1、第三章第三章 溶胶溶胶第三章 溶胶第三章第三章 溶胶溶胶3.1 溶胶的制备与净化溶胶的制备与净化3.2 溶胶的光学性质系溶胶的光学性质系3.3 溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质3.5 溶胶的电学性质溶胶的电学性质3.4 溶胶的流变性质溶胶的流变性质3.6 溶胶的稳定性与聚沉溶胶的稳定性与聚沉第三章第三章 溶胶溶胶3.1.1 溶胶的制备溶胶的制备3.1.2 溶胶的净化溶胶的净化第三章第三章 溶胶溶胶3.1.1 溶胶的制备溶胶的制备 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散体系的范围之内，并加入适当在胶体分散体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法大致可分为两
2、类：的稳定剂。制备方法大致可分为两类：（1）分散法）分散法 （2）凝聚法）凝聚法 第三章第三章 溶胶溶胶用这两种方法直接制出的粒子称为用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。原级粒子。视具体制备条件不同，这些视具体制备条件不同，这些原级粒子原级粒子又可又可以聚集成较大的以聚集成较大的次级粒子次级粒子。通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的，是一个的，是一个多级分散体系多级分散体系。第三章第三章 溶胶溶胶 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。用机械、化学等方法使固体的粒子变小。1.机械粉碎法（研磨法）机械粉碎法（研磨法）原理：原理：用机械粉碎的方法将固体磨细。
3、用机械粉碎的方法将固体磨细。这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。研磨。胶体磨的形式很多，其分散能力因胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。构造和转速的不同而不同。第三章第三章 溶胶溶胶盘式胶体磨盘式胶体磨转速约每分钟转速约每分钟1万万 2万转。万转。A为空心转轴，与为空心转轴，与C盘相连，向一个方向旋盘相连，向一个方向旋转，转，B盘向另一方向旋盘向另一方向旋转。转。分散相、分散介质和稳定剂从空心
4、轴分散相、分散介质和稳定剂从空心轴A处加入，从处加入，从C盘与盘与B盘的狭缝中飞出，用盘的狭缝中飞出，用两盘之间的应切力将固体粉碎，可得两盘之间的应切力将固体粉碎，可得1000 nm左右的粒子。左右的粒子。例如：例如：盘式胶体磨盘式胶体磨第三章第三章 溶胶溶胶2.电分散法电分散法电分散法电分散法主要用于制备金、银、主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。先分散后凝聚两个过程。将金属做成两个电极，浸在将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少量中。在水中加入少量NaOH 作为稳定剂。作为稳定剂。制
5、备时在两电极上施加制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调左右的直流电，调节电极之间的距离，使之发生电火花，这时表面节电极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。冷却而凝聚为胶粒。第三章第三章 溶胶溶胶3.超声波法超声波法超声波法超声波法目前只用来制备乳目前只用来制备乳状液。状液。如图所示，将分散相和分散如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在介质两种不混溶的液体放在样品管样品管4中。样品管固定在中。样品管固定在变压器油浴中。变压器油浴中。在两个电极上通入高频电流，使电极中间在两个
6、电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械振荡，使管中的两个液的石英片发生机械振荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。相均匀地混合成乳状液。第三章第三章 溶胶溶胶4.胶溶法（称化学法）胶溶法（称化学法）胶溶法胶溶法是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离子而选用合适的电解质作胶溶剂。附的离子而选用合适的电解质作胶溶剂。这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离子去掉，先将胶
