南京大学物化实验系列胶体电泳速度的测定

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1.U 型管 2.3.4 活塞 5. 电极 6.弯管 图 2 拉比诺维奇-付其曼 U 形电泳仪
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U
D t
相距为 l(m)的电极间的电位梯读平均值 H (V m ) 为：
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H
E l
如果辅助液的电导率 L0 与溶胶的电导率 L 相差较大，则在整个电泳管内的电位降是不 均匀的，这时需用下式求 H
1.0019 10 3
80.10
D 0.0140m 7.78 10 6 m / s t 1800s E 149.8V 平均电位梯度： H 238.2V / m l 0.6290m
电泳速度： U ζ电位：
3.6 1010 V 2 s 2 kg 1m 1 3.14 1.0019 10 3 kgm 1 s 1 u 7.78 10 6 ms 1 4.6 10 2 V 1 80.10 238.2Vm
H
E L (l lk ) lk L0
式中 lk 为溶胶两界面间的距离。 从实验求得胶粒电泳速度后，可按下式求出ζ(V)电位：

K U H
式中 K 为与胶粒形状有关的常数（对于球形粒子 K 5.4 10 V s kg m 棒 形 粒 子 K 3.6 10 V s kg m
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讨论 7.1 实验注意事项： 7.1.1 在制备珂罗酊袋时，加水的时间应适中，如加水过早，因胶膜中的溶剂还未 完全挥发掉，胶膜呈乳白色，强度差不能用。如加水过迟，则胶膜变干、脆， 不易取出且易破。 7.1.2 溶胶的制备条件和净化效果均影响电泳速度。制胶过程应很好控制浓度、温 度、搅拌和滴加速度。渗析时应控制水温，常搅动渗析液，勤换渗析液。这 样制备得到的溶胶胶粒大小均匀，胶粒周围的反离子分布趋于合理，基本形 成热力学稳定态，所得的ζ电位准确，重复性好。 7.1.3 渗析后的溶胶必须冷至与辅助液大致相同的温度（室温） ，以保证两者所测 得的电导率一致，同时避免打开活塞时产生热对流而破坏溶胶界面。 7.1.4 Fe(OH)3 溶胶也可用化学凝宪法制备。 方法是直接用 FeCl3 在沸水中水解。 水 解制备的溶胶，需经长时间的渗析，才能应用于测定ζ电位。而本实验的胶 溶法，速度快，溶胶稳定，缺点是条件控制不当，有时会导致颗粒过大。 7.1.5 本实验所采用的是简易电泳仪，操作时要特别小心，不能搅乱溶胶和辅助液 的分界面，对于分界面不清楚或没有颜色的溶胶，应用时应特别注意，最好 改用其它的电泳仪。 7.1.6 辅助液的电导要与溶胶相等或相近，同时辅助液的离子组成对胶体的电泳速 度有影响。如果辅助液选择不当，则 U 型管内溶胶与辅助液的界面在一臂中
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下降的速度不等于另一臂中上升的速度，界面就会被冲毁而变得不明显。最 好的辅助液是该胶体溶液的超滤液。本实验中用电导和溶胶相同的 KCl 溶液 作辅助液，能得到清晰的移动面。 7.2 实验中可能出现的故障及排除方法 7.2.1 故障：辅助液与胶体界面不清晰。 原因及处理方法： 。2.拉比诺维奇-付其曼 U 形电泳仪中活塞的直径小于管 径，则流动时在活塞孔处流速加大，胶体界面就会搅乱而不清。更换活塞 使活塞的直径与 U 形管管径相同。3.辅助液的电导率或温度与溶胶的差别 太大。 7.2.2 故障： U 形管内溶胶与辅助液的界面在一臂中下降的速度不等于在另一臂中 上升的速度。 原因及处理方法：1.溶胶纯化的程度低，溶胶电导率过大。 （可以向溶液中 加入一定量的尿素，消除低分子的影响）2.辅助液选择不当，以 KCl 作为 辅助液比 NaCl、HCl 为好。