情 境 3 分 散 系 统 情 境 描 述 : 以 教 材 课 件 及 网 络 教 学 资 源 为 载 体, 通 过 教 学 与 自 学 相 结 合, 引 导 学 生 完 成 溶 液 胶 体 乳 状 液 三 类 分 散 系 的 学 习 以 了 解 分 散 系 的 特 征 ; 掌 握 溶 液 浓 度 的 表 示 方 法 及 基 本 计 算 ; 知 道 稀 溶 液 的 依 数 性 胶 体 分 散 系 乳 状 液 及 表 面 活 性 剂 的 基 础 知 识 基 本 原 理 及 其 应 用 ; 具 备 用 化 学 观 点 认 识 和 解 决 相 关 的 医 药 学 问 题 的 能 力 3.1 分 散 系 统 的 分 类 3.1.1 分 散 系 统 概 述 将 一 部 分 物 质 从 其 他 部 分 中 划 分 出 来, 作 为 研 究 的 对 象, 这 一 部 分 物 质 就 称 为 系 统 或 体 系 通 常 把 一 种 或 几 种 物 质 分 散 到 另 一 种 物 质 中 所 形 成 的 系 统 称 为 分 散 系 统, 简 称 分 散 系 其 中 被 分 散 的 物 质 称 为 分 散 质 ( 或 分 散 相 ), 另 一 种 物 质 被 称 为 分 散 剂 ( 或 分 散 介 质 ) 例 如, 碘 分 散 在 酒 精 中 形 成 碘 酒, 脂 肪 等 以 细 小 微 粒 分 散 在 水 中 形 成 牛 奶,NaCl 分 散 在 水 中 形 成 的 盐 水 等 都 是 分 散 系 其 中 碘 脂 肪 NaCl 为 分 散 质, 酒 精 水 为 分 散 剂 3.1.2 分 散 系 的 分 类 与 特 性 根 据 分 散 质 粒 子 的 大 小, 可 将 分 散 系 分 为 溶 液 胶 体 和 粗 分 散 系 三 种 类 型 1. 溶 液 分 散 质 为 分 子 或 离 子, 粒 子 半 径 小 于 1 nm, 分 散 质 与 分 散 剂 间 无 界 面 若 将 其 置 于 密 闭 容 器 中, 无 论 放 置 多 久 分 散 质 与 分 散 剂 不 会 发 生 分 离 这 种 均 相 ( 分 散 质 与 分 散 剂 属 于 同 一 状 态 ) 稳 定 的 分 散 系 称 为 真 溶 液, 简 称 溶 液, 如 医 用 的 盐 水 酒 精 等 2. 胶 体 分 散 质 粒 子 半 径 为 1 ~100 nm 的 分 散 系, 称 为 胶 体 分 散 系 根 据 分 散 相 粒 子 的 聚 集 状 态 及
28 情 境 3 分 散 系 统 性 质 不 同 又 可 分 为 溶 胶 和 高 分 子 溶 液 其 中 溶 胶 的 分 散 质 是 由 许 多 分 子 原 子 或 离 子 构 成 的 不 溶 于 分 散 剂 的 聚 集 体 ( 固 相 ), 分 散 质 与 分 散 剂 之 间 存 在 着 明 显 的 界 面, 久 置 易 发 生 分 散 质 与 分 散 剂 的 分 离 而 聚 沉, 表 现 为 高 度 分 散 非 均 相 和 聚 结 不 稳 定 等 性 质, 如 Fe( OH) 3 As 2 S 3 等 溶 胶 高 分 子 化 合 物 溶 液 的 分 散 质 是 由 单 个 大 分 子 ( 高 分 子 化 合 物 ) 构 成, 如 蛋 白 质 水 溶 液 分 散 质 与 分 散 剂 间 无 界 面, 久 置 也 不 发 生 分 离, 表 现 为 均 相 稳 定 透 明 等 性 质 3. 粗 分 散 系 粗 分 散 系 中 分 散 质 粒 子 半 径 大 于 100 nm 由 于 分 散 质 粒 子 较 大, 分 散 质 与 分 散 剂 间 有 着 明 显 的 界 面, 分 散 系 呈 浑 浊 状 态, 易 分 层 或 聚 沉 若 分 散 质 粒 子 为 固 体 微 粒, 称 为 悬 浮 液, 如 泥 浆 药 用 炉 甘 石 洗 剂 等 ; 分 散 相 粒 子 为 液 体 的 粗 分 散 体 系, 称 为 乳 状 液, 如 牛 奶 豆 浆 等 三 种 液 态 分 散 系 的 基 本 性 质 特 征, 见 表 1-3-1 表 1-3-1 液 态 分 散 系 的 性 质 特 征 分 散 系 类 型 分 散 质 粒 子 粒 子 大 小 主 要 特 征 实 例 分 子 分 散 系 真 溶 液 单 个 小 分 子 或 离 子 <1 nm 均 相, 稳 定 体 系 ; 分 散 质 粒 子 扩 散 快, 能 透 过 半 透 膜 和 滤 纸 NaCl 溶 液 ; 葡 萄 糖 溶 液 胶 体 分 散 系 溶 胶 高 分 子 化 合 物 溶 液 胶 粒 ( 多 个 小 分 子 或 离 子 的 聚 集 体 ) 单 个 高 分 子 1 ~100 nm 1 ~100 nm 非 均 相, 较 稳 定 体 系 ; 分 散 质 粒 子 扩 散 慢, 能 透 过 滤 纸, 不 能 透 过 半 透 膜 均 相, 稳 定 体 系 ; 分 散 质 粒 子 扩 散 慢, 能 透 过 滤 纸 不 能 透 过 半 透 膜 Fe(OH) 3 溶 胶 ; As 2 S 3 溶 胶 蛋 白 质 溶 液 ; 糖 原 溶 液 粗 分 散 系 悬 浮 液 乳 状 液 多 个 小 分 子 或 离 子 的 聚 集 体 多 个 液 体 分 子 的 聚 集 体 >100 nm >100 nm 非 均 相, 不 稳 定 体 系 ; 分 散 质 粒 子 扩 