胶体的制备和电泳实验报告数据处理

胶体的制备和电泳实验报告数据处理

胶体的制备和电泳实验报告

一、胶体的制备

1.1 实验目的

通过制备胶体，了解胶体的基本概念和性质，掌握常见胶体制备方法。

1.2 实验原理

胶体是由微粒子或分子组成的混合物，其粒径在1nm~1000nm之间。常见的胶体制备方法有溶剂置换法、凝聚法、共沉淀法等。

本实验采用溶剂置换法制备聚苯乙烯（PS）胶体。苯乙烯（St）在水

中不溶，在甲苯中可溶。将St加入水中后，利用超声波使其分散均匀，再加入甲苯，使St逐渐从水相转移到甲苯相中，形成PS微粒子。

1.3 实验步骤

（1）将10mL去离子水放入干净干燥的锥形瓶中；

（2）称取0.5g St放入锥形瓶中；

（3）用超声波处理10min；

（4）向锥形瓶中加入15mL甲苯；

（5）摇晃均匀后静置约30min；

（6）取出上层甲苯，得到PS胶体。

1.4 实验结果

制备的PS胶体呈乳白色悬浮液，无明显沉淀。

二、电泳实验

2.1 实验目的

通过电泳实验，了解胶体的电性质和粒径分布情况，掌握常见电泳实验方法和数据处理方法。

2.2 实验原理

在外电场作用下，胶体微粒子会向相反方向移动。根据Stokes定律，微粒子的运动速度与其半径成反比。在一定电场强度下，不同大小的微粒子会有不同的运动速度。通过测量微粒子运动距离和时间，可计算出微粒子的半径大小。

本实验采用间接法测量PS胶体微粒子半径。首先将PS胶体样品注入毛细管内，在两端施加高压形成等效于一个平行板电容器的结构。然后在外加电场作用下，测量微粒子移动距离和时间，并计算出微粒子半径。

2.3 实验步骤

（1）将0.5mL PS胶体样品注入毛细管内；

（2）在两端施加高压（+10kV和-10kV）；

（3）记录微粒子在电场作用下的运动轨迹；

（4）利用图像处理软件测量微粒子移动距离和时间，并计算出微粒子半径。

2.4 实验结果

图1为PS胶体微粒子在电场作用下的运动轨迹。

图1 PS胶体微粒子运动轨迹

根据图1可得，微粒子的运动速度随着半径大小的增加而减小。通过测量不同大小微粒子的运动距离和时间，计算出其半径大小如表1所

示。

表1 PS胶体微粒子半径大小数据表

微粒子半径（nm） 50 100 200 500

运动距离（μm） 35.6 17.8 8.9 3.6

运动时间（s） 60 60 60 60

平均速度（μm/s） 0.5933 0.2967 0.1483 0.06

通过表1可得，PS胶体样品中微粒子的平均半径分别为50nm、100nm、200nm和500nm。

三、数据处理

3.1 微粒子半径分布曲线绘制

根据实验结果，可以绘制PS胶体样品中微粒子半径的分布曲线。如图2所示。

图2 PS胶体微粒子半径分布曲线

从图2可得，PS胶体样品中微粒子的主要半径为100nm左右，且微粒子半径分布较为均匀。

3.2 微粒子电荷量计算

在电泳实验中，微粒子的运动速度与其表面电荷量成正比。根据Smoluchowski公式，可以计算出微粒子表面电荷量。

公式：q=4πηaU/kT

其中，q为微粒子表面电荷量（C），η为介质黏度（Pa·s），a为微粒子半径（m），U为施加电场强度（V/m），k为玻尔兹曼常数（1.38×10^-23J/K），T为温度（K）。

假设PS胶体样品中微粒子的温度为25℃，介质黏度为0.001Pa·s，施

加电场强度为100V/cm，则可计算出不同大小微粒子的表面电荷量如表2所示。

表2 PS胶体样品中不同大小微粒子的表面电荷量数据表

微粒子半径（nm） 50 100 200 500

表面电荷量（C）5.63×10^-19 2.25×10^-18 9.01×10^-18

1.80×10^-17

通过表2可得，PS胶体样品中微粒子的表面电荷量随着半径大小的增加而增加。

四、结论

通过本实验，成功制备了PS胶体，并利用电泳实验测量了PS胶体微粒子的半径大小和表面电荷量。结果显示，PS胶体样品中微粒子的主要半径为100nm左右，且微粒子半径分布较为均匀；微粒子的表面电荷量随着半径大小的增加而增加。