7、粒过滤，了将多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。形成溶胶。第三章第三章 溶胶溶胶AgCl (新鲜沉淀）新鲜沉淀）AgCl(溶胶）溶胶）加加AgNO3或或KCl Fe(OH)3（新鲜沉淀）（新鲜沉淀）Fe(OH)3(溶胶）溶胶）加加FeCl 3例如：例如：第三章第三章 溶胶溶胶 分散法分散法指使分子或离子聚结成胶粒。通常指使分子或离子聚结成胶粒。通常分为两种方法：分为两种方法：1.化学凝聚法化学凝聚法 通过各种化学反应使生成物呈过饱通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成和状态，使初
8、生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。这种稳定剂一般是某一过量的反应物。第三章第三章 溶胶溶胶化学凝聚法实例：化学凝聚法实例：A.复分解反应制硫化砷溶胶复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀稀）+3H2S As2S3（溶胶溶胶）+6H2OB.水解反应制氢氧化铁溶胶水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3（稀稀）+3H2O（热热）Fe(OH)3 (溶胶溶胶)+3HCl C.氧化还原反应制备硫溶胶氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀稀）+SO2(g)2H2O+3S(溶胶溶胶）Na2S2O3+2HCl 2NaCl+H
9、2O+SO2+S(溶胶溶胶）第三章第三章 溶胶溶胶D.还原反应制金溶胶还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀稀）+3HCHO+11KOH 2Au(溶胶溶胶）+3HCOOK+8KCl+8H2O E.离子反应制氯化银溶胶离子反应制氯化银溶胶AgNO3（稀稀）+KCl（稀稀）AgCl(溶胶溶胶）+KNO3第三章第三章 溶胶溶胶2.物理凝聚法物理凝聚法 A.更换溶剂法更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。例例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇
10、溶液滴入水中可制备松香的水溶胶乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶。例例2.将硫的丙酮溶液滴入将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。第三章第三章 溶胶溶胶B.蒸气骤冷法蒸气骤冷法将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。罗金斯基等人利用下列装置，制备碱罗金斯基等人利用下列装置，制备碱金属的苯溶胶。金属的苯溶胶。先将体系抽真空，然先将体系抽真空，然后适当加热管后适当加热管2和管和管4，使，使钠和苯的蒸气同时在管钠和苯的蒸气同时在管5 外壁凝聚。除去管外壁凝聚。除去管5中的中的液氮，凝聚在外
11、壁的混合液氮，凝聚在外壁的混合蒸气融化，在管蒸气融化，在管3中获得中获得钠的苯溶胶。钠的苯溶胶。4金属钠，金属钠，2苯苯,5液氮液氮。第三章第三章 溶胶溶胶3.1.2 溶胶的净化溶胶的净化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的溶胶时生成的HCl。少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。容易聚沉，所以必须除去。净化的方法主要有净化的方法主要有渗析法渗析法和和超过滤法超过滤法。第三章第三章
12、 溶胶溶胶3.1.2.1 渗析法渗析法 简单渗析简单渗析 将需要净化的溶将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜内，膜外放纯溶剂。半透膜内，膜外放纯溶剂。利用浓差因素，多余的利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。半透膜容器内的溶胶。如将装有溶胶的半透膜不断旋转，可如将装有溶胶的半透膜不断旋转，可以加快渗析速度。以加快渗析速度。第三章第三章 溶胶溶胶电渗析电渗析 为了加快渗为了加快渗析速度，在装有溶胶析速度，在装有溶胶的半透膜两侧的半透膜两侧外加一外加一个电场个电场，