散 慢, 不 能 透 过 滤 纸 和 半 透 膜 非 均 相, 不 稳 定 体 系 ; 分 散 质 粒 子 扩 散 慢, 不 能 透 过 滤 纸 和 半 透 膜 泥 浆 ; 炉 甘 石 洗 剂 鱼 肝 油 乳 剂 ; 原 油 3.2 溶 液 溶 液 不 仅 在 日 常 生 活 化 工 生 产 科 学 实 验 中 具 有 重 要 的 应 用, 而 且 在 生 命 过 程 中 起 着 很 重 要 的 作 用, 人 体 质 量 的 60% 左 右 是 体 液, 如 血 液 淋 巴 液 以 及 各 种 腺 体 的 分 泌 液 等 都 属 于 溶 液 许 多 食 物 必 须 经 过 消 化 形 成 溶 液 后 才 能 被 人 体 吸 收, 一 些 药 物 只 有 配 制 成 一 定 浓 度 的 溶 液 才 能
3.2 溶 液 29 安 全 使 用 3.2.1 溶 液 浓 度 的 表 示 方 法 及 其 计 算 溶 液 的 浓 度 是 指 一 定 量 溶 液 或 溶 剂 中 所 含 溶 质 的 量 的 多 少 这 里 的 量 可 以 是 质 量 体 积 或 物 质 的 量, 因 此, 表 示 溶 液 浓 度 的 方 法 很 多, 医 学 上 常 用 的 有 以 下 几 种 : 1. 物 质 的 量 浓 度 物 质 的 量 浓 度 指 溶 质 B 的 物 质 的 量 (n B ) 与 溶 液 体 积 (V) 之 比, 用 符 号 c B 或 c(b) 表 示 即 c B = nb V 式 中 c B 溶 液 的 物 质 的 量 浓 度,mol m -3, 实 际 中 也 用 mol L -1 或 mmol L -1 表 示 ; n B 溶 质 的 物 质 的 量,mol; V 溶 液 的 体 积,m 3, 实 际 中 常 用 L 或 ml 表 示 ; B 溶 质 的 名 称, 用 化 学 式 表 示 (1-3-1) 世 界 卫 生 组 织 提 议, 凡 是 相 对 分 子 质 量 已 知 的 物 质 在 人 体 内 的 含 量, 都 用 物 质 的 量 浓 度 来 表 示 例 如, 正 常 人 体 血 糖 的 浓 度 为 c C6 H 12 O 6 =3.9 ~6.1 mmol L -1, 生 理 盐 水 的 浓 度 为 c NaCl = 154 mmol L -1 物 质 的 量 浓 度 的 表 示 方 法 是 实 验 室 最 常 用 的, 计 算 比 较 方 便, 实 验 室 及 实 际 工 作 中, 常 有 以 下 几 种 类 型 的 计 算 : (1) 已 知 溶 液 的 浓 度, 计 算 一 定 体 积 的 溶 液 中 所 含 溶 质 的 量 例 1-3-1 某 病 人 输 入 0.278 mol L -1 葡 萄 糖 溶 液 900 ml, 计 算 给 病 人 体 内 引 入 了 多 少 克 葡 萄 糖? ( 已 知 葡 萄 糖 相 对 分 子 质 量 为 180) 解 : 已 知 c Na2 CO 3 =0.278 mol L -1,M C6 H 12 O 6 =180 g mol -1,V =900 ml=0.9 L 由 式 (1-3-1) 得 n C6 H 12 O 6 =c C6 H 12 O 6 V =0.278 mol L -1 0.9L=0.2502 mol 则 m C6 H 12 O 6 =n C6 H 12 O 12 M C6 H 12 O 6 即 给 病 人 体 内 引 入 了 葡 萄 糖 45.04 g (2) 已 知 溶 质 的 质 量 和 溶 液 的 体 积 求 溶 液 的 浓 度 =0.2502 mol 180 g mol -1 =45.04 g 例 1-3-2 生 理 盐 水 注 射 液 中 每 100 ml 中 含 0.90 gnacl, 试 计 算 该 溶 液 的 物 质 的 量 浓 度 ( 已 知 NaCl 的 摩 尔 质 量 为 58.44 g mol -1 ) 解 : 已 知 m NaCl =0.90 g,m NaCl =58.44 g mol -1,V =100 ml=0.1 L 根 据 公 式 c B = n B V n B = m B M B 即 生 理 盐 水 的 物 质 的 量 浓 度 为 0.154 mol L -1 得 n B = 0.90 g =0.0154 mol 58.44 g mol -1 0.0154 mol c B = =0.154 mol L -1 0.1L (3) 已 知 溶 液 的 浓 度 和 溶 质 的 质 量, 求 溶 液 的 体 积
30 情 境 3 分 散 系 统 例 1-3-3 现 有 7.56 g NaHCO 3, 问 能 配 制 0.15 mol L -1 NaHCO 3 溶 液 多 少 毫 升? 解 : 已 知 m NaHCO3 =7.56 g,m NaHCO3 =84 g mol -1,c NaHCO3 =0.15 mol L -1 n NaHCO3 = m NaHCO 3 = 7.56 g =0.090 mol M NaHCO3 84 g mol -1 V = n NaHCO 3 0.090 mol = =0.600 L=600 ml c NaHCO3 0.15 mol L -1 即 7.56 g NaHCO 3 可 配 制 0.15 mol L -1 的 NaHCO 3 溶 液 600 ml 2. 