氢氧化铁溶胶电泳实验的研讨

氢氧化铁溶胶电泳实验的研讨 第24卷第5期 2010年9月 湖南lT业大学 JournalofHunanUniversityofTechnology Vo1.24No.5 氢氧化铁溶胶电泳实验的研讨 刘建华,沈志农,龚文强,肖利,胡洵璞 (湖南工业大学冶金工程学院,湖南株洲412007) 摘要:为改进电泳实验使之更适合本科实验教学,采用了渗析法和络合法处理氢氧 化铁溶胶,分别作电 泳实验,测量出电泳速率并计算出电势值.实验结果明:用渗析法对氢氧化铁溶 胶进行净化后得到的电势 值在43--48mV之间,采用此方法得出的数据较准确并且重现性好;采用尿素对氢 氧化铁溶胶络合法处理后得到 的电势值在32—47mV之间,该方法操作简单快捷而且实验成功率较高.由此说明 这两种方法对实验结果的影 响均不大,因此采用尿素络合法更适合学生做实验. 关键词:电泳;渗析;络合 中图分类号:06—339文献标志码:A文章编号:1673—9833(2010)05—0098—03 DiscussionandStudyonElectrophoresisofFerricHydroxideSol LiuJianhua,ShenZhinong,GongWenqiang,XiaoLi,HuXunpu 【SchoolofMetallurgicalEngineering,HunanUniversityofTechnology,ZhuzhouHunan4 12007,China) Abstract:Inordertoimproveelectrophoresistestfortheundergraduate,theelectrophoresisra tesaremeasuredandits potentialvaluesarecalculatedbymethodsofdialysisandcomplexforferrichydroxidesolven trespectively.Theexperiment resultsindicatethatPotentialsvaluesareobtainedbetween43,48mVafterpurificationfortheferrichydroxidesolventbythe dialysismethod,whicharemoreaccurateandrepeatable,potentialsvaluesareobtainedbetw een32—47mVafterthecomplex methodfor'theferrichydroxidesolventwithurea,thismethodissimpleandalsohigherchance ofSUCCESS.Itshowsthatthetwo methodsontheexperimentalresultshavelittledifference.Therefore,thecomplextransactin gwithureaismoresuitablefor students. Keywords:electrophoresis;dialysis;complex 0引言 采用电泳方法测定溶胶的电势是物理化学教学 实验中的重要实验项目,通过该实验使本科生加深了 对胶体的动电性质的理解.胶粒表面由于电离或吸附 粒子而带电荷,在胶粒附近的介质中必定分布着与胶 粒表面电性相反而电荷数量相等的离子,因此胶粒表 面和介质问就形成一定的电势差.由溶剂化层界面到 均匀液相内部的电势差叫做电动电势即电势,是表 征胶粒特性的重要物理量之一,本实验根据电泳现象 对电动电势进行测定. 利用氯化铁溶液的水解制备Fe(OH)溶胶,由于溶 胶受诸多因素(如:溶胶中胶粒形状,表面电荷数量, 溶剂中电解质的种类,离子强度,pH值,温度和所加 电压等)的影响"],因此,对氢氧化铁溶胶的处理方法 对电泳速率有重要的影响】.为了去掉多余的离子溶 胶,需要进行较长时间的渗析纯化才能用于电泳实验, 此外,进行电泳实验时经常遇溶胶与辅助液间界面模 收稿日期:2010-07-01 基金项目:湖南工业大学精品课程基金资助项目(湖工大教字[201016—8) 通信作者:刘建华(1959一),男.湖南衡阳人,湖南工业大学教授,博士,主要研究方向 为冶金物理化学及湿法冶金工艺学, E—mail:liujh070601@sohu.corn 第5期刘建华,沈志农,龚文强,肖利,胡洵璞氢氧化铁溶胶电泳实验的研讨99 糊和两极间界面移动距离相差较大等问,且珂罗酊 透析袋制作和使用过程中易损坏,因此该实验耗时长, 不易获得满意的实验效果.为了解决实验中存在的这 些问题,笔者尝试了利用尿素络合法对Fe(OH)溶胶 进行处理,并与渗析纯化法的实验结果进行了对比. 1实验 1.1渗析法处理Fe(OH),溶胶 1.1.1胶体制备 将1.0g无水FeC1溶于20mL蒸馏水中,在搅拌 的情况下将上述溶液滴人200mL沸水中(控制在4, 5min内滴完),然后再煮沸1,2min,放置冷却,即制 得Fe(OH)溶胶H】. 1.1.2渗析纯化 先用棉胶制备出珂罗酊袋.然后将冷至约50?的 Fe(OH)溶胶转移到珂罗酊袋中并放人约50?热蒸馏 水中渗析,约每20min换水1次,直到溶胶的电导率 在15,30las?cm中的某一数值. 