13、使多余的电，使多余的电解质离子向相应的电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂极作定向移动。溶剂水不断自动更换，这水不断自动更换，这样可以提高净化速度。样可以提高净化速度。这种方法称为电渗析这种方法称为电渗析法。法。第三章第三章 溶胶溶胶3.1.2.2 超过滤法超过滤法 用半透膜作过滤用半透膜作过滤膜膜，利用吸滤或加压，利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有的方法使胶粒与含有杂质的介质在压差作杂质的介质在压差作用下迅速分离。用下迅速分离。将半透膜上的将半透膜上的胶粒迅速用含有稳胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分定剂的介质再次分散。散。第三章第三章 溶胶溶胶电超过滤：电超过滤：有时为了加有时为了加快过滤速
14、度，在快过滤速度，在半透膜两边安放半透膜两边安放电极，施以一定电极，施以一定电压，使电渗析电压，使电渗析和超过滤合并使和超过滤合并使用，这样可以降用，这样可以降低超过滤压力。低超过滤压力。第三章第三章 溶胶溶胶3.2 溶胶的光学性质溶胶的光学性质3.2.1溶胶的颜色溶胶的颜色3.2.2 丁达尔（丁达尔（Tyndall）效应）效应3.2.3 超显微镜的原理和应用超显微镜的原理和应用第三章第三章 溶胶溶胶3.2 溶胶的光学性质溶胶的光学性质3.2.1溶胶的颜色溶胶的颜色 当光束通过分散体系时，一部分自由当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部分被地通过，一部分被吸收吸收、反射反射、折射折射或或
15、散散射射。可见光的波长约在。可见光的波长约在400700 nm之间。之间。光的吸收光的吸收情况主要决定于体系的情况主要决定于体系的化学组化学组成成。而光的。而光的反射、折射与散射反射、折射与散射取决于分散体取决于分散体系中被分散物质系中被分散物质粒子的大小。粒子的大小。第三章第三章 溶胶溶胶（1）当光束通过）当光束通过粗分散体系粗分散体系，由于粒子大，由于粒子大于入射光的波长，主要发生于入射光的波长，主要发生反射或折射反射或折射，使，使体系呈现混浊。体系呈现混浊。（2）当光束通过）当光束通过胶体胶体，由于胶粒直径小于，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生可见光波长，主要发生散射散射，可以看见乳
16、，可以看见乳白色的光柱。白色的光柱。（3）当光束通过）当光束通过分子溶液分子溶液，由于溶液十分，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看看不见散射光不见散射光。3.2.1溶胶的颜色溶胶的颜色第三章第三章 溶胶溶胶 溶胶对光有溶胶对光有吸收和散射吸收和散射等作用，所以等作用，所以溶胶经常呈现出不同的颜色。溶胶经常呈现出不同的颜色。例如，红色例如，红色金溶胶金溶胶是对是对500-600nm波长波长的绿色光有较强的吸收，所以日光透过金的绿色光有较强的吸收，所以日光透过金溶胶后，溶胶后，颜色为红色，即绿色光的补色颜色为红色，即绿色光的补色。有些有些溶胶溶胶对可
17、见光中某一波长的光有对可见光中某一波长的光有较强的选择性吸收，则其透射光将较强的选择性吸收，则其透射光将呈现其呈现其吸收光的补色吸收光的补色。3.2.1溶胶的颜色溶胶的颜色第三章第三章 溶胶溶胶 溶胶能否对某波长的光有溶胶能否对某波长的光有选择性吸收选择性吸收，主要决定于溶胶主要决定于溶胶粒子的化学结构粒子的化学结构。许多溶胶是许多溶胶是无色无色的，因为它们的，因为它们对可见对可见光中各波段光的吸收都很弱光中各波段光的吸收都很弱，并且，并且吸收大吸收大致相同。致相同。3.2.1溶胶的颜色溶胶的颜色第三章第三章 溶胶溶胶 溶胶有很强的溶胶有很强的光散射作用光散射作用，所以溶胶，所以溶胶中粒子大小
18、不同中粒子大小不同也能引起颜色变化也能引起颜色变化。如金溶胶如金溶胶粒子大小不同时粒子大小不同时会呈现出会呈现出不同不同颜色颜色，在分散度很高粒子很微小时，金溶，在分散度很高粒子很微小时，金溶胶为红色，此时由于粒子过小散射很弱。胶为红色，此时由于粒子过小散射很弱。当金溶胶粒子增大后，散射作用增强，当金溶胶粒子增大后，散射作用增强，随着粒子的逐渐增大，溶胶的颜色也将由随着粒子的逐渐增大，溶胶的颜色也将由红色逐渐变成蓝色，是体系对光散射增强红色逐渐变成蓝色，是体系对光散射增强的结果。的结果。3.2.1溶胶的颜色溶胶的颜色第三章第三章 溶胶溶胶 1869年年Tyndall发现，若令一束会聚光发现，若
19、令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应效应。其他分散体系也会产生一点。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。散射光，但远不如溶胶显著。3.2.2 丁达尔（丁达尔（Tyndall）效应）效应第三章第三章 溶胶溶胶 光是一种电磁波，照射溶胶时，分子光是一种电磁波，照射溶胶时，分子中的电子分布发生位移而产生偶极子，这中的电子分布发生位移而产生偶极子，这种偶极子像小天线一样向各个方向发射与种偶极子像小天线一样向各个方向发射与入射光频率相同的光，这就是散射光。入