质 量 浓 度 溶 质 的 质 量 浓 度 是 指 溶 质 B 的 质 量 (m B ) 与 溶 液 体 积 (V) 之 比, 用 符 号 ρ B 表 示 即 ρ B = m B V (1-3-2) 质 量 浓 度 在 国 际 单 位 制 中 的 单 位 是 kg m -3, 但 在 化 学 及 医 学 上 质 量 浓 度 常 用 的 单 位 是 g L -1 或 mg L -1 等 使 用 质 量 浓 度 时 要 注 意 以 下 几 点 : (1) 质 量 浓 度 是 医 学 上 常 用 的 表 示 溶 液 浓 度 的 方 法, 世 界 卫 生 组 织 提 议, 当 被 测 物 质 为 未 知 确 切 化 学 结 构 的 化 合 物 或 混 合 物 时, 一 般 用 质 量 浓 度 表 示 ( 如 蛋 白 质 激 素 等 生 物 大 分 子 活 性 物 质 的 含 量 ), 在 绝 大 多 数 情 况 下, 注 射 液 的 标 签 上 应 同 时 标 明 溶 液 的 物 质 的 量 浓 度 和 质 量 浓 度 如 静 脉 注 射 的 生 理 盐 水 的 标 签 上 注 明 c N ac l =0.154 mol L -1,ρ N acl =9 g L -1 (2) 在 书 写 质 量 浓 度 时, 溶 质 B 应 以 下 角 标 的 形 式 加 以 说 明, 以 免 与 溶 液 的 密 度 混 淆 例 1-3-4 我 国 药 典 规 定, 注 射 用 生 理 盐 水 的 规 格 是 每 500 ml 中 含 NaCl 4.5 g, 问 (1) 生 理 盐 水 的 质 量 浓 度 是 多 少? (2) 若 某 患 者 需 补 Na + 3.5 g, 应 注 射 生 理 盐 水 多 少 毫 升? 所 以 则 解 :(1) 已 知 m NaCl =4.5 g,v=500 ml =0.5 L ρ NaCl = m NaCl V =4.5 g =9 g L-1 0.5 L (2) 已 知 m Na +=3.5 g,m Na +=23.0 g mol -1,M NaCl =58.44 g mol -1,ρ NaCl =9 g L -1 因 为 n Na += m Na + = 3.5 g =0.152 mol M Na + 23 g mol -1 n NaCl =n Na +=0.152 mol m NaCl =n NaCl M NaCl =0.152 mol 58.44 g mol -1 =8.88 g V =m NaCl /ρ NaCl = 8.88 g 9 g L -1 =0.987 L=987 ml 即 生 理 盐 水 的 质 量 浓 度 是 9 g L -1 ; 若 患 者 需 补 Na + 3.5 g, 应 注 射 生 理 盐 水 987 ml 3. 质 量 分 数 溶 质 B 的 质 量 分 数 是 指 溶 质 的 质 量 (m B ) 与 溶 液 的 质 量 ( m) 之 比, 用 符 号 w B 表 示 如 NaCl 的 质 量 分 数, 记 为 w N ac l 即 w B = m B m (1-3-3) 质 量 分 数 没 有 量 纲, 或 者 说 量 纲 为 1 但 质 量 分 数 可 以 用 小 数 ( 或 百 分 数 ) 表 示 例 如, 市 售 浓 硫 酸 的 质 量 分 数 为 w B =0.98 或 w B =98% 再 如, 按 国 家 食 品 添 加 剂 使 用 卫 生 标 准 ( GB 50 77) 规 定, 防 腐 剂 苯 甲 酸 钠 的 最 大 使 用 量 为 0.1 ~0.2 g kg -1, 即 w B =0.0001 ~0.0002
3.2 溶 液 31 例 1-3-5 某 调 料 厂 往 100 kg 酱 油 中 加 入 苯 甲 酸 钠 (C 7 H 5 O 2 Na)30 g, 计 算 酱 油 中 防 腐 剂 是 否 超 标 解 : 已 知 m A =100 kg,m B =30 g =0.030 kg 由 式 (1-3-3) 得 酱 油 中 苯 甲 酸 钠 的 质 量 分 数 为 0.0003, 即 防 腐 剂 超 标 4. 体 积 分 数 w B = m B 0.030 kg = m A +m B 100 kg+0.030 kg =0.0003 物 质 B 的 体 积 分 数 指 在 相 同 的 温 度 与 压 力 下, 溶 质 B 的 体 积 ( V B ) 与 溶 液 总 体 积 ( V) 之 比, 用 符 号 φ B 表 示, 即 或 75% φ B = VB V (1-3-4) 体 积 分 数 量 纲 为 1, 可 用 小 数 或 百 分 数 表 示, 如 医 药 上 消 毒 用 酒 精 的 体 积 分 数 为 0.75 在 医 药 上, 一 般 当 溶 质 是 液 体, 溶 液 也 是 液 体 时, 溶 液 的 浓 度 常 用 体 积 分 数 来 表 示 例 1-3-6 我 国 药 典 规 定, 药 用 酒 精 的 体 积 分 数 φ B =0.95, 请 问 600 ml 药 用 酒 精 中 含 有 纯 酒 精 多 少 毫 升? 解 : 已 知 φ B =0.95,V =600 ml =0.6 L 即 600 ml 药 用 酒 精 中 含 有 纯 酒 精 570 ml 表 示, 即 5. 