基础化学第五章(胶体)8(新).ppt

分散系（dispersed system） ：一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系,分散系中被分散的物质,容纳分散相的另一种物质,分散系,分散相（dispersed phase） 分散介质（dispersed medium）,第一节 胶体分散系 一、分散系的分类,第五章 胶体,1.粗分散系（100 nm ） 悬浊液、乳状液 2.胶体分散系（1-100 nm ） 溶胶、高分子溶液 3.分子分散系(1nm ) 溶液,9gl-1nacl 50gl-1葡萄糖 分散系分类：按照分散相粒子直径的大小,分散系,均相系统 非均相系统,生物体内的分散系,分散介质：水 人体组织按重量算水大约占60%。它是细胞的组成物质，也是消化液、淋巴液、血液的构成部分。 水是人体各个器官的媒介，担负着各种功能。水参与生物体内各种代谢过程，它将各种营养物质输送到机体的各个部分，又把机体的排泄物带出体外；水参与呼吸、循环、调节体温，以维持我们的生命所需。,生物体内的分散系,分散相 小分子： 无机物：na+，k+，co2，hco3-等 有机物：糖、尿素、有机酸等。 大分子：蛋白质、多糖、核酸等。,二、胶体分散系,溶胶(sol) 高分子溶液 (macromolecular solution) 缔合胶体(associated colloid ),溶胶的基本特性: 多相性、高度分散性和热力学不稳定性。,分散度：分散相在介质中分散的程度，把物质分散成细小微粒的程度 比表面：单位体积物质所具有的表面积 s0 = s / v,分散度与比表面,把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。,把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况：,达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应。由超细微粒制备的催化剂催化活性较普通催化剂高；将药物磨成细粉可以提高药效。,内部分子受到各个方向的分子作用力彼此抵消； 界面层分子受到的分子作用力不能相互抵消，受到被拉入体相的作用力，表面有自动收缩到最小的趋势。 表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。,表面层分子与内部分子受到的作用力比较,表面层分子与内部分子受到的作用力比较,把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。表面分子能量高。,自发过程：表面积减少，表面能降低。,溶胶：分散度大(有很多表面分子) 表面分子：有向内运动的趋势，有一种抵抗扩张的力（表面张力），表面(自由)能。 溶胶：热力学不稳定性。,表面层分子与内部分子受到的作用力比较,自发过程：表面积减少，表面能降低。,表面张力（surface tension）,在两相（特别是气-液）界面上，处处存在着一种张力，它垂直于表面的边界，指向液体方向。,将一含有活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。,把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用g 表示，单位是nm-1。,表面张力（surface tension）,在活动边框上挂一重物，使重物质量w2与边框质量w1所产生的重力 f（f =（w1+w2）g）与总的表面张力大小相等，则金属丝不再滑动。,表面张力（surface tension）,在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。,(a),(b),以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，线圈成任意形状可在液膜上移动，(a)图。,刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，(b)图。