大分子溶液实用教案

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1、第七节第七节 大分子电解质溶液大分子电解质溶液(rngy)(rngy)第1页/共25页第一页，共26页。一、大分子电解质溶液一、大分子电解质溶液(rngy)概述概述 大分子电解质溶液(rngy)的分类 按大分子电解按大分子电解质分子链上所质分子链上所带基团带基团(j (j tun)tun)的属性的属性 阳离子型 阴离子型 两性型 按大分子按大分子电解质分电解质分子结构子结构 刚性大分子电解质 柔顺性大分子电解质 第2页/共25页第二页，共26页。 大分子电解质溶液(rngy)的电学性质 高电荷密度和高度水化高电荷密度和高度水化 大分子电解质溶液的电粘效应大分子电解质溶液的电粘效应 由于大分子电

2、解质分子链上的高电荷密度及高度水化，在溶液中链段间的相斥力增大，分子链扩展舒张，溶液粘度迅速增加，这种现象称为(chn wi)电粘效应。 一些大分子电解质溶液(rngy)的粘度具有明显的pH依赖性 大分子电解质溶液的大分子电解质溶液的spsp c cc c曲线出现反常，不曲线出现反常，不 成线性关系，无法用外推法求成线性关系，无法用外推法求 一、大分子电解质溶液概述一、大分子电解质溶液概述 第3页/共25页第三页，共26页。（b）（a）c举例举例(j l)：果胶酸钠：果胶酸钠spc对对c的关系的关系 （a）消除电粘效应的办法是在大消除电粘效应的办法是在大分子电解质溶液加入足量的分子电解质溶液加

3、入足量的中性中性(zhngxng)(zhngxng)电解质，电解质，对大分子电荷起屏蔽作用。对大分子电荷起屏蔽作用。 在果胶在果胶(u jio)酸钠溶液加入一酸钠溶液加入一定量的定量的NaCl溶液溶液 ，见（，见（b）。）。一、大分子电解质溶液概述一、大分子电解质溶液概述 第4页/共25页第四页，共26页。二、大分子电解质溶液二、大分子电解质溶液(rngy)的电泳现象的电泳现象 在电场作用下，大分子电解质溶液会产生电泳(din yn)现象。影响电泳(din yn)速率的因素除了大分子本身所带电荷多少、分子大小和形状结构外，还与溶液pH值、离子强度等有关。溶液pH值和离子强度的选择对电泳(din

4、 yn)参数的设置非常关键 移动(ydng)界面电泳 区带电泳 稳态电泳 第5页/共25页第五页，共26页。 区带电泳实验简便、易行，样品用量少，分离(fnl)(fnl)效率高，是分析和分离(fnl)(fnl)蛋白质的基本方法。 常用(chn yn)(chn yn)的区带电泳有纸上电泳，圆盘电泳和板上电泳等。 将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、负电极，在其上面进行电泳，从而将电泳速度(sd)(sd)不同的各组成分离。 区带电泳区带电泳二、大分子电解质溶液的电泳现象二、大分子电解质溶液的电泳现象第6页/共25页第六页，共26页。 等电聚焦电泳就属于这一类，其基本原理是利用利用蛋白质分子或其

5、他两性大分子的等电点的不同，在一个稳定、连续、线性pHpH梯度中进行(jnxng)(jnxng)蛋白质的分离和分析。 稳态电泳或称置换电泳是指大分子质点的电泳迁移在一定时间达到(d do)(d do)稳态后，带的宽度不再随时间而变化。 基本方法是用某些脂肪族多氨基、多羟基混合物的两性电解质作为(zuwi)(zuwi)载体，放入支持介质内，在直流电场作用下，两性电解质载体形成稳定、连续和线性的pHpH梯度，当混合蛋白质样品进入此系统时，便迁移并聚焦于相应的等电点位置，使其分离纯化。 稳态电泳稳态电泳二、大分子电解质溶液的电泳现象二、大分子电解质溶液的电泳现象第7页/共25页第七页，共26页。 大

6、分子电解质溶液中除了有不能通过半透膜的大分子离子外，还有可以通过半透膜但又受大分子离子影响的小离子。在测定大分子电解质溶液的渗透压时，由于离子分布(fnb)的不平衡会造成额外的渗透压，影响大分子摩尔质量的测定，称之为Donnan效应，要设法消除。 由于膜两边要保持(boch)电中性，使得达到渗透平衡时小离子在两边的浓度不等，这种平衡称为膜平衡或唐南平衡。 三、大分子电解质溶液三、大分子电解质溶液(rngy)的的Donnan平衡平衡 Donnan平衡平衡第8页/共25页第八页，共26页。 Donnan平衡(pnghng) 虽然膜两边NaCl的浓度不等，但达到(d do)膜平衡时NaCl在两边的化