摩 尔 分 数 V B =φ B V =0.95 0.6 L =0.570 L =570 ml 溶 质 B 的 摩 尔 分 数 是 溶 质 的 物 质 的 量 (n B ) 除 以 混 合 物 中 各 物 质 的 量 之 和 ( Σn B ), 用 符 号 x B x B = n B 钞 n B 摩 尔 分 数 量 纲 为 1, 可 以 用 小 数 或 百 分 数 表 示 (1-3-5) 3.2.2 溶 液 的 配 制 溶 液 的 配 制 属 于 基 本 操 作, 是 医 学 专 业 学 生 应 该 掌 握 的 一 项 基 本 技 能 配 制 一 定 浓 度 的 溶 液, 包 括 一 定 体 积 溶 液 的 配 制 和 一 定 质 量 溶 液 的 配 制 两 类, 既 可 以 用 纯 物 质 直 接 配 制, 也 可 以 通 过 溶 液 的 稀 释 或 混 合 溶 液 配 制 的 基 本 步 骤 : 根 据 条 件 计 算 称 量 ( 或 移 取 ) 溶 解 ( 或 稀 释 ) 定 量 转 移 定 容 例 1-3-7 如 何 配 制 0.10 mol L -1 的 氢 氧 化 钠 溶 液 250mL? 解 : 已 知 M NaOH =40 g mol -1, 根 据 题 意, 所 需 NaOH 的 质 量 为 m B =c B VM B =0.10 mol L -1 250 1 000 L 40 g mol-1 =1.0 g 配 制 方 法 : 精 确 称 量 1.0 g 固 体 氢 氧 化 钠, 放 入 小 烧 杯 内, 加 少 量 蒸 馏 水 溶 解 后, 转 移 至 250mL 容 量 瓶 内 ; 再 用 少 量 蒸 馏 水 冲 洗 烧 杯 2 ~3 次, 冲 洗 后 的 液 体 一 并 转 移 至 容 量 瓶 内 ; 最 后 加 水 至 容 量 瓶 刻 度 线, 摇 匀 例 1-3-8 临 床 上 0.002 的 硫 酸 铜 溶 液 可 用 于 有 机 磷 中 毒 的 催 吐 剂, 若 某 医 院 需 配 制 3 000 g 这 样 的 溶 液, 如 何 使 用 五 水 合 硫 酸 铜 (CuSO 4 5H 2 O) 进 行 配 制? 解 :3 000 g 0.002 的 硫 酸 铜 溶 液 中 含 溶 质 (CuSO 4 ) 的 质 量 为
32 情 境 3 分 散 系 统 因 为 m CuSO4 =0.002 3 000 g=6.0 g n CuSO4 =n CuSO4 5H 2 O 所 以 m CuSO4 5H 2 O = m CuSO 4 M CuSO4 5H M 2 O = 6.0 250 g=9.38 g CuSO4 160 配 制 该 溶 液 所 用 溶 剂 水 的 质 量 为 m H2 O =3 000 g-9.38 g =2 990.62 g 将 准 确 称 量 的 9.38 g CuSO 4 5H 2 O 溶 于 2 990.62 g 纯 净 水, 混 合 均 匀 即 可 得 到 所 需 溶 液 注 意 : 一 般 情 况 下, 在 配 制 溶 液 时, 用 托 盘 天 平 称 量 物 质 的 质 量, 用 量 筒 量 取 溶 液 的 体 积 ; 如 果 需 要 精 确 配 制 溶 液 的 浓 度 时, 则 需 用 分 析 天 平 和 容 量 瓶 3.2.3 溶 液 的 稀 释 直 接 配 制 少 量 稀 溶 液, 称 量 的 药 品 量 比 较 少, 给 操 作 带 来 一 些 不 便, 而 且 还 容 易 产 生 较 大 的 误 差 还 有 少 数 溶 液 在 浓 度 较 小 时 很 不 稳 定, 不 能 较 长 时 间 地 保 存 为 此 在 实 际 工 作 中, 需 要 较 小 浓 度 的 溶 液 时, 常 常 先 配 成 较 大 浓 度 的 溶 液 备 用, 使 用 时, 再 根 据 具 体 要 求, 稀 释 成 所 需 浓 度 的 溶 液 在 一 定 体 积 或 一 定 质 量 的 浓 溶 液 中, 加 入 纯 溶 剂, 使 溶 液 的 体 积 或 质 量 增 大, 浓 度 减 小 的 过 程, 称 为 溶 液 的 稀 释 在 稀 释 过 程 中, 物 质 量 之 间 保 持 如 下 基 本 关 系 : 稀 释 前 溶 质 的 量 = 稀 释 后 溶 质 的 量 c B1 V 1 =c B2 V 2 ( 溶 质 的 物 质 的 量 不 变 ) ρ B1 V 1 =ρ B2 V 2 ( 溶 质 的 质 量 不 变 ) φ B1 V 1 =φ B2 V 2 ( 溶 质 的 体 积 不 变 ) w B1 m 1 =w B2 m 2 ( 溶 质 的 质 量 不 变 ) 例 1-3-9 用 95% 的 酒 精 500 ml, 能 配 制 75% 的 消 毒 酒 精 多 少 毫 升? 如 何 配 制? 解 : 设 能 配 制 75% 的 消 毒 酒 精 体 积 为 V 2, 根 据 稀 释 公 式 及 题 意 得 0.95 500 ml =0.75 V 2 解 得 V 2 =633 ml 配 制 方 法 : 量 取 95% 的 酒 精 500 ml, 置 于 1 000 ml 的 量 筒 中, 加 水 至 633 ml, 混 匀 即 可 3.3 稀 溶 液 的 依 数 性 溶 液 组 成 不 同, 性 质 各 异, 但 溶 液 特 别 是 稀 溶 液 却 有 一 些 性 质 是 共 同 的, 如 蒸 气 压 下 降 凝 固 点 降 低 沸 点 升 高 渗 透 压 等, 这 些 性 质 只 与 溶 液 中 溶 质 的 粒 子 数 量 有 关, 而 与 溶 质 的 本 性 无 关, 常 把 这 类 性 质 称 为 稀 溶 液 的 依 数 性 非 电 解 质 稀 溶 液 的 依 数 性 有 明 显 的 规 律, 在 生 命 科 学 中 也 极 为 重 要
