胶体粒子的结构与胶体的聚沉.doc

胶体粒子的结构与胶体的聚沉一,胶体的结构以AgI胶体为例说明胶体的形成及结构:1.胶核及吸附胶核的形成若将稀溶液与KI稀溶液混合后,将发生如下的化学反应:生成m个AgI分子聚集成直径为1nm100nm范围内的微晶粒子是分散质的核心,称之为胶核.胶核的选择性吸附体系中有多种离子,如等,胶核吸附何者 实验表明胶核选择性吸附与其组成有关,浓度较大的离子,例如制备AgI时,如果KI过量,胶核就优先吸附了n个而带负电荷,反之,若过量,则吸附了n个而带正电荷.反离子的分布与体系中的胶核所带电荷电性相反的离子称为反离子,如KI过量时的或过量时的就是反离子,体系中的反离子受到两种相反的作用力.静电作用力:由于反离子带有与胶核表面电荷电性相反的电荷,所以反离子与胶核间将产生静电作用,使反离子尽量靠近胶核分布.分子热运动:反离子在不停地运动之中,这种运动驱使反离子趋向均匀分布.静电作用和分子热运动共同作用的结果,使体系反离子按一定的梯度分布,即自胶核表面向外,单位体积的反离子数目越来越少.2.胶粒与胶团靠近胶粒表面的n-x个反离子,由于受到较强的静电作用,因而较紧密地束缚在胶核周围,与胶核表面吸附的离子共同组成吸附层,吸附层与胶核构成胶粒.胶粒与扩散层包括在一起称为胶团.较外层的x个反离子,由于受到静电作用力很弱,很疏松地分布在胶粒的周围,称为扩散层.从胶团的结构可知,由于吸附层内离子或离子数目少于或,因此胶粒是带电的,但整个胶团是电中性的.由于扩散层并不与胶粒一起运动,因此,在外电场作用下,胶粒作为一个整体而向某一电极移动,而扩散层的离子移向另一电极.二,胶体的稳定性与聚沉1.胶体的稳定性从理论上讲,胶体是热力学不稳定体系,胶粒有相互聚集成大颗粒而沉降析出的趋势.然而实际上经过纯化的胶体往往可以保存数日甚至更长时间也不会沉降析出.其原因主要有以下两点:胶粒的静电作用同一体系胶粒带有同种电荷,相互排斥,阻止了胶粒的靠近,聚集.水化膜的保护作用胶粒中的吸附离子和反离子都是水化的(即离子外围包裹着水分子),所以胶粒是带水化膜的粒子.水化膜犹如一层弹性隔膜,起到了防止运动中的胶粒在碰撞时相互聚集变大的作用.2.胶体的聚沉胶体的稳定性是相对的,是有条件的.只要减弱或消除使胶体稳定的因素,就能使胶体胶粒聚集成较大的颗粒而沉降,这种使胶粒聚集成较大颗粒而沉降的现象称为聚沉.(1)电解质对胶体的聚沉作用在胶体体系中,加入少量电解质后,增加了体系中离子的浓度,将有较多的反离子挤入吸附层,从而减少甚至完全中和了胶粒所带的电荷,使胶粒之间的相互斥力减少甚至丧失,导致胶粒聚集合并变大,最终从胶体中聚沉下来.聚沉规律有以下两点:电解质对胶体的聚沉作用,主要是由与胶粒电性相反的离子引起的,这种离子的价数越高,其聚沉值越大.同价离子的聚沉能力虽相近,但也略有不同,半径大的离子聚沉能力强.(2)胶体的相互聚沉作用将两种带相反电荷的胶体以适当的比例混合也会发生聚沉.如所带电荷相互抵消,形成较大颗粒,产生聚沉.由蛋白质离心想到的一种或几种物质分散在另一种介质中所形成的体系称为分散系。被分散的物质称为分散相，而连续介质称为分散介质。这里只讨论以液体作为分散介质的分散系。分散系统按分散相粒子大小不同，可分为低分子分散系、胶体分散系和粗分散体系。 