1.2络合法处理Fe(OH)溶胶 1.2.1胶体制备和络合处理 按1.1.1所述方法制得Fe(OH)溶胶,取其中的100 mL溶胶,加入尿素使其溶胶的电导率与渗析纯化法的 电导率相等,加入尿素后能络合一部分多余反离子 cr,促进胶体稳定,其反应式如下】: CO(NH2)2+HCI铮IH2N=C(NH2)一OHJCl一.(1) 1.2.2增大胶体的比重 为了使KCI辅助液与溶胶的界面清晰,在溶胶内 加入一定量的蔗糖,其质量分数约为2%,4%. 1.3实验操作及数据 KC1辅助液的配置:将蒸馏水滴加到0.1mo!?dm KCI溶液中,使其电导率与溶胶的电导率一致. 电泳操作:小心地将KC1辅助液和溶胶加入到u 型管中,直到能看到非常清晰的胶体界面.预先调 节直流电源电压到50或100V,打开直流电源通电 后,观察胶体液面的移动,准确记录时间和界面下 降的高度,每2min记录一次下降的高度数据,记录 6个数据. 2数据处理 2?1买验数据 分别采用渗析法和络合法进行实验.其中络合法 又分为络合法1和络合法2.络合法1:在溶胶中不加 入蔗糖;络合法2:在溶胶中加入浓度为3%蔗糖.实 验直流电源的电压分别为50V和100V,在这2种电压 下电泳移动距离如表1所示 表1电泳实验数据(25?) Table1Experimentaldataofelectrophoresis(25?) 2.2实验图解 将表1所列的数据作图,图1为电压是50v下的 电泳实验,直线1为采用渗析法的电泳时间与电泳距 离的直线关系,直线2为采用络合法1的电泳时间与 电泳距离的直线关系,直线3为采用络合法2的电泳 时间与电泳距离的直线关系.图2为电压是100V下的 电泳实验,直线1为采用渗析法的电泳时间与电泳距 离的直线关系,直线2为采用络合法1的电泳时间与 电泳距离的直线关系,直线3为采用络合法2的电泳 时间与电泳距离的直线关系. E g 苎 苎 脚 图1在50V下电泳时间与距离直线圈 Fig.1ThelineofelectrOphOresistimeanddistanceat50V 臻 妻 躲 0I23456789l0111213 Electrophoresistime/min 图2在100V下电泳时间与距离直线图 Fig?2Thelineofelectrophoresistimeanddistanceat100V 2?3由作图所得数据计算值 由式(1)计算电势值: l00湖南工业大学2010钲 :— 4x — r/u×9×10. , 一 ,^^. sE'(2) 式(2)中s为介质的界电常数,,7为介质的粘度,均为 水温25cc时的数据.s=78.36F?m,,叩=78.36×10,Pa? S,将水的s和叩代人式(2),简化为: : 1.285~109x_v .(3) 从直流电源读得电压u(v),沿U型管的中心线测 得两电极间的距离z(m),计算出电场强度E=U/I:由图 1和2知直线的斜率为电泳速率(m?s),测得实验两电 极问的距离0.2m.在50V电压下:其电场强度E:250 V?m,;在100V电压下:其电场强度E=500V?1TI,.将 数据和D代入式(3)中,计算结果如表2. 表2电势值的计算结果(25?) Table2Calculationsofpotential(25?) 1)采用渗析法处理后的电势值都比较接近理论 参考值44mV.而且数据较准确并且重复性好,两极的 辅助液与溶胶的界面清晰,电泳时两极溶胶界面移动 的距离基本相同.但实验的费时较多,且实验的过程 中透析袋极易损坏导致实验失败的几率较高. 2)采用络合法处理后的<电势值虽然与理论参考 值44mV有一些误差,但该法操作简单快捷,实验的 成功率很高: 3)在Fe(OH)溶胶内加入一定浓度的蔗糖,可以 使溶胶与辅助液间界面变的十分清晰,虽电势值偏 低但是不很大,对于初次做次实验的学生而言确有较 大的益处. 4)直流电源的电压越高会导致电泳速度加快,使 得测出的电势值偏高,但还是在合理的范围内,因 此采用多大的电压还是应该根据具体实验而定. 参考文献: 3结果与讨论[1] 从表2可看出:直流电压无论是在50v或100V下, 采用渗析法处理的Fe(OH)溶胶,其电势值更接近理 论参考值44mV,说明此法数据较准确并且重复性好: 但该法的缺点是需要采用珂罗酊透析袋,透析费时较 长,使用热水透析一般在1,2h,由于透析袋极易损坏 导致实验失败的几率较高. 采用络合法处理Fe(OH)溶胶的实验现象和结果与 渗析法净化的结果无多大区别.络合法的优点是操作 简单快捷,一般操作在lmin内就可以完成,而且实验 成功的几率较高.该法的缺点是电势值偏离理论参 考值稍远一点: 采用络合法2时,加入…?定量的蔗糖(本实验为 3%),其突出的作用就是使溶胶与辅助液问界面变得 十分清晰.因为加入蔗糖后使Fe(OH)溶胶的比重加 大,加大了溶胶与辅助液间的比重差,因而界面清晰一J 但是加大溶胶的比重后可能会造成电泳的速度有所降 低但不很大,因此电势值偏低.另外蔗糖是非电解 质,不会影响Fe(OH)溶胶的电导率等物性: 分析表2的电势值,电压不同会对电泳实验产生I1 影响,电源的电压越高则电泳速度加快,测出的<电 势值偏高,但电势值还是都比较接近理论参考值: 4结论 通过对比渗析法与络合法的实验所得出的';电势 值进行分析,认为这2种方法都可以增加学生对胶体 动电特性的了解,由对比实验数据得出了如下结论: 傅佩]{,李庆明,于林,等.凝聚法制备氯氧化铁溶胶 的研究【J1.济南大学:f1然科学版,1992,6(3):4o- 43. 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