,（一）溶胶的光学性质,tyndall效应（tyndall effect）,一、溶胶的基本性质,第二节 溶 胶,（二）溶胶的动力学性质,小分子溶液：有扩散，无沉降,溶胶：有扩散，有沉降 （平衡）,悬浊液：无扩散，有沉降,1. 布朗运动 （brownian movement） 显微镜观察：胶粒做无序运动（扩散） 2. 沉降（sedimentation）运动,电泳 （electrophoresis）：在电场作用下，带电胶粒在介质中的运动。,（三） 溶胶的电学性质,电泳技术在氨基酸、多肽、蛋白质及核酸等物质的分离和鉴定方面有广泛的应用。,电泳方向 阳极：负溶胶 阴极：正溶胶,电渗（electroosmosis）：在外电场作用下，分散介质的定向移动现象。,电渗示意图,二、胶团结构及溶胶的稳定性,（一）胶粒带电的原因,胶核界面的选择性吸附 胶核：离子、原子或分子的聚集体 吸附与胶核的组成相类似的离子,制备fe(oh)3胶体 fecl3 + 3h2o fe(oh)3 + 3hcl fe(oh)3 + hcl feocl + 2h2o feocl feo+ + cl-,胶核：fe(oh)3m 吸附 feo+,2. 胶核表面分子的离解,h2sio3 hsio3- + h+ hsio3- sio32 - + h+,二、胶团结构及溶胶的稳定性,（一）胶粒带电的原因,fe(oh)3mnfeo+(n-x)cl-x+xcl- 胶核 吸附层 扩散层 胶粒 胶团,氢氧化铁溶胶的胶团结构:,(二) 胶粒的双电层结构,扩散双电层 （diffused electric double layer）,fe(oh)3溶胶的胶团结构示意图,agno3 + ki agi + kno3,agi溶胶的制备,1.n(agno3)=n(ki) 不能制备,2.n(agno3)n(ki) 溶液中：agi, ag+, no3-, k+,胶团,(agi)mnag+(n-x)no3-x+x no3-,胶核 吸附层 扩散层,胶粒,3.n(agno3)n(ki) 溶液中：agi, i-, no3-, k+,(agi)mni-(n-x)k+x-xk+,agno3 + ki agi + kno3,agi溶胶的制备,1.n(agno3)=n(ki) 不能制备,胶粒存在两种不同的电位： 1.热力学电位, 以表示： 胶核带电表面与均匀液相之间的电位差 2.电动电位（electrokinetic potential）或电位（zeta potential）: 滑动面与均匀液相之间的电位差。,电位的特点：易受加入电解质的影响。,(agi)mni-(n-x)k+x-xk+,吸附层与扩散层分开的界面,（三）溶胶的稳定因素,1. 胶粒带电,胶粒间相互排斥,2. 胶粒表面水合膜的保护作用,胶粒带电，有水合膜,n(agno3)=n(ki) 不能制备agi溶胶,1. 电解质的聚沉作用,聚沉能力：聚沉值，临界聚沉浓度,聚沉规律：反离子的价数愈高，聚沉能力愈强。,(agi)mni-(n-x)k+x-xk+,聚沉能力：nacl小于cacl2,（四）溶胶的聚沉（coagulation）现象,2. 溶胶的相互聚沉,动物和人的机体可看成是胶体、凝胶以及高分子溶液组成的复杂分散系，如果构成机体的分散系一旦失去动态平衡，正常的生命活动就会受到干扰或破坏，产生病变。应用胶体化学的原理和方法分析这些病变，采取相应措施使之恢复正常，是临床医学的基本任务之一。,第三节 高分子溶液 高分子化合物：104106相对原子质量单位。 生物高分子：蛋白质、核酸、糖原等 其他高分子：天然橡胶、聚苯乙烯等。 分子的直径达胶粒大小。 高分子化合物的性质：难溶解、有溶胀现象、溶液粘度大等（与相对分子质量大有关）。在合适的介质中高分子化合物能以分子状态自动分散形成均匀的溶液。,用高分子材料和药物制成特殊胶体分散体系 控制释放给药：按预定的时间和程序有控制地将药物释放入血液循环或病灶区域，以使血药浓度维持在有效治疗范围内。 微型胶囊：用合适的高分子材料包裹固体或液体药物制成微粒，直径一般介于5m400m 靶向给药：将药物与合适的载体结合，制成某种剂型，借助载体对靶组织的亲合性和特异性使药物在靶部位集中，或通过控制微粒的大小使药物达到靶部位，可降低剂量，提高疗效和减少毒副作用。 