胶体溶液电动电势ζ的测定ζ电势是溶胶稳定性的主要因素.doc

首页 → 第五章 胶体溶液 一、电动电势（ζ）的测定 ζ电势是溶胶稳定性的主要因素，也是用以判断电解质对溶胶的聚沉值的物理量。ζ电势的大小，与吸附层中的离子以及扩散层厚度有关，受外加电解质的影响很大。随着外加电解质浓度的增加，将使更多的反离子进入吸附层中，同时压缩了扩散层的厚度，当扩散层被压缩到与吸附层相重叠时，ζ电势降低到零，这种状态为等电状态，这时胶粒不带电荷，易发生沉聚。如果外加电解质中反离子发生强烈的专性吸附，甚至可以使ζ电势的符号改变。 ζ电势与电泳、电渗直接有关，因此可以通过电泳、电渗速度的测定求出ζ电势。以电渗实验测定溶胶的ζ电势为例。设在充满液体介质，半径为r，长度为l的毛细管两端加上电位差V1－V2，毛细管内的液体将发生流动。为简化起见，假定与毛细管壁所带数量相等的正电荷（反离子所带电荷）不是分散地分布在溶液中，而是紧靠固－液间的滑动面处，如图5-1的AA′和BB′线所示，与毛细管壁距离为δ，固－液间的电荷分布可看作一个间距为δ的平板电容器。设电容器的二极板（一极为毛细管，另一极为滑动面处的液体表面）上的电荷密度为σ，在外加电场中，作用于此单位液面上的力为： F=σ(V1－V2 ) / l =σ=Eσ 式中E为电势梯度。 当液体在毛细管中流动时，单位面积所受的阻力为： 式中η为液体介质的粘度系数，u为电渗速度（即介质流经毛细管速度），x为距毛细管表面的距离，du / dx为垂直于管壁方向上，单位距离的介质流速变化率。在距毛细管壁δ处（δ的值很小）的滑动面处的液体表面上，当液体匀速流动时，F=f从上两式得 整理后得： u = 固液界面处的电荷分布情况，类似于一个处在相对介电常数为εr的液体中的平板电容器上的电荷分布，所以有： ζ= 将上式结合可得： ζ= 从实验中测得ε、η、E、u，即可求得ζ电势。上述公式适用于棒状粒子。而对于球形粒子，固体表面上的双电层结构相当于球形电容器，根据球形电容器电位的计算公式可得球形粒子表面电动电势为 ζ= 应用以上公式计算ζ电势时，所有电学量都必须用绝对静电单位。如用SI单位，则 ζ= （棒状粒子） ζ= （球形粒子） 式中ε0为真空的相对介电常数，其值为8.85×10-12C2·N-1·m-2。 二、微乳状液 微乳状液是一种由油、水（或盐水）、表面活性剂所形成的乳状液中加入第四种物质（俗称辅助表面活性剂，常为脂肪醇或脂肪胺），在一定浓度范围内自发形成的透明或大半透明的具有高度稳定性的新型油—水分散系。这种分散体系具有很高的实用价值，如早期的一些地板抛光蜡液，机械切削油、织物和构件的表面清洗剂等。近年来，在石油开采的三次采油过程中应用微乳注水法可使原油的采收率提高10%以上，应用于蛋白质和酶的研究中，可改变水相介质条件，增大蛋白质的溶解度。作为反应介质制备高纯超细颗粒及纳米材料等。 由于界面张力的急剧降低，所以，微乳状液的热力学稳定性很高，是低粘度的，还能自动乳化，长时间存放也不会分层破乳，甚至用离心机离心也不会使之分层，即使能分层，静置后还会自动均匀分散。微乳状液中液滴的大小在10nm左右，介于一般的乳状液和胶束溶液之间，有时被称为膨大了的胶束溶液。但从本质上看，微乳状液不同于胶束的增溶，其差异表现在如下两个方面：（1）测定结果表明胶束比微乳状液的液滴更小，通常小于10nm，并且不限于球形结构。（2）制备微乳状液时，除需要大量表面活性剂外，还需加辅助剂。但是胶束溶液的表面活性剂的量只要超过临界胶束浓度以后，就可以形成胶束，并具有增溶能力。 从微观结构上说，微乳状液是极微小的油滴分散于介质中，形成水包油（O/W）型微乳状液，或极微小的水滴分散于油相中，形成油包水（W/O）型微乳状液，后来还发现，在特定的条件下微乳状液可由同一种类型转变为另一种类型。在微乳液结构的转变过程中可形成一种水相和油相都是连续相，且相互交错在一起的二连续结构。 三、溶胶—凝胶法及其在生物材料中的应用 溶胶—凝胶法是以金属有机或无机化合物溶液为原料，经水解、缩合反应生成的溶液中显示分散流动性的亚微米级超微粒溶胶，再将其与超微粒结合，形成外表层固化凝胶，再经过热处理而制成氧化物或其他化合物固定的方法。 基本过程是将酯类化合物或金属醇盐溶于一定温度下经过水解和缩聚反应而逐渐凝胶化，再经干燥烧结等处理制成所需材料。 溶胶—凝胶技术因为其温和的反应条件，为生物分子掺杂与其他基体提供了前提，在20世纪80年代人们就认识到利用溶胶—凝胶法可以将有机分子掺杂于机基质中，且保持掺杂物的物理和化学性质不变。1990年Braun等利用溶胶—凝胶法将碱性磷酸酶（ALP）引入无机SiO2基质中，并制取了具有一定生物活性的材料，这一开创性的工作，为生物分子掺杂于So