低分子分散系中分散相粒子小于1nm，内部没有固液相分界面，颗粒在不停地做布朗运动，无论放置多久，都不会有沉降出现，具有均一、稳定、透明的特点，为均相稳定分散系，常见的有盐水、蔗糖水溶液。粗分散系中分散相粒子大于100nm，颗粒较大容易自然下沉，具有浑浊、不透明、不稳定的特点，属多相不稳定体系。按分散相状态不同又可分为悬浊液(固体分散在液)和乳浊液(液体分散在液体中如牛奶、豆浆)。 胶体分散系的分散相粒子大小在1-100nm之间，颗粒也具有布朗运动，外观均匀，按胶粒与分散介质之间的亲和力强弱，可分为疏水胶体溶液和亲水胶体溶液。疏水胶体又称粒子胶体，是由多分子集合体分散于水中形成的，由于集合体表面带有电荷，依靠同种电荷的排斥力可以稳定存在，疏水胶体可表现出胶体所有的特性，与粗分散系相同，属多相不稳定体系，常见的有胶体金、Fe(OH)3水溶液等。亲水胶体又称高分子胶体，是由结构简单的单个分子或较小聚合度的分子或离子自行溶解于水中形成的，颗粒表面有一层水膜，阻碍了胶体粒子的相互聚结，即使不带电时仍能保持高度稳定，属均相稳定体系。实验室中常见的蛋白质水溶液即属于亲水胶体，水溶液中，每一个蛋白质胶粒表面都包围着很厚水膜，可阻碍蛋白质胶粒的相互聚集。并且蛋白质是两性离子，在一定pH溶液中，蛋白质表面带有同种电荷，互相排斥作用使颗粒不能聚合。如去掉这两个因素，蛋白质胶粒就会凝集下沉，从溶液中沉淀析出，盐析、有机溶剂、重金属离子或某些酸根均是破坏了水膜和/或中和了电荷导致蛋白质颗粒不稳定而沉淀出来。 除水膜和电荷外，在溶液中蛋白质分子还具有布朗运动，使得蛋白质分子能自行扩散到整个溶液中并散布均匀，不会自行沉降，使胶粒具有一定的动力稳定性，在重力场中达到“沉降平衡”。目前通常采用密度梯度方法、使用100,000g以上的转速、经过几个小时的离心来分离沉淀蛋白质，所以在实验中离心时，如果不存在变性或沉淀的因素，用普通的实验室离心机绝对不可能将蛋白质溶液沉淀下来。离心机沉降系数的测定沉降系数测定是分析离心机最主要的用途。通常只需要几十毫克甚至几十微克样品，配制成12毫升溶液，装入分析池，以几小时的分析离心，就可以获得一系列的样品离心沉降图。根据沉降图可以作样品所含组分的定性分析，亦可以测定各组分的沉降系数和估计分子大小，作样品纯度检定和不均一性测定，以组分的相对含量测定。1.原理沉降系数的测定原理就是在恒定的离心力场下测定样品颗粒的沉降速度。因为样品颗粒很小，不能直接看到它们的沉降运动，所以把离心时样品颗粒的界面移动速度看作是样品颗粒的平均沉降速度。通常使用Schlieren和吸收光学系统来记录界面沉降图。在沉降图中样品界面一般表现为一个对称的峰，峰的最高点代表界面位置。通常沉降系数测量精度为2%,但是如果面界图型表现为不对称峰型，或希 望沉降系数测量精度达到1%或更小的情况时，按峰的最高点作为界面位置就不够了这时应该使用二阶距法计算界面位置。2.沉降系数测定实例样品：牛血清白蛋白样品溶液与离心：按0.6%浓度将牛血清白蛋白溶于0.14M NaCl、0.01M磷酸缓冲液中，pH7.0。用12mm厚双槽分析池，一边加入溶液一边加入溶剂，约各0.3ml。分析池与平衡池平衡重量，使平衡池比分析池轻0.5g以内，然后分别装入分析转头。分析转头装于分析离心为什么，关转动腔，抽真空。开 Schlieren光光源，选择工作速度一60000转/分，离心室温。转动腔达到真空后离以机开始运转加速，此时在观察窗口可以看到离心图型。