3.3 稀 溶 液 的 依 数 性 33 3.3.1 蒸 气 压 下 降 1. 液 体 的 蒸 气 压 在 一 定 温 度 下, 将 某 种 纯 溶 剂 放 在 密 闭 容 器 中, 由 于 分 子 的 无 规 则 热 运 动, 液 面 上 一 些 能 量 高 的 分 子 就 会 逸 出 液 面, 扩 散 到 容 器 空 间 形 成 气 态 分 子, 此 过 程 称 为 蒸 发 同 时, 气 相 的 蒸 气 分 子 接 触 到 液 面 又 成 为 液 相 分 子, 此 过 程 称 为 凝 结 最 初 蒸 发 速 度 快, 随 着 蒸 气 浓 度 的 增 加, 凝 结 的 速 度 不 断 加 快, 当 蒸 发 速 度 与 凝 结 速 度 相 等 时, 气 相 与 液 相 达 到 平 衡, 此 时 液 面 上 蒸 气 的 压 力, 称 为 液 体 在 该 温 度 下 的 饱 和 蒸 气 压, 简 称 蒸 气 压, 用 p 表 示, 单 位 为 Pa 或 kpa 蒸 气 压 的 大 小 与 物 质 的 本 性 和 温 度 有 关, 而 与 容 器 的 大 小 物 质 的 质 量 无 关 不 同 物 质 在 相 同 温 度 下 具 有 不 同 的 蒸 气 压, 如 在 293 K 时, 水 的 饱 和 蒸 气 压 为 2.34 kpa, 苯 的 饱 和 蒸 气 压 为 9.96 kpa 同 一 物 质 的 蒸 气 压, 随 温 度 的 升 高 而 增 大 通 常 情 况 下, 把 常 温 下 蒸 气 压 较 低 的 物 质 ( 固 体 或 液 体 ) 称 为 难 挥 发 物 质, 如 硫 酸 ; 把 蒸 气 压 较 高 的 物 质 称 为 易 挥 发 物 质, 如 乙 醇 苯 等 2. 溶 液 的 蒸 气 压 下 降 在 一 定 温 度 下, 纯 溶 剂 的 蒸 气 压 是 定 值 如 果 在 溶 剂 中 加 入 少 量 难 挥 发 的 溶 质 时, 溶 入 的 溶 质 分 子 要 占 据 溶 液 中 的 部 分 液 面, 致 使 单 位 时 间 内 逸 出 液 面 的 溶 剂 分 子 数 就 会 减 少, 溶 液 中 的 溶 剂 与 它 的 较 低 压 力 下 的 蒸 气 建 立 平 衡, 即 溶 液 的 蒸 气 压 下 降 显 然 溶 液 的 浓 度 越 大, 其 蒸 气 压 下 降 就 越 多 见 图 1-3-1 及 图 1-3-2 图 1-3-1 溶 液 的 蒸 气 压 下 降 示 意 图 图 1-3-2 溶 液 的 凝 固 点 降 低 1887 年 法 国 化 学 家 拉 乌 尔 根 据 实 验 得 出 下 列 结 论 : 在 一 定 温 度 下, 难 挥 发 的 非 电 解 质 稀 溶 液 的 蒸 气 压 下 降 与 溶 质 的 浓 度 成 正 比, 即 Δp =p 或 Δp =Kb B (1-3-6) 式 中 Δp 溶 液 蒸 气 压 的 下 降 (Δp =p -p) ; p 纯 溶 剂 的 蒸 气 压 ; x B
34 情 境 3 分 散 系 统 p 溶 液 的 蒸 气 压 ; K 常 数 3.3.2 凝 固 点 降 低 1. 液 体 的 凝 固 点 在 一 定 外 压 下, 物 质 的 液 相 蒸 气 压 与 其 固 相 蒸 气 压 相 等, 固 相 与 液 相 平 衡 共 存 的 温 度, 称 为 该 液 体 的 凝 固 点 ( 冰 点 ) 如 在 101.325 kpa 时, 水 的 凝 固 点 ( 冰 点 ) 是 273.15K(0 ), 乙 醇 的 凝 固 点 155.85 K( -117.3 ) 2. 溶 液 的 凝 固 点 降 低 由 于 溶 液 的 蒸 气 压 总 是 低 于 纯 溶 剂 的 蒸 气 压, 溶 液 只 有 在 较 低 的 温 度 下, 才 能 建 立 固 - 液 平 衡, 因 此, 溶 液 的 凝 固 点 总 是 低 于 纯 溶 剂 的 凝 固 点, 而 且 溶 液 浓 度 越 大, 凝 固 点 降 低 就 越 多 这 一 现 象 被 称 为 溶 液 的 凝 固 点 降 低 如 图 1-3-2, 溶 液 的 冰 点 (T 冰 ) 低 于 纯 溶 剂 ( 水 ) 的 冰 点 (273.15 K) 溶 液 凝 固 点 降 低 的 性 质 已 被 广 泛 应 用 : 例 如, 冬 天 往 汽 车 水 箱 中 加 入 乙 二 醇 或 甘 油 可 以 防 止 水 结 冰 ; 在 冰 面 上 撒 融 雪 剂 ( 盐 ) 可 以 使 路 面 冰 雪 融 化 ; 冰 盐 浴 的 冷 冻 温 度 远 比 冰 浴 的 低 ; 凝 固 点 降 低 法 还 可 用 于 检 测 化 合 物 的 纯 度, 以 及 在 医 学 及 生 物 学 实 验 室 中 测 定 溶 质 的 相 对 分 子 质 量 等 3.3.3 沸 点 升 高 1. 