【正文】 七節(jié) 大分子電解質(zhì)溶液 一、大分子電解質(zhì)溶液概述 大分子電解質(zhì)溶液的分類(lèi) 按大分子電解質(zhì)分子鏈上所帶基團(tuán)的屬性 陽(yáng)離子型 陰離子型 兩性型 按大分子電解質(zhì)分子結(jié)構(gòu) 剛性大分子電解質(zhì) 柔順性大分子電解質(zhì) 大分子電解質(zhì)溶液的電學(xué)性質(zhì) 高電荷密度和高度水化 大分子電解質(zhì)溶液的電粘效應(yīng) 由于大分子電解質(zhì)分子鏈上的高電荷密度及高度水化，在溶液中鏈段間的相斥力增大，分子鏈擴(kuò)展舒張，溶液粘度迅速增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電粘效應(yīng)。 一些大分子電解質(zhì)溶液的粘度具有明顯的 pH依賴(lài)性 大分子電解質(zhì)溶液的 η sp ／ c～ c曲線出現(xiàn)反常，不成線性關(guān)系，無(wú)法用外推法求 [η ] 舉例：果膠酸鈉 η sp／ c對(duì) c的關(guān)系 （ a） 消除電粘效應(yīng)的辦法是在大分子電解質(zhì)溶液加入足量的中性電解質(zhì)，對(duì)大分子電荷起屏蔽作用。 在果膠酸鈉溶液加入一定量的NaCl溶液 ，見(jiàn)（ b）。 （ a） c （ b） η sp／ c 二、大分子電解質(zhì)溶液的電泳現(xiàn)象 在電場(chǎng)作用下，大分子電解質(zhì)溶液會(huì)產(chǎn)生電泳現(xiàn)象。影響電泳速率的因素除了大分子本身所帶 電荷多少 、 分子大小 和 形狀結(jié)構(gòu) 外，還與 溶液 pH值 、 離子強(qiáng)度 等有關(guān)。 溶液 pH值 和 離子強(qiáng)度 的選擇對(duì)電泳參數(shù)的設(shè)置非常關(guān)鍵 移動(dòng)界面電泳 區(qū)帶電泳 穩(wěn)態(tài)電泳 區(qū)帶電泳實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便、易行，樣品用量少，分離效率高，是分析和分離蛋白質(zhì)的基本方法。 常用的區(qū)帶電泳有紙上電泳，圓盤(pán)電泳和板上電泳等。 將惰性的固體或凝膠作為支持物，兩端接正、負(fù)電極，在其上面進(jìn)行電泳，從而將電泳速度不同的各組成分離。 區(qū)帶電泳 等電聚焦電泳 就屬于這一類(lèi)，其 基本原理 是利用利用蛋白質(zhì)分子或其他兩性大分子的等電點(diǎn)的不同，在一個(gè)穩(wěn)定、連續(xù)、線性 pH梯度中進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離和分析。 穩(wěn)態(tài)電泳 或稱(chēng) 置換電泳 是指大分子質(zhì)點(diǎn)的電泳遷移在一定時(shí)間達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，帶的寬度不再隨時(shí)間而變化。 基本方法 是用某些脂肪族多氨基、多羥基混合物的兩性電解質(zhì)作為載體，放入支持介質(zhì)內(nèi)，在直流電場(chǎng)作用下，兩性電解質(zhì)載體形成穩(wěn)定、連續(xù)和線性的 pH梯度，當(dāng)混合蛋白質(zhì)樣品進(jìn)入此系統(tǒng)時(shí)，便遷移并聚焦于相應(yīng)的等電點(diǎn)位置，使其分離純化。 穩(wěn)態(tài)電泳 大分子電解質(zhì)溶液中除了有不能通過(guò)半透膜的大分子離子外，還有可以通過(guò)半透膜但又受大分子離子影響的小離子。在測(cè)定大分子電解質(zhì)溶液的滲透壓時(shí)，由于離子分布的不平衡會(huì)造成額外的滲透壓，影響大分子摩爾質(zhì)量的測(cè)定，稱(chēng)之為 Donnan效應(yīng)，要設(shè)法消除。 由于膜兩邊要保持電中性，使得達(dá)到滲透平衡時(shí)小離子在兩邊的濃度不等，這種平衡稱(chēng)為膜平衡或 唐南平衡 。 三、大分子電解質(zhì)溶液的 Donnan平衡 Donnan平衡 Donnan平衡 雖然膜兩邊 NaCl的濃度不等，但達(dá)到膜平衡時(shí) NaCl在兩邊的化學(xué)勢(shì)應(yīng)該相等，即 Na C l , Na C l ,(mm =左 右） （ ） 在蛋白質(zhì)鈉鹽的另一側(cè)加入濃度為c1的小分子電解質(zhì)，如右（ a）圖 。 （ a） （ b） 達(dá)到膜平衡時(shí)（如右（ b）下圖），為了保持電中性，有相同數(shù)量的 Na+ 和Cl擴(kuò)散到了左邊。 Na C l , Na C l ,((aa =左 右） ）所以 求解并整理得到平衡時(shí)膜兩邊 NaCl濃度之比為 N a C l , 2 2 1 122N a C l ,1c c x c c cc x c c+= = = +外內(nèi) 如果要消除 Donnan效應(yīng)，或增加小分子電解質(zhì)濃度，或降低大分子電解質(zhì)濃度。 