电渗_电泳_-_环境科学与工程学院讲解.doc

实验五 电泳 电渗　二、原理　　电渗属于胶体的电动现象。电动现象是指溶胶粒子的运动与电性能之间的关系。一般包括电泳、电渗、流动电位与沉降电位。电动现象的实质是由于双电层结构的存在，其紧密层和扩散层中各具有相反的剩余电荷，在外电场或外加压力下，它们发生相对运动。　　电渗是指在电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛细管而定向移动的现象。　　若知道液体介质的粘度，介电常数，电导率，只要测定在电场作用下通过液体介质的电流强度I，和单位时间内液体流过毛细管的流量v，可根据下式求出电势。 操作步骤：　　（一）具体操作方法　　1　按照实验装置图所示安装电渗仪。　　2　测定电渗时液体的流量v和电流强度I。反复测量正、反向电渗时的流量v值各三次，同时记录各次的电流值。　　3　测定液体的电导率。　　（二）注意事项　　计算SiO2对水的电势时，注意各物理量的单位。在法定计量单位实行之后，计算公式中不应有4。　　（三）提问：　　固体粉末样品粒度太大，电渗测定的结果重现性差，其原因何在？四、总结　　（一）数据处理　　计算各次电渗测定的v/I值，取其平均值，将液体的电导率和v/I的平均值代入上式，可求得SiO2对水的电势。 1．实验目的 （1）掌握电泳法测定ζ电势的原理与技术； （2）加深理解电泳是胶体中液相和固相在外电场作用下相对移动而产生的电性现象。 　（3）　通过电渗法测定SiO2对水的电势，掌握电渗法测定电势的基本原理和技术。　　2　加深理解电渗是胶体中液相和固相在外电场作用下相对移动而产生的电性现象。 2．实验原理 胶体溶液是一个多相体系，分散相胶体和分散介质带有数量相等而符号相反的电荷，因此在相界面上建立了双电层结构。但在外电场的作用下，胶体中的胶粒和分散介质反向相对移动。就会产生电位差，此电位差称为ζ电势。ζ电势和胶体的稳定性有密切关系。∣ζ∣越大，表明胶体的荷电越多，胶体之间的斥力越大，胶体越稳定。反之，则不稳定。当ζ等于零时，胶体的稳定性最差，此时可观察到聚沉的现象。因此无论制备或破坏胶体，均需要了解所研究胶体的ζ电势。 在外电场的作用下，若分散介质对静态的分散相胶粒发生相对移动，称为电渗。若分散相胶粒对分散相介质发生相对移动，则称为电泳。实质上两者都是电荷粒子在电场作用下的定向运动，所不同的是，电渗研究液体介质的运动，而电泳则研究固体粒子的运动。本实验通过电泳或电渗实验测定ζ电势。 电泳公式的推导 当带电的胶粒在外电场作用下迁移时，若胶粒的电荷为q，两电极之间的电位梯度为w，则胶粒受到的静电力为： F1=qω （1） 球形胶粒在介质中运动受到的阻力按斯托克斯定律为： F2=6πηru （2） 若胶粒运动速率u达到恒定，则有 qω=6πηru （3） u=qω/6πηr （4） 胶粒的带电性质通常用ζ电势而不用电量q表示，根据静电学原理 ζ=q/εr （5） 式中r为胶粒的半径。上式代入（13）得：u=ζεω/6πη （6） 式（6）适用于球形胶粒，对于棒状胶粒，其电泳速率为： u=ζεω/4πη （7） 或 ζ=4πηu/εω （8） 式（8）即为电泳公式。同样若已知ε、η，通过测量u和ω，代入式（8）也可算出ζ电势。 （2）电渗公式的推导 电渗的实验方法原则上是要设法使所要研究的分散相质点固定在静电场中（通以直 流电），让能导电的分散介质向某一方向流经刻度毛细管，从而测量出其流量（㎝3）、在测量出（或查出)相同温度下分散介质的特性常数和通过的电流后，即可算出电势。设电渗发生在一个半径为r的毛细管中，又设固体与液体接触界面处的吸附层厚度为(比r 小许多,因此，双电层内液体的流动可不予考虑)，若表面电荷密度为加于长为的毛细管两端的电势差为电势梯度为，则界面单位面积上所受的电力为 当液体在毛细中流动时，界面单位面积上所受的阻力为 式中 -电渗速度 -液体的黏度 当液体匀速流动时，即 （ II .199） 假设界面处的电荷分布情况类似于一个处在介电常数为的液体中平板电容器上的电荷分布，其电容为 式中 -电荷量 -面积 由此可得 （ II .200） 将式（ II .19