载体：乳剂、混悬剂、微囊、微球、纳米囊、脂质体等都属于胶体或粗分散体系。,蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子形式存在，因而常称之为聚电解质或高分子电解质（polyelectrolyte）。 蛋白质由约20种不同氨基酸组成，氨基酸以肽键连接，形成多肽链。,等电点 (isoelectric point) ，以pi表示 ： 正电荷与负电荷数量相等时溶液的ph值。 若phpi，带负电蛋白质离子多。 若phpi，带正电蛋白质离子多。,泌尿系统的所有器官（肾、肾盂、输尿管、膀胱、尿道）都可发生结石病。 尿结石是由尿液中所含晶体和胶体形成，一般先有一个核心，然后尿中的晶体围绕着这一核心沉积，逐渐增大形成结石。 绝大多数正常人尿液中草酸钙、磷酸钙和尿酸呈过饱和，它们的含量虽然大于其溶度积，但不因聚沉而形成结石。,血清白蛋白对草酸钙结石形成的影响 结石的种类：草酸钙（caoxa）结石、磷酸钙结石、磷酸镁铵结石、尿酸结石和各种尿酸盐结石。,血清白蛋白(hsa)不仅是人体中最主要的蛋白质，在血液中的浓度为40mgml，也是人体尿液中含量较多的蛋白质之一。,由585个氨基酸组合成的“心”形结构 分为i， 3个重复的域,hsa在6.820.4mg/l浓度范围内可抑制晶体的聚集。空白实验中caoxa晶体高度聚集，晶体粒子的平均尺寸为8.6um；而在hsa存在的体系中，caoxa晶体粒子尺寸减小到5.9um。 健康人血液：微溶性无机盐、碳酸镁、磷酸钙等以溶胶状态存在。卷曲的高分子包围溶胶胶粒，阻碍胶粒间的相互接触，增加了溶胶的稳定性。,当发生某些疾病使体液中的蛋白质等大分子化合物减少，减弱了对这些盐类溶胶的保护作用，则微溶性盐类就可能沉积而形成结石。 尿结石的形成和饮食营养有一定关系。注意和调节膳食也能预防尿结石复发，草酸钙结石患者宜少食含高草酸的蔬菜，如菠菜、西红柿、马铃薯、草莓等；磷酸钙结石的患者，应少食含钙较多的食物，如牛乳等。,第四节 表面活性剂和乳状液,一、表面活性剂(surfactant, surface active agent) 水表面张力随不同溶质加入所发生变化的三种情况： （1）使水的表面张力升高：nacl等无机盐、蔗糖等多羟基有机物。 c表 c内，正吸附,第四节 表面活性剂和乳状液,一、表面活性剂(surfactant, surface active agent) 水表面张力随不同溶质加入所发生变化的三种情况： （3）使水的表面张力急剧下降：肥皂及各种合成洗涤剂。表面活性剂,表面活性剂在溶液中能形成正吸咐， 表面惰性物质在溶液中形成负吸附。,表面活性剂（脂肪酸盐）示意图,（二）表面活性剂的结构,表面活性剂分子中的两类基团： （1）疏水性或亲脂性非极性基团 （2）亲水性（hydrophilic）极性基团。,构成细胞膜的脂类（磷酯、糖酯等）以及由胆囊分泌的胆汁酸盐都是表面活性物质。 医药上使用的表面活性剂：离子型和非离子型 离子型表面活性剂：阴离子、阳离子和两性离子表面活性剂。 阴离子表面活性剂有阴离子亲水基，常见的有脂肪酸盐（肥皂类）， rcoo-m，烃链一般在c11-c17，十二烷基磺酸钠（r-oso3na）等。,阳离子表面活性剂有阳离子亲水基， 新洁尔灭是常用的外用消毒杀菌的阳离子表面活性剂。 两性离子表面活性剂分子既有阳离子亲水基也有阴离子亲水基： 氨基酸型（rnh2chch2cooh） 甜菜碱型rn+h2(ch2)2ch2coo-两类。,胶束形成示意图 各种胶束形状示意图,二、缔合胶体,三、乳状液 （emulsion）,乳状液：以液体为分散相分散在另一种不相溶的液体中所成的粗分散系。其中一个相是水，另一相统称为油（包括极性小的有机溶剂）。 属于热力学不稳定的粗分散系。 在乳状液中加乳化剂（表面活性剂），可降低相界面张力，形成保护膜，使乳状液得以稳定。,医药卫生实践和日常生活中遇到的乳状液：食用乳汁、药用的鱼肝油乳剂、临床上用的脂肪乳剂输液。注射用药剂通常是w/o型乳状液，在乳状