7、学势应该相等，即 达到膜平衡时（如右（b）下图），为了保持电中性，有相同数量(shling)的Na+ 和Cl-扩散到了左边。 在蛋白质钠盐的另一侧加入浓度为c1的小分子电解质，如右（a）图。（a）（b） 三、大分子电解质溶液的三、大分子电解质溶液的Donnan平衡平衡 第9页/共25页第九页，共26页。所以所以求解并整理得到平衡时膜两边求解并整理得到平衡时膜两边NaCl浓度之比为浓度之比为 如果要消除Donnan效应，或增加小分子(fnz)电解质浓度，或降低大分子(fnz)电解质浓度。在稀溶液中，可以用浓度代替活度，则在稀溶液中，可以用浓度代替活度，则 ( xc1 ) x = ( c2x )2

8、 三、大分子电解质溶液三、大分子电解质溶液(rngy)的的Donnan平衡平衡 第10页/共25页第十页，共26页。 大分子电解质溶液(rngy)的渗透压 设有浓度为设有浓度为x的的NaCl从膜外向从膜外向(wi xin)膜内扩散膜内扩散 达到达到(d do)Donnan平衡时，膜内、外渗透压平衡时，膜内、外渗透压1、2分别为分别为 12RT（c1 x） 22RT（c2 x） 三、大分子电解质溶液的三、大分子电解质溶液的Donnan平衡平衡 第11页/共25页第十一页，共26页。 膜两侧的渗透压作用方向相反，因膜内浓度(nngd)不同而引起的总渗透压为12 = 2RT（c1c2 2 x） 由由

9、Donnan平衡平衡(pnghng)可求得可求得c1、c2，代入上式整理得，代入上式整理得 三、大分子电解质溶液三、大分子电解质溶液(rngy)的的Donnan平衡平衡 第12页/共25页第十二页，共26页。c1c2 =2c1 RT 平均平均(pngjn)(pngjn)摩摩尔质量可能会偏低尔质量可能会偏低 c2c1 = c1 RT 平均摩尔质量比较平均摩尔质量比较(bjio)(bjio)准确准确 消除消除(xioch)Donnan效应，可采取如下措效应，可采取如下措施施 （1）半透膜外应放置一定浓度的）半透膜外应放置一定浓度的NaCl水溶液，使水溶液，使NaCl在膜两侧分布均匀。在膜两侧分布均

10、匀。 （2）调节溶液）调节溶液pH值至被测蛋白质分值至被测蛋白质分子的等电点附近，可降低蛋白质分子的电子的等电点附近，可降低蛋白质分子的电离度。离度。 （3）大分子电解质溶液的浓度不）大分子电解质溶液的浓度不能太大，以稀溶液为宜。能太大，以稀溶液为宜。 三、大分子电解质溶液的三、大分子电解质溶液的Donnan平衡平衡 第13页/共25页第十三页，共26页。第八节第八节 凝胶凝胶第14页/共25页第十四页，共26页。 在适当条件下，大分子或溶胶(rngjio)质点交联成空间网状结构，分散介质充满网状结构的空隙，形成为失去流动性的半固体状态的胶冻，处于这种状态的物质称为凝胶，这种自动形成胶冻的过程

11、称为胶凝。若分散介质为水，则该凝胶称为水凝胶。 凝胶是介于固体和液体之间的一种特殊状态。实际上，凝胶中分散相和分散介质都是连续(linx)的，凝胶是由固-液或固-气两相组成的分散系统。 第15页/共25页第十五页，共26页。一、凝胶的分类一、凝胶的分类(fn li) 刚性凝胶刚性凝胶 弹性凝胶弹性凝胶由刚性由刚性(n xn)(n xn)分散相质点交联成网状结构的凝胶分散相质点交联成网状结构的凝胶 空间空间(kngjin)网状结构基本不变网状结构基本不变 不能再吸收分散介质重新变为凝胶不能再吸收分散介质重新变为凝胶 在吸收或脱除吸附介质时在吸收或脱除吸附介质时 由柔性的线型大分子形成的凝胶由柔性

12、的线型大分子形成的凝胶 弹性凝胶吸收或脱除分散介质都是可逆的弹性凝胶吸收或脱除分散介质都是可逆的 第16页/共25页第十六页，共26页。二、凝胶的的形成二、凝胶的的形成(xngchng)与结构与结构 凝胶的形成(xngchng) 分散法分散法 凝聚法凝聚法 改变温度 改换溶剂 加电解质 进行化学反应 第17页/共25页第十七页，共26页。 凝胶的结构(jigu) (a) 球形质点球形质点形成链条状网形成链条状网架型架型(b) 针片状质点针片状质点结成网架结成网架(c) 线型大分子联线型大分子联成微晶区与无定型成微晶区与无定型区相间隔的网状构区相间隔的网状构型型(d) 质点成桥联质点成桥联状状二