达到工作速度后即为恒速离心。待看到样品峰的尖端后即可以6分 钟间隔照相，共照6张。照完相即可关机，取出样品液，清理转头和分析池。照相用强反差显影冲洗后即得Schlieren光路沉降图形照片。沉降图象测量：Schlieren沉降图可以用比长仪，读数显微镜，或投影仪测量。要求测量的横向量程为6cm，测量精度应优于10m。通常读数显微镜已能满足要求。投影仪可以使图象放大于屏幕上，读测比较容易，眼睛不易疲劳。测量时把沉降图象的底片放于测量仪器上，使液面的垂直线与测量仪中的垂直线重合，然后用十字标线依次测量内参孔，液面，界面峰尖，和外参考孔的位置，每个图象至少读测三次，取平均值。依次把每个图象依同样方法测量，把数据列成表5。照相号 x1(mm) x2(mm) x3(mm) x4(mm) (x3-x1)/a log5.65+(x3-x1)/a1 45.426 37.626 33.807 13.810 0.6125 0.79672 45.640 37.830 33.351 13.420 0.6485 0.79923 45.890 38.070 32.895 13.663 0.6854 0.80174 45.733 37.921 32.163 13.523 0.7161 0.80395 45.802 38.000 31.580 13.593 0.7507 0.80626 46.009 38.211 31.172 13.800 0.7830 0.8084(4)沉降系数S的计算：沉降图测量完，先检查每一张图和第六张图的x2-x1值，二张图的x2-x1值的差应该小于界面峰位置的测量误差。实测x2-x1的差值为0.002，说明液面在离心30分钟内变动为 0.002mm。界面峰在30分钟内移动距离是第六号图的x1-x3减第一号图的x1-x3，是3.208mm,其峰位测量意味着允许为0.03。可内陆液面变动0.002mm远小于峰位测量误差0.03mm，说明离心时没有发生漏液。按a=(x4-x1)/1.7求算光路对分析池的放大倍数，然后按(x3-x1)/a求算界面峰离开内参考孔的实际距离，再按x=5.65+(x3-x1)/a求算界面峰离开旋转中心的实际距离，再由对数表求算logx植，计算数据亦列于表5中。3.离心图象的分析 当离心刚开始时如果见到有快速沉降的峰，几分钟内就到达分析池底部，一般多是由于样品发生部分聚合形成快速沉降的高聚物，如蛋白质样品液遇到某些变性因素时会部分变性而沉淀。离心达速后样品的的记心图象显示一个对称的峰形，一般可以认为样品是离心均一的。但是对样品的真正均一性还应用其他方法进一步检测，如电泳，层析等。某些混合样品偶然亦会给出一个对称峰的。峰形通常会随时间而扩展，这是由于样品扩散的结果。但如果峰形扩展很快，则该样品可能是多分散性的。如果离心图象中表现几个峰，说明样品中有几个组分，每一个峰代表相应组分的沉降界面，因此可以测定每一个组分的沉降系数值。根据峰的面积可以测量组分的浓度值。有时离心的图象表现出一个不对称的峰，这可能是由于下列几种情况所致。几个沉降系数接近的组分峰形重叠，样品是多分散性的，其分子量分布不均匀，某些相互作用强的高分子，其沉降速度对浓度依赖很大，如DNA，多糖分子，若测定于高浓度，在界面区由于浓度变化造成沉降速度不一致而致峰形呈不对称分布。