20、射光频率相同的光，这就是散射光。丁达尔现象丁达尔现象源于胶体（非均相体系）源于胶体（非均相体系）中分散粒子对光的中分散粒子对光的散射作用散射作用。3.2.2 丁达尔（丁达尔（Tyndall）效应）效应第三章第三章 溶胶溶胶 分子溶液分子溶液十分均匀，这种散射光经常十分均匀，这种散射光经常因相互干涉而完全抵消，因相互干涉而完全抵消，看不到散射光看不到散射光。3.2.2 丁达尔（丁达尔（Tyndall）效应）效应 溶胶溶胶是多相不均匀体系，在胶粒和介是多相不均匀体系，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而而能观察到散射现象能观察到散射现象。Tyndal
21、l效应效应实实际上已成为际上已成为判别溶判别溶胶与分子溶液胶与分子溶液的最的最简便的方法。简便的方法。第三章第三章 溶胶溶胶散射光的总强度可用散射光的总强度可用瑞利（瑞利（Rayleigh）公式）公式计算。计算。3.2.2 丁达尔（丁达尔（Tyndall）效应）效应0221222122423224II nnnncVc：单位体积中质点数；：单位体积中质点数；：入射光波长；：入射光波长；V：单个粒子的体积；：单个粒子的体积；n1，n2：分别为分散介质和分散相的折射率：分别为分散介质和分散相的折射率第三章第三章 溶胶溶胶从从Rayleigh公式可得出如下结论：公式可得出如下结论：1.散射光总能量与入
22、射光波长的四次方成反散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入射光波长愈短，散射愈显著。所以可比。入射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。见光中，蓝、紫色光散射作用强。2.分散相与分散介质的折射率相差愈显著，分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作用亦愈显著。则散射作用亦愈显著。3.散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。4.散射强度与粒子单个体积平方成正比。散射强度与粒子单个体积平方成正比。由由于真溶液中分子体积甚小于真溶液中分子体积甚小，散射光极弱。，散射光极弱。第三章第三章 溶胶溶胶 画面上的香火形成的烟雾呈现出一种浅蓝色。
23、画面上的香火形成的烟雾呈现出一种浅蓝色。这是由于组成烟雾的炭粒子线度非常小，符合瑞这是由于组成烟雾的炭粒子线度非常小，符合瑞利散射的条件，散射光中的蓝光成份比红光成份利散射的条件，散射光中的蓝光成份比红光成份强得多。我们平时所说的强得多。我们平时所说的“袅袅青烟。袅袅青烟。”说是就说是就是这种瑞利散射所产生的现象。是这种瑞利散射所产生的现象。对生活中光散射现象的解释对生活中光散射现象的解释第三章第三章 溶胶溶胶 白色的太阳光在瑞利散射的作用下，短白色的太阳光在瑞利散射的作用下，短波长（蓝光）的成份被散射掉了，透射的光波长（蓝光）的成份被散射掉了，透射的光中长波长（红光）的成份就较多。早晚光线中
24、长波长（红光）的成份就较多。早晚光线穿过大气层的行程长红光比例大，因此，早穿过大气层的行程长红光比例大，因此，早晚的太阳看上去就是偏红色的。晚的太阳看上去就是偏红色的。第三章第三章 溶胶溶胶细小的粒子各个方向的散射光强度细小的粒子各个方向的散射光强度 I 202212221222422cos1229 IInnnnrcVI为为方向的散射光强度。方向的散射光强度。是散射角是散射角，即观察方向与入射光传播方，即观察方向与入射光传播方向之间的夹角。向之间的夹角。第三章第三章 溶胶溶胶3.2.3 超显微镜的原理和应用超显微镜的原理和应用 超显微镜超显微镜分辨率高，可以研究半径为分辨率高，可以研究半径为5
25、150 nm的粒子。但是，的粒子。但是，超显微镜观察的超显微镜观察的不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射光。是目前研究憎液溶胶非常有用的手段光。是目前研究憎液溶胶非常有用的手段之一。之一。超显微镜的原理是用显微镜观察胶体超显微镜的原理是用显微镜观察胶体的丁达尔现象。的丁达尔现象。第三章第三章 溶胶溶胶 在黑暗的背景上，由于散射作用，胶在黑暗的背景上，由于散射作用，胶粒成为一个个明亮的光点，可以清楚地看粒成为一个个明亮的光点，可以清楚地看到其到其 Brown 运动。运动。3.2.3 超显微镜的原理和应用超显微镜的原理和应用第三章第三章 溶胶溶胶从超显微镜可以获