液 体 的 沸 点 温 度 升 高 液 体 的 蒸 气 压 会 逐 渐 增 大, 当 液 体 的 蒸 气 压 等 于 外 压 时, 就 产 生 沸 腾 现 象, 这 时 的 温 度 被 称 为 沸 点 因 此, 沸 点 是 指 一 种 液 体 的 蒸 气 压 等 于 外 压 时 的 温 度 纯 液 体 达 到 沸 点 时, 若 继 续 加 热 沸 腾, 液 体 的 温 度 却 不 再 上 升, 此 时 提 供 的 热 能 用 于 克 服 分 子 间 作 用 力 而 使 液 体 不 断 蒸 发, 直 至 液 体 全 部 蒸 发 为 止 因 此, 纯 溶 剂 的 沸 点 是 恒 定 的 液 体 的 沸 点 与 外 压 的 大 小 有 关, 外 压 越 大, 液 体 的 沸 点 就 越 高 当 外 压 为 101.325 kpa 时 液 体 的 沸 点 称 为 正 常 沸 点, 如 水 的 正 常 沸 点 为 373.15 K 2. 溶 液 的 沸 点 升 高 如 果 在 水 中 加 入 一 种 难 挥 发 的 溶 质 时, 溶 液 中 水 的 蒸 气 压 下 降 因 此 当 温 度 达 到 373.15K 时, 溶 液 的 蒸 气 压 会 低 于 101.325 kpa, 溶 液 就 不 会 沸 腾 为 使 溶 液 沸 腾, 就 需 升 高 溶 液 的 温 度, 结 果 使 溶 液 的 沸 点 总 是 高 于 纯 溶 剂 的 沸 点, 这 种 现 象 称 为 溶 液 的 图 1-3-3 溶 液 的 沸 点 升 高 沸 点 升 高 见 图 1-3-3( T 1 >T 0 ) 显 然 溶 液 的 浓 度 越 大, 蒸 气 压 就 越 低, 其 沸 点 就 越 高
3.3 稀 溶 液 的 依 数 性 35 3.3.4 渗 透 压 1. 渗 透 现 象 和 渗 透 压 将 一 滴 红 墨 水 滴 进 一 杯 清 水 中, 一 会 儿 整 个 杯 子 的 水 都 变 成 红 色 ; 在 一 杯 清 水 中 加 入 少 量 浓 糖 水, 过 一 会 儿 整 个 杯 子 的 水 都 会 有 甜 味, 最 后 得 到 浓 度 均 匀 的 糖 水 溶 液 这 种 现 象 是 分 子 扩 散 的 结 果 当 两 种 浓 度 不 同 的 溶 液 相 互 接 触 时, 都 会 发 生 扩 散 现 象, 最 后 形 成 浓 度 均 匀 的 溶 液 如 果 用 一 种 只 允 许 溶 剂 分 子 通 过, 而 溶 质 分 子 不 能 通 过 的 半 透 膜, 把 水 和 蔗 糖 溶 液 隔 开, 开 始 时 两 液 面 相 平, 见 图 1-3 -4, 不 久 便 会 出 现 蔗 糖 溶 液 的 液 面 缓 缓 上 升 一 段 高 度 的 现 象 若 把 水 换 成 比 蔗 糖 溶 液 浓 度 小 的 溶 液, 也 会 发 生 蔗 糖 溶 液 液 面 上 升 的 现 象 这 种 溶 剂 的 分 子 通 过 半 透 膜 由 纯 溶 剂 进 入 溶 液 或 从 稀 溶 液 进 入 浓 溶 液 的 现 象, 称 为 渗 透 现 象, 简 称 渗 透 渗 透 现 象 的 产 生 必 须 具 备 两 个 条 件 : 一 是 要 图 1-3-4 渗 透 现 象 示 意 图 有 半 透 膜 存 在 ; 二 是 半 透 膜 两 侧 溶 液 存 在 浓 度 差 渗 透 的 方 向 总 是 由 较 稀 溶 液 到 较 浓 溶 液 在 日 常 生 活 中 存 在 的 许 多 现 象, 如 发 蔫 的 蔬 菜 在 清 水 中 浸 泡 一 段 时 间 后 看 起 来 会 显 得 比 较 新 鲜 ; 人 在 淡 水 中 游 泳 时 间 较 长 时 会 感 到 眼 球 发 胀 等 现 象 均 与 渗 透 现 象 有 关 半 透 膜 是 一 种 只 允 许 某 些 物 质 透 过, 而 不 允 许 另 一 些 物 质 透 过 的 薄 膜 上 面 实 验 中 的 半 透 膜 只 允 许 水 分 子 透 过, 而 蔗 糖 分 子 却 不 能 透 过 在 日 常 生 活 中, 常 见 的 半 透 膜 有 鸡 蛋 膜 鸡 的 嗉 囊 鱼 鳔 蚕 豆 种 皮 玻 璃 纸 动 物 膀 胱 肠 衣 蛋 白 质 胶 膜 火 棉 胶 膜, 以 及 其 他 一 些 可 从 生 物 体 上 剥 离 的 薄 膜 类 物 质 机 体 内 的 细 胞 膜 毛 细 血 管 壁 等 都 是 生 物 半 透 膜, 但 其 半 透 性 不 完 全, 往 往 可 以 使 低 分 子 溶 质 或 多 或 少 地 透 过 在 前 面 渗 透 现 象 的 实 验 装 置 中, 随 着 渗 透 的 不 断 发 生, 蔗 糖 溶 液 的 液 面 逐 渐 升 高, 水 柱 的 静 水 压 增 大, 静 水 压 的 增 大 阻 碍 了 进 入 蔗 糖 溶 液 水 分 子 的 速 率, 促 进 了 蔗 糖 溶 液 中 的 水 分 子 向 溶 剂 运 动, 当 静 水 压 增 大 到 一 定 值 时, 进 入 蔗 糖 溶 液 的 水 分 子 数 等 于 出 去 的 水 分 子 数, 液 面 的 高 度 不 再 上 升, 这 时 渗 透 达 到 了 平 衡 这 种 施 加 于 溶 液 液 面 上, 恰 能 阻 止 渗 透 现 象 产 生 的 额 外 压 力, 称 为 溶 液 的 渗 透 压 渗 透 压 的 符 号 为 Π, 单 位 为 Pa 或 kpa 渗 透 压 只 有 在 半 