最好的辅助液是该胶体溶液的超滤液。3.溶胶 的浓度过大或生成的溶胶颗粒大小和形状差别大造成电泳速度的不同。为 了减少测定误差，可取电泳速度的平均值，代入公式计算ξ电势。 7.2.3. 故障：实验测得ξ的电势数值偏大。 原因及处理方法： 1.辅助液的 pH 值太小 （pH<4） 。 2.在制备 Fe(OH)3 溶胶时， FeCl3 的浓度太大。3.电泳时外加电压太大，一般应控制在 70—220V 之间。 电泳在生命科学方面的应用 随着生命科学和基因工程研究发展，DNA测序越来越重要，人类基因组计划在l5 年内完成人染色体36亿对碱基对的测序工作。DNA片段有一定电荷大小和不同的分子 量，通常采用筛分机制进行毛细管电泳分离。DNA 测序时，三磷酸双脱氧核苷酸终止 反应产生的DNA序列片段被送至筛分电泳分离，并用自动X光计或激光诱导荧光计进行 检测，最后将原始数据汇集整理成完整的序列。过去，DNA 测序主要用平板凝胶电泳， 费时费力、分析容量低、提供信息少。现在毛细管电泳法成为最主要的方法。与普通 电泳相比，CE具有许多优势，表现为：①灵敏度高：常用的紫外检测器的检测限可达 －１３ －１５ －１８ －２１ l0 ～10 mol，激光诱导荧光器则达10 ～10 mol；②高效、快速：毛细管 内径很小，比表面积很大，散热效率高，焦耳热的影响大大减少；因此可施加高电场， 从而大大提高了分析速度和分辨率；③样品少：只需nL级的进样量；④在线检测：毛 细管上开一检测窗口，可直接柱上检测；⑤ 自动化程度高：操作全部自动化，减少了 实验重复中的误差。 微机处理分析数据， 可对电泳图谱中各组分进行定量和比较分析。 因此CE是DNA测序的一项主要工具
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数据记录与处理 5.1 原始数据记录 表 1 原始数据记录 E/V D/cm l/cm t/s T/℃ 电导率/μS s
-1
149.8 14.40-13．00=1.40 62.9 30min=1800s 18.2 99.8
(查表)/( Kg m 1 s 1 )
5.2 数据计算：
胶体向负极迁移（胶体液面上升的一面） ，所以胶粒带正电荷。 电极反应： 正极： 2 H 2e H 2 负极： 2Cl 2e Cl 2 6 思考题 6.1 电泳速度与哪些因素有关？ 答：胶体粒子的电泳速度与粒子所带的电量及外加电势梯度、分散介质的介电常 数成正比，而与分散介质的粘度及胶粒的大小成反比。实验还证明，若溶胶中加 入电解质，则对电泳会有显著的影内。随着外加电解质的增加，电泳速度常会降 低以至变成零。胶体的电泳速度还与溶剂中电解质的种类、离子强度以及 pH 值、 温度等因素有关。对于两性电解质，如蛋白质，在其等电点处，在外加电场中粒
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d)
如图 2 将两铂电极插入支管内并连接电源．开启活塞 4 使管内两辅助液面等 高， 关闭活塞 4， 缓缓开启活塞 2、 3(勿使溶胶液面搅动)。 然后打开稳压电源． 将 电压调至 150V，观察溶胶液面移动现象及电极表面现象．记录 30min 内界面 移动的距离：用绳子和尺子量出两电极间的距离．
1 1 10 2 2 1 1
10
2
2
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；对于
，本实验胶粒为棒形） ； 为介质的粘度
