Электрофорез. Измерение величины дзета-потенциала
Цель работы -по измеренной скорости электрофореза рассчитать величину 
– потенциала.
Теоретический материал
Электрофорез - перемещение частиц дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсной среды к одному из электродов под действием электрического поля.
Золь туши, с которым выполняется данная работа, имеет мицеллярное строение, т. е. твёрдые частицы дисперсной фазы окружены двойным ионным слоем (рисунок 11.1).
На частице адсорбируются ионы, образующие с ионами твёрдой фазы труднорастворимые соединения или изоморфные кристаллы, в итоге –частицы 
дисперсной фазы приобретают одноимённые заряды. Для нейтрализации этого заряда из раствора подходят ионы противоположного знака – противоионы, часть их находится в непосредственной близости от поверхности –
| Рисунок 11.1- Схема строения двойного ионного слоя |
находится на значительном удалении от поверхности и образует диффузный слой. Ассоциированные противоионы жёстко связаны с поверхностью, а противоины диффузного слоя являются подвижными. Мицелла (частица вместе с плоским диффузным слоем) является электронейтральной.
| Рисунок 11.2-Распределение потенциала в двойном ионном слое |
|
|
|
Потенциал на поверхности частицы 
называется термодинамическим потенциалом. Практически он представляет собой сумму зарядов всех адсорбированных на частице ионов (в нашем случае катионов). На расстоянии, равном толщине двойного ионного слоя ( 
- радиус ионной атмосферы), электрическое поле поверхности практически компенсировано противоионами и потенциал стремится к нулю.
Потенциал на поверхности скольжения, т. е. на границе между плоским и диффузным слоями, называется электрокинетическим потенциалом (или - потенциалом, дзета-потенциал). Иначе, -потенциал – это часть общего потенциала, приходящаяся на диффузный слой (по абсолютной величине - потенциал равен сумме зарядов всех ионов диффузного слоя).
Электрическое поле вызывает деформацию мицеллы (рисунок 11.3). Пока электрическое поле не действует, центры положительных и отрицательных зарядов двойного ионного слоя в мицелле практически совпадают (рисунок 11.3а). При достаточной напряжённости электрического поля диффузные ионы отрываются и двигаются (в нашем случае) к аноду. Частица при этом приобретает положительный заряд и двигается к катоду. Естественно, что скорость перемещения частицы будет прямопропорциональна её заряду, который, в свою очередь, определяется количеством оторвавшихся от мицеллы противоионов, т. е. – потенциалом.
|
|
|
Измерив линейную скорость движения частиц и зная параметры электрического поля, можно вычислить электрокинетический потенциал по формуле:
(вольт) , (1)
где 
–вязкость (для водных золей h =0,01); 
– линейная скорость движения (см/сек); 
– диэлектрическая проницаемость (для воды ε = 81) ; E – напряжённость электрического поля.
Рисунок 11.3 - Деформация мицеллы в электрическом поле:
а) мицелла до действия электрического поля; б) мицелла в электрическом поле
Практическая часть
Для измерения скорости электрофореза служит прибор (рисунок11.4).
Подготовка установки к работе
Установка включает в себя электролизер, состоящий из корпуса 2, внутренней трубки 3 и электродов 1 и 6, и систему подачи туши, включающей капиллярную трубку 7, резервуар для туши 8 с запасом туши 9, ресивер 15 и напорную емкость 11 с запасом воды 12, снабженную краником 13 и системой соединительных трубок 14.
Внутренний диаметр трубки корпуса 2 и размеры трубки 3 подобраны таким образом, чтобы площадь поперечного сечения просвета трубки 3 была равна площади поперечного сечения кольцевого пространства между внешним диаметром трубки 3 и внутренним диаметром корпуса 2. Это обеспечивает одинаковую скорость перемешивания туши при электрофорезе в трубке 3 и в кольце между трубкой и корпусом.
|
|
|
| Рисунок 11.4 - Прибор для измерения скорости электрофореза |
Перед работой электролизер должен быть чистым и сухим. В исходном состоянии резервуар 8 заполнен тушью, а емкость 11 – водой. Кран 13 – закрыт. Емкость корпуса 2 заполнена электролитом до касания с электродами 1 и 6. Капилляр опустите до касания им дна корпуса 2. Откройте кран 13. Запас воды 12 при этом поступает в ресивер 15 и повышает давление воздуха в нем. Давление передается через трубку 14 в резервуар 8. Тушь под давлением начинает поступать с небольшой скоростью в донную часть корпуса 2. Дайте уровню туши подняться выше нижнего среза трубки 3 на 10-20 мм, затем кран 13 закройте. Отметьте положение уровня туши 5 по линейке 10. Подключите электроды 1 и 6 к источнику постоянного тока напряжением 100 В. Наблюдайте за изменением уровня туши в трубке 3 и корпусе 2.
) и в корпусе 2 ( 
). Тогда за путь, пройденный дисперсной фазой за 20 минут можно считать величину – S: |
|
|
. (2)
Напряжённость электрического поля – E:
, (3)
где U – разность потенциалов (100 вольт); L – расстояние между электродами – длина жидкого проводника.
Линейная скорость движения границы раздела золь – дисперсная среда – u.
, (4)
где S – путь, пройденный дисперсной фазой из формулы (2) в см; 
–время опыта в секундах.
Затем по формуле 1 рассчитайте –потенциал.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое электрофорез? В каких областях находит применение электрофорез?
2. Чем отличаются противоионы плоского слоя от противоионов диффузного слоя?
3. Что такое –потенциал?
4. Как толщина диффузного слоя влияет –потенциал?
5. Как и почему величина дзета – потенциала влияет на скорость электрофореза?
6. Каким образом, меняя pH дисперсной среды, можно с помощью электрофореза делить белки?
7. Рассчитать электрокинетический потенциал частиц гидрозоля Fe2O3 по данным электрофореза: U = 170 В; расстояние между электродами 0,25 м; смещение границы к катоду составило 25 мм за 20 мин; Т = 298 К; вязкость среды 9∙10-3 Па∙с; ε = 81.
Лабораторная работа №12
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1437; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!