26、得有用信息从超显微镜可以获得有用信息（1）可以测定球状胶粒的平均半径。可以测定球状胶粒的平均半径。（2）间接推测胶粒的形状和不对称性。间接推测胶粒的形状和不对称性。例如，球状粒子不闪光，不对称的粒子在例如，球状粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有闪光现象。向光面变化时有闪光现象。（3）判断粒子分散均匀的程度。粒子大判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散射光的强度也不同。小不同，散射光的强度也不同。（4）观察胶粒的布朗运动观察胶粒的布朗运动、电泳、沉降、电泳、沉降和凝聚等现象。和凝聚等现象。第三章第三章 溶胶溶胶2.超显微镜对折射率（超显微镜对折射率（n）差较小的）差较小的大分大分子溶液体
27、系子溶液体系，由于，由于Tyndall 效应不明显，效应不明显，不能适用不能适用。超显微镜的局限超显微镜的局限1.只能确定质点的存在和位置（光亮点），只能确定质点的存在和位置（光亮点），而而看不到它的大小和形状看不到它的大小和形状（光点通常比粒子（光点通常比粒子本身大多倍），但电子显微镜可以。本身大多倍），但电子显微镜可以。第三章第三章 溶胶溶胶3.3 溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质3.3.1 布朗（布朗（Brown）运动）运动3.3.2 扩散扩散3.3.3 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡第三章第三章 溶胶溶胶3.3 溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质 1827 年植物学家布朗（年植物学家布朗（
28、Brown)用显微用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。作不规则的运动。3.3.1 布朗（布朗（Brown）运动）运动 后来又发现许多其它物质如煤、后来又发现许多其它物质如煤、化石、化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为微粒的这种运动为布朗运动布朗运动。第三章第三章 溶胶溶胶3.3.1 布朗（布朗（Brown）运动）运动 1903年发明了年发明了超显微镜超显微镜，为研究布朗，为研究布朗运动提供了物质条件。运动提供了物质条件。用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断用超显微镜可以观察到溶胶粒子
29、不断地作不规则地作不规则“之之”字形的运动，从而能够字形的运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。测出在一定时间内粒子的平均位移。第三章第三章 溶胶溶胶3.3.1 布朗（布朗（Brown）运动）运动 通过大量观察，得出结论：通过大量观察，得出结论：粒子越小，粒子越小，布朗运动越激烈布朗运动越激烈。其。其运动激烈的程度运动激烈的程度不随不随时间而改变，但时间而改变，但随温度的升高而增加随温度的升高而增加。1905年和年和1906年爱因斯坦（年爱因斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍夫斯基（和斯莫鲁霍夫斯基（Smoluchowski)分别分别阐述了阐述了Brown运动的本质。运动的本质。第三章
30、第三章 溶胶溶胶 Brown运动是分散介质分子以不同大小运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。性亦大。当半径大于当半径大于5 m，Brown运动消失运动消失。3.3.1 布朗（布朗（Brown）运动）运动第三章第三章 溶胶溶胶Einstein认为，溶胶粒子的认为，溶胶粒子的Brown运动与分运动与
31、分子运动类似，平均动能为子运动类似，平均动能为 。并假设粒子。并假设粒子是球形的，运用分子运动论的一些基本概是球形的，运用分子运动论的一些基本概念和公式，得到念和公式，得到Brown运动的公式为：运动的公式为：kT232/13 r tLRTX3.3.1 布朗（布朗（Brown）运动）运动 ：粒子的平均位移；：粒子的平均位移；t：观察间隔时间；：观察间隔时间；R：气体常数；：气体常数；：介质的粘度；：介质的粘度；r：粒子的半径；：粒子的半径；L：阿佛加德罗常数；：阿佛加德罗常数；T：热力学温度。：热力学温度。X第三章第三章 溶胶溶胶3.3.2 扩散扩散 由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，由于分子