透 膜 两 侧 分 别 为 纯 溶 剂 和 溶 液 ( 或 稀 溶 液 与 浓 溶 液 ) 时, 才 能 准 确 表 现 出 来 如 果 用 半 透 膜 将 两 种 浓 度 不 同 的 溶 液 隔 开, 为 了 阻 止 渗 透 现 象 发 生, 也 必 须 在 浓 溶 液 液 面 上 施 加 一 压 力, 但 此 时 的 压 力 既 不 是 浓 溶 液 的 渗 透 压, 也 不 是 稀 溶 液 的 渗 透 压, 而 是 两 种 溶 液 渗 透 压 之 差 若 选 用 一 种 高 强 度 且 耐 高 压 的 半 透 膜 把 纯 溶 剂 和 溶 液 隔 开, 若 在 溶 液 上 施 加 的 外 压 大 于 其 渗 透 压 力, 则 溶 液 中 的 溶 剂 分 子 将 通 过 半 透 膜 进 入 纯 溶 剂 一 侧, 这 种 使 渗 透 作 用 逆 向 进 行 的 过 程 称 为 反 向 渗 透 反 向 渗 透 常 用 于 海 水 淡 化, 用 于 废 水 处 理 中 除 去 有 毒 有 害 物 质 等, 并 在 医 学 上 用 于 透 析 治 疗
36 情 境 3 分 散 系 统 2. 渗 透 压 与 浓 度 的 关 系 渗 透 压 大 小 与 溶 液 浓 度 密 切 相 关, 溶 液 浓 度 越 大, 单 位 体 积 内 溶 质 分 子 数 就 越 多, 而 溶 剂 水 分 子 数 就 越 少, 用 半 透 膜 将 此 溶 液 与 纯 水 隔 开 时, 纯 水 中 的 水 分 子 渗 透 进 入 溶 液 的 数 目 就 越 多, 渗 透 压 就 越 大 温 度 越 高, 分 子 扩 散 速 度 越 快, 渗 透 压 也 越 大 式 中 1866 年, 荷 兰 化 学 家 范 托 夫 (van t Hoff) 提 出 稀 溶 液 的 渗 透 压 方 程 式 : Π 溶 液 的 渗 透 压,kPa; V 溶 液 的 体 积,L; n B 溶 液 中 溶 质 的 物 质 的 量,mol; c B 溶 液 的 物 质 的 量 浓 度,mol L -1 ; ΠV =n B RT Π=c B RT T 热 力 学 温 度 (T /K =273.15+t / ),K; R 摩 尔 气 体 常 数,8.314 J K -1 mol -1 (1-3-7) (1-3-8) 公 式 表 明 在 一 定 温 度 下, 稀 溶 液 的 渗 透 压 大 小 与 单 位 体 积 内 溶 液 中 所 含 溶 质 的 粒 子 ( 分 子 或 离 子 ) 数 成 正 比, 而 与 粒 子 的 性 质 和 大 小 无 关 溶 液 中 起 渗 透 作 用 的 粒 子 总 浓 度, 称 为 渗 透 浓 度, 渗 透 浓 度 越 大, 渗 透 压 越 大 在 相 同 的 温 度 下, 如 果 要 比 较 两 种 溶 液 的 渗 透 压 大 小, 只 需 要 比 较 它 们 的 渗 透 浓 度 就 可 以 了 例 如,0.1 mol L -1 葡 萄 糖 溶 液 与 0.1 mol L -1 蔗 糖 溶 液 的 渗 透 压 是 相 等 的 由 于 电 解 质 在 溶 液 中 会 发 生 解 离, 所 以 单 位 体 积 溶 液 中 所 含 溶 质 质 点 数 要 比 相 同 浓 度 的 非 电 解 质 溶 液 多, 因 此 渗 透 压 也 较 大 对 强 电 解 质 溶 液, 利 用 范 托 夫 渗 透 压 方 程 式 时, 需 引 入 一 个 校 正 因 子 i 即 Π=icRT i 是 溶 质 的 一 个 分 子 在 溶 液 中 解 离 后 的 质 点 数 如 KCl,i =2;AlCl 3,i =4; 等 等 这 样,0.1 mol L -1 NaCl 溶 液 的 渗 透 压 将 大 于 0.1 mol L -1 葡 萄 糖 溶 液 的 渗 透 压 同 理, 0.1 mol L -1 CaCl 2 溶 液 的 渗 透 压 大 于 0.1 mol L -1 NaCl 溶 液 的 渗 透 压 例 1-3-10 分 别 计 算 生 理 盐 水 (9 g L -1 NaCl) 和 50 g L -1 的 葡 萄 糖 (C 6 H 12 O 6 ) 溶 液, 在 37 (310.15 K) 时 的 渗 透 压 度 为 解 :NaCl 的 摩 尔 质 量 为 58.44 g mol -1,C 6 H 12 O 6 的 摩 尔 质 量 为 180 g mol -1 所 以 生 理 盐 水 的 物 质 的 量 浓 根 据 公 式 Π=icRT 得 NaCl 的 渗 透 压 为 葡 萄 糖 的 物 质 的 量 浓 度 为 9 g L-1 c NaCl = =0.154 mol L -1 58.44 g mol -1 Π =2 0.154 mol L -1 8.314 J K -1 mol -1 273.15+37 =794.2 kpa K C 6 H 12 O 6 的 渗 透 压 为 50 g L-1 c C6 H 12 O 6 = =0.278 mol L -1 180 g mol -1 Π =crt
