实验七微观电泳测定微粒分散制剂的荷电性质与zeta电位

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1、实验一电泳法测定分散体系中微粒的荷电性质与Zeta电位一、实验目的1.熟悉电泳仪的工作原理与使用方法2.掌握钛酸钡胶体的荷电性质与ξ电位测定方法3.掌握钛酸钡胶体等电点的测量方法二、基本原理在自然界中，固体与液体接触时，由于表面性质的差异，会使固体表面荷电，而固-液界面的液体带相反电荷，这种界面荷电影响界面周围介质中离子的分布，与固体表面荷电符号相反的介质中的离子被吸向界面，而同符号的离子被排离界面，同时，离子的热运动又促使它们均匀混合在一起，因此，在界面上形成一层扩散双电层。固体在溶液中荷电而构成

2、双电层的原因，除外加电场外，大致有以下几种情况：1.电离作用固体表面在溶液中产生电离或溶液中的电离成分依靠某种结合力与固体表面结合而使其荷电。例如，玻璃与水接触时，玻璃中的硅酸盐可电离出钾、钠、氢等离子，使玻璃带负电，而溶液带正电；蛋白质分子具有羧基（-COOH）和胺基（-NH2）官能团，但pH值较低时，溶液中电离的H+与胺基以氢键结合，形成（-NH3+）使蛋白质带正电，溶液一侧带负电，当pH值升高后，蛋白质的羧基电离形成（-COO-）而使蛋白质带负电，在某一pH值时，酸性基团和碱性基团的电离度相同

3、，蛋白质分子上的静电荷为零，此时的pH值成为等电点（iso-electricpoint）。2.离子交换作用由非等电荷离子发生交换而引起荷电。例如，但玻璃与CaCl2水溶液接触时，玻璃中的硅酸盐的钠离子被钙离子等摩尔量交换，使得玻璃带正电，而溶液侧带负电；又如粘土晶格表面的Si4+可被Al3+取代而带负电，或者其中的Ca2+被Al3+取代而带正电。3.离子吸附作用微粒表面在溶液中能选择吸附某种离子而使表面带电，其荷电性质决定于微粒的组成与溶液中离子性质，如AgI溶胶微粒，当KI过量存在，吸附I-荷负电

4、，当AgNO3过量时，吸附Ag+荷正电。从阴、阳离子水化强弱来分析，通常阳离子比阴离子更容易水化，留在溶液中倾向大，而不容易水化的阴离子则被表面吸附的倾向大，因此表面带负电荷较多。4.电子取向作用固体金属中的电子云可以一定程度地伸展到与紧贴固体接界的溶液分子层中，从而引起溶液分子的偶极取向，此时离子也能依靠静电力和Vanderwaals力聚集在固体表面而是固体荷电。5.摩擦荷电作用非导电固体在高速流动的流体中，由于两相接触摩擦而产生电荷，从一相转入另一相而使固体表面荷电。通常介电常数大的相带正电，介

5、电常数小的相带负电。例如玻璃（ε=5~6）在水中（ε=81）带负电；在苯中（ε=2）则带正电。固体在溶液中的荷电性质，影响着固体表面性质和界面区的电荷转移反应10及其反应速度，因而引起科学家们的重视和研究。有关固-液界面荷电双电层的研究相继出现了Helmholtz平板电容式双电层、Gouy-Chapman扩散双电层、Stern扩散双电层、Grahame双电层等理论。其中Stern和Grahame双电层理论较完善，适用性较广，应用较多。在此只就Grahame双电层理论作简要介绍。1947年Graham

6、e就Stern双电层概念做了进一步发展，他将Stern层又分为两层，即内Helmholtz层和外Helmholtz层，内Helmholtz层是由未水化离子组成，紧靠近固体表面，即Stern模型中的Stern层；外Helmholtz层是由一部分溶剂化的离子组成的，与界面吸附较紧密，随固体一起运动。外层是扩散层，由水化离子组成，不随固体一起运动。固体作相对运动时滑动面（shearsurface）上的电位称ζ电位。Grahame双电层模型如图7-1。图7-1Grahame双电层模型目前测量Zeta电位的方

7、法主要有电泳法、电渗法、流动电位法以及超声波法,其中以电泳法应用最广。电泳是指分散体系在电场的作用下,带电颗粒向带相反电荷的电极运动的现象。Zeta电位是通过测量颗粒在某一特定电场中的泳动速度进行的。根据Helmholtz公式可有如下关系：(7-1)10式中ζ为Zeta电位（动电电位，mV）；u为电泳速度（μm/s）；η为分散介质粘度（p）；ε为分散介质的介电常数；E为电位梯度(v/cm)；u/E为电泳淌度；Kt为不同温度下ζ电位与淌度的比值(μm/sec/v/cm)。以水溶液为介质时，其不同温度下

8、的比值见附表7-1，其值一般已合成在测试软件中。电泳速度：在选定距离内，电泳所需的时间，以微米/每秒数表示：u=l/t(7-2)式中l为微粒电泳距离（μm）；t为电泳时间(sec)；E为电位梯度E。E=U/L(7-3)式中U为外加电场直流电压(V)；L为两极间的距离(cm)。将（7-2），（7-3）式及Kt数据代入（7-1）式可求得ζ位。三、仪器与药品电泳仪（JS94-J型）；pH计；钛酸钡(BTO)溶胶；乳酸；氨水四、仪器说明1.测试仪器2.样品池103.样品台五、