32、的热运动和胶粒的布朗运动，可以观察到胶粒从可以观察到胶粒从c1区向区向c2区迁移的现象，区迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。这就是胶粒的扩散作用。c1c2BAc1 c2XXX第三章第三章 溶胶溶胶菲克菲克(Fick)定律：（一维）定律：（一维）dxdcDdtdm 爱因斯坦布朗位移方程：爱因斯坦布朗位移方程：rLRTtXD6122 D：扩散系数；：扩散系数；胶体胶体D 10-11m2s-1；而真溶液；而真溶液D10-9m2s-1粒子半径：粒子半径：溶胶的平均摩尔质量：溶胶的平均摩尔质量：6DLRTr 323)(16234 DRTLLrM第三章第三章 溶胶溶胶3.3.3 沉降与沉降平衡沉降与沉降平
33、衡 溶胶是高度分散体系，胶溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。度趋于均一。当这两种效应相反的力相当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。的梯度，如图所示。这种平衡称为这种平衡称为沉降平衡沉降平衡。1.沉降平衡沉降平衡第三章第三章 溶胶溶胶沉降平衡沉降平衡时时浓度随高度分布的规律：浓度随高度分布的规律：3.3.3 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 12121lnhhRTMgcc0 c1及及c2
34、分别是高度为分别是高度为h1及及h2截面上粒子的数浓度截面上粒子的数浓度(单位为个单位为个/m3)；及及0 分别为胶粒及分散介质的密度；分别为胶粒及分散介质的密度；M为胶粒的摩尔质量；为胶粒的摩尔质量；R和和g分别为摩尔气体常数及重力加速度常数。分别为摩尔气体常数及重力加速度常数。第三章第三章 溶胶溶胶2.沉降沉降 若分散相若分散相粒子较大粒子较大，布朗运动不足以，布朗运动不足以克服沉降作用时，就发生克服沉降作用时，就发生沉降沉降。粒子是半径为粒子是半径为r的球体，所受的重力为：的球体，所受的重力为：grf)(34031 按照流体力学中的按照流体力学中的Stokes公式，速度为公式，速度为u的
35、球体运动时所受阻力：的球体运动时所受阻力：ruf62第三章第三章 溶胶溶胶grgrru)(92)(3461020321ff 时，粒子将以恒定速度时，粒子将以恒定速度u沉降沉降 2.沉降沉降测量粒子的沉降速度可以求得粒子大小，即测量粒子的沉降速度可以求得粒子大小，即 210)(29gunr进而进而LrM334可用该关系求得可用该关系求得粒子的摩尔质量粒子的摩尔质量M第三章第三章 溶胶溶胶3.4 溶胶的流变性质溶胶的流变性质3.4.1 牛顿定律与粘度牛顿定律与粘度3.4.2 牛顿流体和非牛顿流体的流型牛顿流体和非牛顿流体的流型第三章第三章 溶胶溶胶3.4 溶胶的流变性质溶胶的流变性质 胶体存在流动
36、与胶体存在流动与变形的行为，即胶体变形的行为，即胶体的的流变性质。流变性质。物质的流变性质非物质的流变性质非常实用，许多过程的成常实用，许多过程的成败往往和材料是否具有败往往和材料是否具有适合的流变性质密切有适合的流变性质密切有关。关。2007年年3月月31日，在洛杉矶举行的日，在洛杉矶举行的“儿童选择奖儿童选择奖”颁奖典礼上。颁奖典礼上。影星成龙被绿色类似油漆的粘液喷了一身。影星成龙被绿色类似油漆的粘液喷了一身。第三章第三章 溶胶溶胶3.4.1 牛顿定律与粘度牛顿定律与粘度 将液体想象为一组将液体想象为一组与板面平行的液层，每与板面平行的液层，每一层都作匀速运动，其一层都作匀速运动，其速度速
37、度v随各层至板面的随各层至板面的距离距离x变化。变化。xvAFdd 液体流动时产生的内摩擦力液体流动时产生的内摩擦力xvdd：速度梯度；：速度梯度；A：相邻的两平行流层的面积。：相邻的两平行流层的面积。：摩擦系数，即黏度；：摩擦系数，即黏度；第三章第三章 溶胶溶胶xvAFdd 3.4.1 牛顿定律与粘度牛顿定律与粘度牛顿粘性流动定律：牛顿粘性流动定律：称为切应力称为切应力 凡符合牛顿粘性流动定律的流体称为凡符合牛顿粘性流动定律的流体称为牛顿流体牛顿流体。纯液体、小分子的稀溶液或分。纯液体、小分子的稀溶液或分散体系中分散相含量很少的体系都属于牛散体系中分散相含量很少的体系都属于牛顿流体。顿流体。
38、对于对于牛顿流体牛顿流体，在一定温度下，在一定温度下 为常数为常数 第三章第三章 溶胶溶胶3.4.2 牛顿流体和非牛顿流体的流型牛顿流体和非牛顿流体的流型 在流变学中以切应力对切速率作图，在流变学中以切应力对切速率作图，得到的曲线称为流变曲线。得到的曲线称为流变曲线。1.牛顿型：牛顿型：a线线 2.非牛顿流体非牛顿流体（1）塑性流体：）塑性流体：b线线（2）假塑性流体：）假塑性流体：c线线（3）胀性流体：）胀性流体：d线线 第三章第三章 溶胶溶胶1.牛顿型牛顿型 在一定温度下，在一定温度下，是一个恒定值，纯液是一个恒定值，纯液体及简单的溶液大多是牛顿流体体及简单的溶液大多是牛顿流体。3.4.2
