大学物理化学实验-胶体电泳-的改进研究

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1、大学物理化学实验"胶体电泳"的改进研究［摘要］Fe（OH）3胶体电泳是物理化学电学部分的一个重要实验，本文针对该实验耗时长、电泳实验现象不明显等问题，给出了适当的修改建议，即重新调整实验步骤和时间分配；稍提高渗析温度、延长单次渗析时间、减少渗析次数对胶体进行纯化；改用最后的渗析液作辅助液；选用较粗的电泳U型管和较粗的石墨电极，根据电极距离确定合适的外加电压值，经以上措施，较成功地完成了电泳实验。［关键词］物理化学实验；胶体电泳；实验改进物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，来探求化学变化基本规律的

2、一门科学。物理化学实验则借用物理和数学的方法来完成化学测试表征任务，是一门多学科交叉的实验科学。[1]物理化学实验作为一门独立的基础实验课，是学生学习和研究物理化学的重要手段和途径，是物理化学教学的重要组成部分，在物理化学教学中起着举足轻重的作用。[2]胶体电泳实验是物理化学实验电学部分的一个重要实验，该实验的目的是使学生掌握Fe（OH）3溶胶的制备和纯化方法，掌握电泳法测定胶粒的电泳速度和ζ电位的方法，它对于学生理解胶体的电学性质、电泳情况以及电动电势概念具有重要的意义。[3]但是现实中，学生在做此实验时

3、成功率不高，主要存在以下问题：（1）实验操作步骤繁琐，胶体制备纯化耗时长，时间分配不合理，学生缺少耐心，经常在实验等待期无所事事。（2）电泳实验现象不明显，界面不迁移或界面模糊迁，移速度慢。第二个问题的出现将直接导致实验的失败。针对以上两个主要问题，各种文献报道中亦有很多改进措施。高明国等针对Fe（OH）3胶体纯化时间长的问题，利用电渗析法代替传统渗析法来纯化胶体，缩短了纯化时间，节省了蒸馏水。[4]董家新等将传统火棉胶渗析袋换为硫酸纸半透膜材料，采用热渗析和大接触面积，提高了胶体的渗析效率。[5]肖文敏从

4、胶体的制备方面入手，加入尿素、蔗糖、硫脲等增大胶体的密度，改善界面清晰度。[6]钟玉贞通过增大胶体双电层附近与异电离子符号相反的离子的浓度，即通过增加钙离子浓度，从而提高了ζ电位和电泳速度，用15~20伏直流电，1~2分钟就能观察到电泳现象。[7]本文在多年进行物理化学实验教学的基础上，以南京大学出版社出版的前后两本物理化学实验课本为教材，[8][9]针对学生实验过程中出现的各种问题，进行探索改进，以期解决实验设计、时间分配、实验现象、界面移动清晰度等问题。一、重新调整实验步骤的时间分配胶体电泳实验是物理化

5、学实验中一个步骤相对繁多、耗时比较长的实验。整个实验步骤包括溶胶的制备及降温、火棉胶渗析袋（也称为珂珞酊渗析袋）的制备、溶胶的渗析纯化、溶胶的再次降温、溶胶电导率的测定、辅助液的制备及最后的胶体电泳实验，大概有七个大步骤，比较繁琐。这就要求实验前教师的讲解要仔细，各个实验步骤的操作要领、注意事项等都要讲明白。整个讲解，若再加上详细的实验原理、各个实验的步骤演示及注意事项，就要占去将近一个小时的时间。溶胶的制备及降温、五次渗析纯化，又占去将近两个小时的时间，然后用刚制备好的溶胶做下面的电泳实验，再用掉一个小时

6、，整个实验顺利完成，算上教师讲解的时间共需四个小时。如果中间某个环节出了问题，比如渗析袋漏水、胶体电泳无速度等，则需要占用更多的时间才能完成实验。而且好多步骤如渗析过程、降温过程占据了很多等待时间，学生在此期间经常无所事事，浪费了很多时间。如何统筹安排好实验步骤，不至于将时间白白浪费在等待过程中呢？考虑到溶胶制备、纯化和降温过程耗时长的问题，而且新制备的胶体若经过老化处理后再用于电泳实验效果会更好，我们在实践教学中略微调整了一下策略。实验教材上写的是制备好Fe（OH）3胶体后需进行5次渗析纯化，然后降到室温

7、，才可以进行胶体电泳实验，纯化和降温时间大概需要一个半小时。在这段时间内，学生没有事情可以做，也没有办法做后续的实验，因后面电泳实验要用到刚刚制备纯化好的胶体。对此，我们的改进策略是：学生所有的［摘要］Fe（OH）3胶体电泳是物理化学电学部分的一个重要实验，本文针对该实验耗时长、电泳实验现象不明显等问题，给出了适当的修改建议，即重新调整实验步骤和时间分配；稍提高渗析温度、延长单次渗析时间、减少渗析次数对胶体进行纯化；改用最后的渗析液作辅助液；选用较粗的电泳U型管和较粗的石墨电极，根据电极距离确定合适的外加电

8、压值，经以上措施，较成功地完成了电泳实验。［关键词］物理化学实验；胶体电泳；实验改进物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，来探求化学变化基本规律的一门科学。物理化学实验则借用物理和数学的方法来完成化学测试表征任务，是一门多学科交叉的实验科学。[1]物理化学实验作为一门独立的基础实验课，是学生学习和研究物理化学的重要手段和途径，是物理化学教学的重要组成部分，在物理化学教学中起着举足轻重的作用。[2]胶体电