这类样品在更大浓度时甚至会形成一非常尖锐的界面，在离心沉降图中表现成一根垂直线，看不到任何峰形。根据这种图形测定沉降系数误差将很大。通常这类样品应该测定于很稀的浓度，此条件下分子相互作用变小，界面扩展的峰形，才可以测到正确的沉降系数。4.样品的纯度和浓度测定分析离心机可以测定样品的纯度和浓度，这亦是分析离心用途。通常样品的离心图形表现一个对称峰形时，可认为该样品是离心均一的。但是在作纯度测定时还要注意样品的测定浓度，应该使样品测定浓度大于测定方法的灵敏度一百倍以上，测定才有意义。譬如Schlieren光路对该样品测定灵敏度为 0.1mg/ml，那么该样品测纯度时的浓度应该是90mg/ml。假如选用样1mg/ml浓度测定，沉降图形即使表现单一峰，仍不能确定其纯度是0%还是99%。如果样品是多组分的，离心图中表现几个峰，根据每个峰的面积与所有峰的总面积的比值可以得到每个组分的相对浓度值。在计算时应该考虑辐射稀释效应，即把各个组分的面积值根据其所在位置用辐射稀释公式校正到液面处的值，然后计算相对。还要注意这样的浓度估测是建立在各个组分具有相同的折射率比值的假设基础上的。根据峰形面积结合该组分的浓度与折射率比值和仪器常数还可以计算该组扫的绝对浓度值。5.带状沉降法带状沉降法类似于速率区带离心法。方法使用合成界面池，在池中预先加入0.55ml的1M NaCl溶液，然后地2000转分转速下铺上0.01ml样品液，然后加速到30000转分，用吸收光路记录样品沉降图形。由于NaNl向样，品带扩散形成一密度梯度区，可以稳定沉降的样品区带。样品中如果有多个沉降系数不同的组分，它们将依各自的沉降速度呈区带沉降。利用这个方法可以检定样品纯度，估测组成的相对含量和沉降系数。适用于微量的核酸和病毒样品的分析测定。离心机是利用离心力对混合液（含有固形物）进行分离和沉淀的一种专用仪器。实验室常用电动离心机有低速、高速离心机和低速、高速冷冻离心机，以及超速分析、制备两用冷冻离心机等多种型号。其中以低速（包括大容量）离心机和高速冷冻离心机应用最为广泛，是生化实验室用来分离制备生物大分子必不可少的重要工具。在实验过程中，欲使沉淀与母液分开，常使用过滤和离心两种方法。但在下述情况下，使用离心方法效果较好。氢氧化铁胶体聚沉百科名片胶体的微粒在一定条件下发生聚集的现象叫做聚沉（Coagulation）。胶体稳定的原因是胶粒带有某种相同的电荷互相排斥，胶粒间无规则的热运动也使胶粒稳定。因此，要使胶体聚沉、其原理就是：中和胶粒的电荷、加快其胶粒的热运动以增加胶粒的结合机会。聚沉方法使胶粒聚集而沉淀下来。其方 法有： 1加入电解质。在溶液中加入电解质，这就增加了胶体中离子的总浓度，而给带电荷的胶体粒子创造了吸引相反电荷离子的有利条件，从而减少或中和原来胶粒所带电荷，使它们失去了保持稳定的因素。这时由于粒子的布朗运动，在相互碰撞时，就可以聚集起来。迅速沉降。 向胶体中加入盐时，其中的阳离子或阴离子能中和分散质微粒所带的电荷，从而使分散质聚集成较大的微粒，在重力作用下形成沉淀析出。这种胶体形成沉淀析出的现象称为胶体的聚沉（适用于液溶胶）。 如由豆浆做豆腐时，在一定温度下，加入CaSO4(或其他电解质溶液)，豆浆中的胶体粒子带的电荷被中和，其中的粒子很快聚集而形成胶冻状的豆腐（称为凝胶）。 一般说来，在加入电解质时，高价离子比低价离子使胶体凝聚的效率大。如：