39、 牛顿流体和非牛顿流体的流型牛顿流体和非牛顿流体的流型2.非牛顿流体非牛顿流体（1）塑性流体）塑性流体：切应力须超过某一临界值切应力须超过某一临界值0后体系才开后体系才开始流动，一旦开始流动，其始流动，一旦开始流动，其 之间呈之间呈线性关系。线性关系。xvdd其流动行为可描述为：其流动行为可描述为：ndxdvK 0 第三章第三章 溶胶溶胶（2）假塑性流体：）假塑性流体：（i）体系没有塑变值，流变曲线从原点开始；）体系没有塑变值，流变曲线从原点开始；（ii）粘度不是一个固定不变的常数，它随）粘度不是一个固定不变的常数，它随切速率的增加而减少，即具有切稀现象。切速率的增加而减少，即具有切稀现象。假
40、塑性流体的流动行为也可以用假塑性流体的流动行为也可以用Herschel-Bulkley公式公式ndxdvK 0 其中其中0=0，0n1实例：浓谷物淀粉液；一些蜂蜜和均质花实例：浓谷物淀粉液；一些蜂蜜和均质花生酱生酱第三章第三章 溶胶溶胶3.5 溶胶的电学性质溶胶的电学性质3.5.1 电动现象电动现象3.5.2 溶胶粒子表面电荷的来源溶胶粒子表面电荷的来源3.5.3 扩散双电层理论扩散双电层理论3.5.4 双电层的内部结构双电层的内部结构Stern电层电层3.5.5 电动电势（电动电势（）3.5.6 溶胶的胶团结构溶胶的胶团结构第三章第三章 溶胶溶胶3.5 溶胶的电学性质溶胶的电学性质3.5.1
41、 电动现象电动现象 溶胶粒子的运动与电性能之间的关系。溶胶粒子的运动与电性能之间的关系。电动现象的发现从电泳开始。电动现象的发现从电泳开始。电泳现象的发现：电泳现象的发现：1803年，俄国的年，俄国的 Pecc 实验实验 3.5.1.1 电泳电泳第三章第三章 溶胶溶胶Pecc 实验实验 通电后，通电后，粘土粒子粘土粒子朝正极方向运动朝正极方向运动。其他。其他实验也证明一些悬浮粒实验也证明一些悬浮粒子也有这种在电场中作子也有这种在电场中作定向运动的现象。定向运动的现象。电泳现象说明：悬电泳现象说明：悬浮在液体中的浮在液体中的胶体粒子胶体粒子带电带电，其符号可以根据，其符号可以根据胶粒在电场中的移
42、动方胶粒在电场中的移动方向确定。向确定。3.5.1.1 电泳电泳第三章第三章 溶胶溶胶电泳：电泳：带电胶粒或大分子带电胶粒或大分子在外加电场在外加电场的作用的作用下向带相反电荷的电极作下向带相反电荷的电极作定向移动定向移动的现象。的现象。3.5.1.1 电泳电泳第三章第三章 溶胶溶胶 影响电泳的因素有：带电粒子的大小、影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，质的种类、离子强度，pH值和粘度；电泳值和粘度；电泳的温度和外加电压等。的温度和外加电压等。从电泳现象可以获得胶粒或大分子的从电泳现象可以获得胶粒或大分子
43、的结构、大小和形状等有关信息。结构、大小和形状等有关信息。3.5.1.1 电泳电泳第三章第三章 溶胶溶胶1.界面移动电泳仪界面移动电泳仪几种典型的电泳仪几种典型的电泳仪 接通电源，观察液面的接通电源，观察液面的变化。若是无色溶胶，必须变化。若是无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。液面的变化。根据通电时间和液面升根据通电时间和液面升高或下降的刻度计算电泳速高或下降的刻度计算电泳速度。度。第三章第三章 溶胶溶胶2.显微电泳仪显微电泳仪 该方法简单、快速，胶体用量少，可该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所处的环境中测定电泳速度和电以在胶粒所处的环境中测定电
44、泳速度和电动电位。但只能测定显微镜可分辨的胶粒，动电位。但只能测定显微镜可分辨的胶粒，一般在一般在200nm以上。以上。第三章第三章 溶胶溶胶3.区带电泳区带电泳 将惰性的固体或凝胶作为支持物，两将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、负电极，在其上面进行电泳，从端接正、负电极，在其上面进行电泳，从而将电泳速度不同的各组成分离。而将电泳速度不同的各组成分离。区带电泳实验简便、易行，样品用量区带电泳实验简便、易行，样品用量少，分离效率高，是分析和分离蛋白质的少，分离效率高，是分析和分离蛋白质的基本方法。基本方法。常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上电泳等。电