在稀溶液中，可以用濃度代替活度，則 ( x＋ c1 ) x = ( c2＋ x )2 大分子電解質(zhì)溶液的滲透壓 設(shè)有濃度為 x的 NaCl從膜外向膜內(nèi)擴(kuò)散 達(dá)到 Donnan平衡時(shí)，膜內(nèi)、外滲透壓 Π Π 2分別為 Π 1＝ 2RT（ c1 ＋ x） Π 2＝ 2RT（ c2 － x） 膜兩側(cè)的滲透壓作用方向相反，因膜內(nèi)濃度不同而引起的總滲透壓 Π 為 Π＝ Π1－ Π2 = 2RT（ c1－ c2＋ 2 x） 21 1 2 1 211 2 1 222 22c c c c cR T c R Tc c c cP ++== 由 Donnan平衡可求得 c c2，代入上式整理得 c1?c2 Π =2c1 RT 平均摩爾質(zhì)量 可能會(huì)偏低 c2?c1 Π= c 1 RT 平均摩爾質(zhì)量 比較準(zhǔn)確 消除 Donnan效應(yīng) ，可采取如下措施 （ 1）半透膜外應(yīng)放置一定濃度的NaCl水溶液，使 NaCl在膜兩側(cè)分布均勻。 （ 2）調(diào)節(jié)溶液 pH值至被測(cè)蛋白質(zhì)分子的等電點(diǎn)附近，可降低蛋白質(zhì)分子的電離度。 （ 3）大分子電解質(zhì)溶液的濃度不能太大，以稀溶液為宜。 21 1 2 1 211 2 1 222 22c c c c cR T c R Tc c c cP ++==第八節(jié) 凝膠 在適當(dāng)條件下，大分子或溶膠質(zhì)點(diǎn)交聯(lián)成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分散介質(zhì)充滿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙，形成為失去流動(dòng)性的半固體狀態(tài)的膠凍，處于這種狀態(tài)的物質(zhì)稱(chēng)為 凝膠 ，這種自動(dòng)形成膠凍的過(guò)程稱(chēng)為 膠凝 。若分散介質(zhì)為水，則該凝膠稱(chēng)為 水凝膠 。 凝膠是介于固體和液體之間的一種特殊狀態(tài)。實(shí)際上，凝膠中分散相和分散介質(zhì)都是連續(xù)的，凝膠是由固 液或固氣兩相組成的分散系統(tǒng)。 一、凝膠的分類(lèi) 剛性凝膠 彈性凝膠 由剛性分散相質(zhì)點(diǎn)交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠 空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基本不變 不能再吸收分散介質(zhì)重新變?yōu)槟z 在吸收或脫除吸附介質(zhì)時(shí) 由柔性的線型大分子形成的凝膠 彈性凝膠吸收或脫除分散介質(zhì)都是可逆的 二、凝膠的的形成與結(jié)構(gòu) 凝膠的形成 分散法 凝聚法 改變溫度 改換溶劑 加電解質(zhì) 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 凝膠的結(jié)構(gòu) (a) 球形質(zhì)點(diǎn)形成鏈條狀網(wǎng)架型 (b) 針片狀質(zhì)點(diǎn)結(jié)成網(wǎng)架 (c) 線型大分子聯(lián)成微晶區(qū)與無(wú)定型區(qū)相間隔的網(wǎng)狀構(gòu)型 (d) 質(zhì)點(diǎn)成橋聯(lián)狀 三、凝膠的性質(zhì) 膨脹作用 離漿現(xiàn)象 擴(kuò)散作用 化學(xué)反應(yīng) 膨脹作用 凝膠吸收分散介質(zhì)后使體積或質(zhì)量明顯增加的現(xiàn)象，亦稱(chēng) 溶脹作用 。膨脹作用是彈性凝膠特有的性質(zhì)。 兩種類(lèi)型 兩種階段 第二階段 是溶劑分子需要較長(zhǎng)時(shí)間向凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部滲透，凝膠吸收了大量的溶劑，使其體積大大增加。 無(wú)限膨脹 第一階段 是溶劑分子迅速與凝膠大分子作用形成溶劑化層，溶劑分子與大分子結(jié)合緊密，凝膠膨脹后的總體積小于凝膠與吸收溶劑分子體積之和，溶劑熵值降低，系統(tǒng)放出膨脹熱。 有限膨脹 離漿現(xiàn)象 凝膠形成后，其性質(zhì)并沒(méi)有完全固定下來(lái)，隨著時(shí)間的延續(xù)，液體會(huì)自動(dòng)從凝膠中分離出來(lái)使凝膠體積收縮，這種現(xiàn)象稱(chēng)為 離漿 。 對(duì)彈性凝膠 ，離漿是膨脹的逆過(guò)程。 對(duì)剛性凝膠 ，離漿后不能吸收液體返回原狀， 而是形成致密的沉淀。 擴(kuò)散作用 凝膠中的分散介質(zhì)是連續(xù)相，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分散相也是連續(xù)相，從這個(gè)角度看凝膠和液體一樣。 大分子在凝膠中的擴(kuò)散速率較之在液體介質(zhì)中明顯降低。 凝膠三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有篩分作用，分子越大，在凝膠中的擴(kuò)散速率越慢。 凝膠電泳和凝膠色譜法已得到廣泛的應(yīng)用。 凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有相當(dāng)?shù)娜嵝院突顒?dòng)度，在電場(chǎng)作用下，大于凝膠孔徑的蛋白質(zhì)分子可以硬擠過(guò)去，因而凝膠電泳的分離效果尤其突出 。 化學(xué)反應(yīng) 在凝膠中的物質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 AgNO3溶液 空白區(qū) （內(nèi)含 K2Cr2O7） Ag2Cr2O7磚紅色沉淀 Lesegang環(huán)示意圖 將含有 %K2Cr2O7明膠凝膠置于試管中，在其表面滴上一層濃度為 %AgNO3溶液，幾天后在試管上可以看到生成磚紅色的 Ag2Cr2O7 沉淀一層層間歇分布。