng)適中，如加水過早，因膠膜中的溶劑還未完全揮發(fā)掉，膠膜呈乳白色，強(qiáng)度差不能用。如加水過遲，則膠膜變干、脆，不易取出且易破。7.1.2溶膠的制備條件和凈化效果均影響電泳速度。制膠過程應(yīng)很好控制濃度、溫度、攪拌和滴加速度。滲析時(shí)應(yīng)控制水溫，常攪動(dòng)滲析液，勤換滲析液。這樣制備得到的溶膠膠粒大小均勻，膠粒周圍的反離子分布趨于合理，基本形成熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)，所得的Z電位準(zhǔn)確，重復(fù)性好。7.1.3滲析后的溶膠必須冷至與輔助液大致相同的溫度(室溫)，以保證兩者所測(cè)

得的電導(dǎo)率一致，同時(shí)避免打開活塞時(shí)產(chǎn)生熱對(duì)流而破壞溶膠界面。7.1.4Fe(OH)3溶膠也可用化學(xué)凝憲法制備。方法是直接用FeCl3在沸水中水解。水解制備的溶膠，需經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的滲析，才能應(yīng)用于測(cè)彪電位。而本實(shí)驗(yàn)的膠溶法，速度快，溶膠穩(wěn)定，缺點(diǎn)是條件控制不當(dāng)，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致顆粒過大。7.1.5本實(shí)驗(yàn)所采用的是簡(jiǎn)易電泳儀，操作時(shí)要特別小心，不能攪亂溶膠和輔助液的分界面，對(duì)于分界面不清楚或沒有顏色的溶膠，應(yīng)用時(shí)應(yīng)特別注意，最好改用其它的電泳儀。7.1.6輔助液的電導(dǎo)要與溶膠相等或相近，同時(shí)輔助液的離子組成對(duì)膠體的電泳速度有影響。如果輔助液選擇不當(dāng)，則U型管內(nèi)溶膠與輔助液的界面在一臂中下降的速度不等于另一臂中上升的速度，界面就會(huì)被沖毀而變得不明顯。最好的輔助液是該膠體溶液的超濾液。本實(shí)驗(yàn)中用電導(dǎo)和溶膠相同的KCl溶液作輔助液，能得到清晰的移動(dòng)面。7.2實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的故障及排除方法7.2.1故障：輔助液與膠體界面不清晰。原因及處理方法:。2.拉比諾維奇-付其曼U形電泳儀中活塞的直徑小于管徑，則流動(dòng)時(shí)在活塞孔處流速加大，膠體界面就會(huì)攪亂而不清。更換活塞使活塞的直徑與U形管管徑相同。3.輔助液的電導(dǎo)率或溫度與溶膠的差別太大。7.2.2故障:U形管內(nèi)溶膠與輔助液的界面在一臂中下降的速度不等于在另一臂中上升的速度。原因及處理方法：1.溶膠純化的程度低，溶膠電導(dǎo)率過大。(可以向溶液中加入一定量的尿素，消除低分子的影響)2.輔助液選擇不當(dāng)，以KCl作為輔助液比NaCl、HCl為好。最好的輔助液是該膠體溶液的超濾液。3.溶膠的濃度過大或生成的溶膠顆粒大小和形狀差別大造成電泳速度的不同。為了減少測(cè)定誤差，可取電泳速度的平均值，代入公式計(jì)筮電勢(shì)。7.2.3.故障：實(shí)驗(yàn)測(cè)得&的電勢(shì)數(shù)值偏大。原因及處理方法：1.輔助液的pH值太小(pH<4)。2.在制備Fe(OH)3溶膠時(shí)，F(xiàn)eCl3的濃度太大。3.電泳時(shí)外加電壓太大，一般應(yīng)控制在70—220V之間。7.3電泳在生命科學(xué)方面的應(yīng)用隨著生命科學(xué)和基因工程研究發(fā)展，DNA測(cè)序越來越重要，人類基因組計(jì)劃在l5年內(nèi)完成人染色體36億對(duì)堿基對(duì)的測(cè)序工作。DNA片段有一定電荷大小和不同的分子量，通常采用篩分機(jī)制進(jìn)行毛細(xì)管電泳分離。DNA測(cè)序時(shí)，三磷酸雙脫氧核苷酸終止反應(yīng)產(chǎn)生的DNA序列片段被送至篩分電泳分離，并用自動(dòng)乂光計(jì)或激光誘導(dǎo)熒光計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，最后將原始數(shù)據(jù)匯集整理成完整的序列。過去，DNA測(cè)序主要用平板凝膠電泳，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、分析容量低、提供信息少。現(xiàn)在毛細(xì)管電泳法成為最主要的方法。與普通電泳相比，CE具有許多優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)為：①靈敏度高：常用的紫外檢測(cè)器的檢測(cè)限可達(dá)]0_i3?10一15mol，激光誘導(dǎo)熒光器則達(dá)10-18?10—2imol；②高效、快速：毛細(xì)管內(nèi)徑很小，比表面積很大，散熱效率高，焦耳熱的影響大大減少；因此可施加高電場(chǎng)，從而大大提高了分析速度和分辨率；③樣品少：只需nL級(jí)的進(jìn)樣量；④在線檢測(cè)：毛細(xì)管上開一檢測(cè)窗口，可直接柱上檢測(cè)；⑤自動(dòng)化程度高：操作全部自動(dòng)化，減少了實(shí)驗(yàn)重復(fù)中的誤差。微機(jī)處理分析數(shù)據(jù)，可對(duì)電泳圖譜中各組分進(jìn)