45、泳和板上电泳等。第三章第三章 溶胶溶胶a.纸上电泳纸上电泳 用滤纸作为支持物用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。的电泳称为纸上电泳。先将一厚滤纸条在一定先将一厚滤纸条在一定pH的缓冲溶液中浸的缓冲溶液中浸泡，取出后两端夹上电极，在滤纸中央滴少量待泡，取出后两端夹上电极，在滤纸中央滴少量待测溶液，电泳速度不同的各组分即以不同速度沿测溶液，电泳速度不同的各组分即以不同速度沿纸条运动。纸条运动。经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距离的区带，区带数等于样品中的组分数。将纸条离的区带，区带数等于样品中的组分数。将纸条干燥并加热，将蛋白质各组分固定在纸条上，再干燥并
46、加热，将蛋白质各组分固定在纸条上，再用适当方法进行分析用适当方法进行分析.第三章第三章 溶胶溶胶b.凝胶电泳凝胶电泳 用淀粉凝胶、琼胶或聚丙用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等凝胶作为载体，则称烯酰胺等凝胶作为载体，则称为凝胶电泳。为凝胶电泳。将凝胶装在玻管中，电将凝胶装在玻管中，电泳后各组分在管中形成圆盘泳后各组分在管中形成圆盘状，称为圆盘电泳；状，称为圆盘电泳；凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电泳只能将血清分成五个组分，而用聚丙烯酰泳只能将血清分成五个组分，而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳可将血清分成胺凝胶作的圆盘电泳可将血清分成25个组分。个组分。第三章第三章
47、溶胶溶胶C.板上电泳板上电泳 如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。称为平板电泳。第三章第三章 溶胶溶胶4.毛细管电泳毛细管电泳毛细管电泳毛细管电泳是以弹性石英毛细管为分离通是以弹性石英毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，依据样品道，以高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的电泳分离分析方法。实现分离的电泳分离分析方法。电泳仪电泳仪进样系统进样系统分离系统分离系统检测系统检测系统数据处理系统数据处理系统毛细管电泳仪系统毛细管电泳仪系统第三章第三章 溶胶溶胶4.毛细管电泳毛细管电泳第
48、三章第三章 溶胶溶胶电泳仪工作示意图电泳仪工作示意图第三章第三章 溶胶溶胶 毛细管电泳技术可检测多种样品，如毛细管电泳技术可检测多种样品，如血清、血浆、尿样、脑脊液、红细胞、体血清、血浆、尿样、脑脊液、红细胞、体液或组织及其实验动物活体实验；且可分液或组织及其实验动物活体实验；且可分离分析多种组分，如核酸离分析多种组分，如核酸/核苷酸、蛋白核苷酸、蛋白质质/多肽多肽/氨基酸、糖类氨基酸、糖类/糖蛋白、酶、碱氨糖蛋白、酶、碱氨基酸、微量元素、小的生物活性分子等的基酸、微量元素、小的生物活性分子等的快速分析，以及快速分析，以及DNA序列分析和序列分析和DNA合合成中产物纯度测定等。成中产物纯度测定
49、等。4.毛细管电泳的应用毛细管电泳的应用第三章第三章 溶胶溶胶Pecc 还发现：若固相（粘土）固定，通电还发现：若固相（粘土）固定，通电后可观察到液体（水）在电场作用下向负后可观察到液体（水）在电场作用下向负极移动。极移动。3.5.1.2电渗、流动电位和沉降电位电渗、流动电位和沉降电位 在外加电场作用下，在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜带电的介质通过多孔膜或半径为或半径为110 nm的毛的毛细管作定向移动，这种细管作定向移动，这种现象称为现象称为电渗电渗。第三章第三章 溶胶溶胶电渗电渗 外加电解质对电渗速度外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度影响显著，随着电解质浓度的增加，电渗速
50、度降低，甚的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。至会改变电渗的方向。b)不同点：电泳观察到质点的运动；电渗不同点：电泳观察到质点的运动；电渗固体不动而液体运动。固体不动而液体运动。电泳与电渗的异同：电泳与电渗的异同：a)相同点：电场作用下，相接触的固体与相同点：电场作用下，相接触的固体与液体间发生相对运动的现象；液体间发生相对运动的现象；第三章第三章 溶胶溶胶流动电位流动电位 含有离子的含有离子的液体液体在加压或重在加压或重力等外力的作用力等外力的作用下，下，流经多孔膜流经多孔膜或毛细管时会或毛细管时会产产生电势差生电势差。这种因流动而产生的电势称为流动电势这种因流动而产生的电势称为流动