（ kg m s ） ； 为介质的介电常数。 3 仪器与药品 直流稳压电源 1 台；电导率仪 1 台；电泳仪 1 个；铂电极 2 个。 三氯化铁（化学纯） ；棉胶液（化学纯） 实验步骤 4.1 Fe(OH)3 溶胶的制备 将 0.5g 无水 FeCl3 溶于 20mL 蒸馏水中，在搅拌的情况下将 上 述 溶 液 滴 入 200mL 沸 水 中 （ 控 制 在 4min ～ 5min 内 滴 完 ） ，然后再煮沸 1min~2min，即制得 Fe(OH)3 溶胶。 4.2 珂珞酊袋的制备 将约 20mL 棉胶液倒入干净的 250mL 锥形瓶内，小心转动锥形 瓶使瓶内壁均匀铺展一层液膜，倾出多余的棉胶液，将锥形瓶倒置于铁圈上，待 溶剂挥发完（此时胶膜已不沾手） ，用蒸馏水注入胶膜与瓶壁之间，使胶膜与瓶 壁分离，将其从瓶中取出，然后注入蒸馏水检查胶袋是否有漏洞，如无，则浸入 蒸馏水中待用。 4.3 溶胶的纯化 将冷至约 50℃的 Fe（OH）3 溶胶转移倒珂珞酊袋，用约 50℃的蒸 馏水渗析，约 10min 换水 1 次，渗析 5 次。 4.4 将渗析好的 Fe(OH)3 溶胶冷至室温，测其电导率，用 0.1mol/L KCl 溶液和蒸馏水 配制与溶胶电导率相同的辅助液。 4.5 测定 Fe(OH)3 的电泳速度 a) 用洗液和蒸馏水把电泳仪洗干净(三个活塞均需涂好凡士林)。 b) 用少量 Fe(OH)3 溶胶洗涤电泳仪 2 次～3 次，然后注入 Fe(OH)3 溶胶直至胶液 面高出活塞 2、3 少许，关闭该两活塞．倒掉多余的溶胶。 c) 用蒸馏水把电泳仪活塞 2、3 以上的部分荡冼千净后在两管内注入辅助液至支 管口，并把电泳仪固定在支架上．


6.4
选择和配制辅助液有何要求。 答：辅助液最好用该胶体的超滤液。要求辅助液中正负离子迁移速率尽量接近， 常用氯化钾作辅助液，因为钾离子与氯离子的迁移速率基本相同；要求辅助液的 电导率与胶体的电导率相同，这是为了避免因界面处电场强度突变造成两臂界面 移动速度不等产生界面模糊；温度与溶胶相同，以避免热对流；要求辅助液不会 与溶胶有化学作用且为无色或浅色液体。
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胶体电泳速度的测定
1 实验目的 1.1 掌握凝聚法制备 Fe（OH）3 溶胶和纯化溶胶的方法 1.2 观察溶胶的电泳现象并了解其电学性质，掌握电泳法测定胶体电泳速度和溶胶ζ 电位的方法。
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实验原理 溶胶是一个多相体系，其分散相胶粒的大小约在 1nm～1um 之间。由于本身的电离或 选择性地吸附择性地吸附一定量的离子以及其它原因所致， 胶粒表面具有一定量的电荷； 胶 粒周围的介质分布着反离子。 反离子所带电荷与 胶粒表面电荷符号相反， 数量相等。 整个溶胶体 系保持电中性。 胶粒周围的反离子由于静电引力 和热扩散运动的结果形成了两部分——紧密层 和扩散层。 紧密层约有一两个分子层厚。 紧密吸 附在胶核去面上． 而扩散层的厚度则随外界条件 (温度，体系中电解质浓度及其离子的价态等)而 改变， 扩散层中的反离子符合玻兹曼分布。 由于 离子的溶剂化作用， 紧密层结合着一定数量的溶 剂分子， 在电场的作用下， 它和胶粒作为一个整 图 1 扩散双电层模型 体移动，而扩散层中的反离子则向相反的电极方 向移动。 这种在电场作用下分散相粒子相对于分散介质的运动称为电泳。 发生相对移动的界 面称为切动面， 切动面与液体内部的电位差称为电动电位或ζ电位， 而作为带电粒子的胶粒 表面与液体内部的电位差称为质点的表面电 。 胶粒电泳速度除与外加电场的强度有关外， 还与ζ电位的大小有关。 面ζ电位不仅与测 定条件有关，还取决于胶体粒子的性质。 ζ电位是表征胶体特性的重要物理量之一，在研究胶体性质 及其实际应用有着重要意义。胶体体的稳定性与ζ电位有直接关 系，ζ电位绝对值越大，表明胶粒荷电越多，胶粒间排斥力越大， 胶体越稳定。反之则表明胶体越不稳定。当ζ电位为零时．胶体 的稳定性最差，此时可观察到胶体的聚沉。 本实验是在一定的外加电场强度下通过测定 Fe(OH)3 胶粒的 电泳速度然后计算出ζ电位。 实验用拉比诺维奇-付其曼 U 形电泳 仪，如图 2 所示。活塞 2、3 以下盛待测的溶胶，以上盛辅助液。 在电泳仪两极间接上电位差 E（V）后，在 t（s）时间内溶胶 界面移动的距离为 D(m)，即胶粒电泳速度 U (m S ) 为：