13、、凝胶的的形成二、凝胶的的形成(xngchng)与结构与结构第18页/共25页第十八页，共26页。 三、凝胶的性质三、凝胶的性质(xngzh) (xngzh) 膨胀(png zhng)作用 离浆现象 扩散作用 化学反应 第19页/共25页第十九页，共26页。 膨胀(png zhng)作用 凝胶吸收分散介质后使体积或质量(zhling)明显增加的现象，亦称溶胀作用。膨胀作用是弹性凝胶特有的性质。有限有限(yuxin)膨膨胀胀两种类型两种类型两种阶段两种阶段第二阶段第二阶段是溶剂分子需要较长时间向凝胶网状结是溶剂分子需要较长时间向凝胶网状结构内部渗透，凝胶吸收了大量的溶剂，使其体积构内部渗透，凝胶

14、吸收了大量的溶剂，使其体积大大增加。大大增加。 无限膨胀无限膨胀第一阶段第一阶段是溶剂分子迅速与凝胶大分子作用形是溶剂分子迅速与凝胶大分子作用形成溶剂化层，溶剂分子与大分子结合紧密，凝成溶剂化层，溶剂分子与大分子结合紧密，凝胶膨胀后的总体积小于凝胶与吸收溶剂分子体胶膨胀后的总体积小于凝胶与吸收溶剂分子体积之和，溶剂熵值降低，系统放出膨胀热。积之和，溶剂熵值降低，系统放出膨胀热。 三、凝胶的性质三、凝胶的性质 第20页/共25页第二十页，共26页。 离浆现象(xinxing) 凝胶形成后，其性质并没有(mi yu)完全固定下来，随着时间的延续，液体会自动从凝胶中分离出来使凝胶体积收缩，这种现象称

15、为离浆 。对弹性对弹性(tnxng)凝胶，离浆是膨胀的逆过程。凝胶，离浆是膨胀的逆过程。对刚性凝胶对刚性凝胶，离浆后不能吸收液体返回原状，离浆后不能吸收液体返回原状， 而是形成致密的沉淀。 三、凝胶的性质三、凝胶的性质 第21页/共25页第二十一页，共26页。 扩散作用扩散作用 凝胶中的分散介质是连续相，构成网状结构的分散相也是连续相，从这个(zh ge)角度看凝胶和液体一样。 大分子在凝胶中的扩散速率较之在液体(yt)介质中明显降低。 凝胶三维网状结构具有筛分作用，分子越大，在凝胶中的凝胶三维网状结构具有筛分作用，分子越大，在凝胶中的扩散扩散(kusn)速率越慢。速率越慢。 凝胶电泳和凝胶色

16、谱法已得到广泛的应用。凝胶电泳和凝胶色谱法已得到广泛的应用。 凝胶的网状结构有相当的柔性和活动度，在电场作用下，凝胶的网状结构有相当的柔性和活动度，在电场作用下，大于凝胶孔径的蛋白质分子可以硬挤过去，因而凝胶电泳的分离大于凝胶孔径的蛋白质分子可以硬挤过去，因而凝胶电泳的分离效果尤其突出效果尤其突出 。 三、凝胶的性质三、凝胶的性质 第22页/共25页第二十二页，共26页。 化学反应(huxu fnyng)在凝胶中的物质通过扩散可以在凝胶中的物质通过扩散可以(ky)发生化学反应。发生化学反应。 AgNO3溶液空白区（内含K2Cr2O7）Ag2Cr2O7砖红色沉淀 Lesegang环示意图 将含有

17、将含有0.1%K2Cr2O7明胶凝胶置于试管明胶凝胶置于试管(shgun)中，在其表面滴中，在其表面滴上一层浓度为上一层浓度为0.5%AgNO3溶液，几天溶液，几天后在试管后在试管(shgun)上可以上可以看到生成砖红色的看到生成砖红色的Ag2Cr2O7 沉淀一层层间沉淀一层层间歇分布。歇分布。 三、凝胶的性质三、凝胶的性质 第23页/共25页第二十三页，共26页。再见(zijin)!第24页/共25页第二十四页，共26页。感谢您的欣赏(xnshng)第25页/共25页第二十五页，共26页。内容(nirng)总结第七节 大分子电解质溶液。举例：果胶酸钠spc对c的关系 （a）。影响电泳速率的因素除了大分子本身所带电荷多少、分子大小和形状结构外，还与溶液pH值、离子强度等有关。溶液pH值和离子强度的选择对电泳参数的设置非常(fichng)关键。大分子电解质溶液中除了有不能通过半透膜的大分子离子外，还有可以通过半透膜但又受大分子离子影响的小离子。在蛋白质钠盐的另一侧加入浓度为c1的小分子电解质，如右（a）图。感谢您的欣赏第二十六页，共26页。