3.3 稀 溶 液 的 依 数 性 37 3. 渗 透 压 在 医 学 上 的 意 义 =0.278 mol L -1 8.314 J K -1 mol -1 310.15 K =716.8 kpa (1) 医 学 中 的 渗 透 浓 度 生 物 体 液 ( 如 血 浆 细 胞 内 液 等 ) 的 渗 透 压 力 是 由 溶 于 其 中 的 电 解 质 非 电 解 质 以 及 大 分 子 等 组 分 的 粒 子 决 定 的, 这 些 具 有 渗 透 效 应 的 溶 质 粒 子 ( 分 子 离 子 ) 统 称 为 渗 透 活 性 物 质 根 据 范 托 夫 定 律, 在 一 定 温 度 下, 任 一 稀 溶 液, 其 渗 透 压 的 大 小 只 与 单 位 体 积 溶 液 中 的 溶 质 粒 子 数 成 正 比, 由 于 生 物 体 内 各 部 位 温 度 变 化 幅 度 不 大, 故 医 学 上 常 用 渗 透 浓 度 来 表 示 溶 液 渗 透 压 的 大 小 所 谓 渗 透 浓 度 就 是 渗 透 活 性 物 质 的 物 质 的 量 除 以 溶 液 的 体 积, 符 号 为 c os, 单 位 为 mol L -1 或 mmol L -1 渗 透 浓 度 越 大, 溶 液 的 渗 透 压 就 越 大 (2) 等 渗 低 渗 高 渗 溶 液 一 定 温 度 下, 渗 透 压 相 等 的 两 种 溶 液 称 为 等 渗 溶 液 渗 透 压 不 等 的 两 种 溶 液, 渗 透 压 相 对 较 低 的 溶 液 称 为 低 渗 溶 液, 渗 透 压 相 对 较 高 的 溶 液 称 为 高 渗 溶 液 医 学 上 等 渗 低 渗 高 渗 溶 液 是 以 正 常 人 体 血 浆 总 渗 透 压 为 标 准 的 渗 透 压 低 于 正 常 人 体 血 浆 总 渗 透 压 的 溶 液 称 为 低 渗 溶 液 ; 渗 透 压 高 于 正 常 人 体 血 浆 总 渗 透 压 的 溶 液 称 为 高 渗 溶 液 ; 与 人 体 血 浆 总 渗 透 压 相 等 的 溶 液 称 为 等 渗 溶 液 在 37 时, 正 常 人 血 浆 总 渗 透 压 为 720 ~800 kpa, 相 当 于 血 浆 中 能 产 生 渗 透 效 应 的 各 种 溶 质 质 点 的 总 浓 度 ( 渗 透 浓 度 ) 为 280 ~320 mmol L -1 所 产 生 的 渗 透 压 因 此, 医 学 上 规 定 渗 透 浓 度 在 280 ~320 mmol L -1 范 围 内 的 溶 液 均 为 等 渗 溶 液 低 于 280 mmol L -1 的 溶 液 称 为 低 渗 溶 液, 高 于 320 mmol L -1 的 溶 液 称 为 高 渗 溶 液 临 床 上 常 用 的 等 渗 溶 液 有 :0.278 mol L -1 (50 g L -1 ) 葡 萄 糖 溶 液 ;0.154 mol L -1 (9 g L -1 ) NaCl 溶 液 ( 生 理 盐 水 );0.150 mol L -1 (12.5 g L -1 )NaHCO 3 溶 液 ;1 /6 mol L -1 (18.7 g L -1 ) 乳 酸 钠 (NaC 3 H 5 O 3 ) 溶 液 等 渗 透 现 象 在 动 植 物 体 内 具 有 非 常 重 要 的 作 用 因 为 它 是 将 水 分 布 到 活 的 有 机 体 所 有 细 胞 中 去 的 过 程 细 胞 膜 是 半 透 膜, 活 细 胞 的 膜 对 不 同 溶 质 呈 现 不 同 程 度 的 渗 透 性 或 选 择 性 这 种 性 质 在 某 种 程 度 上 取 决 于 溶 质 粒 子 的 大 小 和 它 们 的 浓 度 输 液 是 临 床 治 疗 中 经 常 采 用 的 一 种 手 段 临 床 上 大 量 输 液 时 应 使 用 等 渗 溶 液, 以 维 持 正 常 的 血 浆 渗 透 压 在 等 渗 条 件 下, 红 细 胞 能 维 持 其 正 常 的 形 态 [ 图 1-3-5( a) ] 和 生 理 活 性 反 之, 若 输 入 大 量 的 低 渗 溶 液, 会 使 细 胞 内 液 ( 血 浆 ) 的 渗 透 压 高 于 细 胞 外 液, 细 胞 外 液 的 水 向 细 胞 内 渗 透, 导 致 红 细 胞 胀 大 [ 图 1-3-5( b) ] 乃 至 破 裂, 医 学 上 将 这 一 过 程 称 为 细 胞 溶 血 ( 现 象 ) 而 当 输 入 大 量 的 高 渗 溶 液 时, 又 会 使 细 胞 内 液 ( 血 浆 ) 的 水 向 外 渗 透, 使 红 细 胞 逐 渐 皱 缩 [ 图 1-3-5 ( c)] 而 出 现 胞 浆 分 离 的 现 象, 皱 缩 的 红 细 胞 易 黏 在 一 起 聚 结 成 团 块, 形 成 血 栓 堵 塞 血 管 另 外, 给 病 人 清 洗 伤 口 或 是 换 药 时, 通 常 用 与 组 织 细 胞 液 等 渗 的 生 理 盐 水, 否 则 会 引 起 疼 痛 配 制 眼 药 水 时, 必 须 使 眼 药 水 的 渗 透 压 与 眼 黏 膜 细 胞 的 渗 透 压 相 同, 否 则 也 会 刺 激 眼 睛 而 疼 痛 (3) 晶 体 渗 透 压 力 与 胶 体 渗 透 压 力 在 医 学 上, 一 般 将 血 浆 中 氯 化 钠 碳 酸 氢 钠 葡 萄 糖 等 低 分 子 晶 体 物 质 所 产 生 的 渗 透 压 称 为 晶 体 渗 透 压 力, 而 将 蛋 白 质 核 酸 等 高 分 子 胶 体 物 质 所 产 生 的 渗 透 压 力 称 为 胶 体 渗 透 压 力 血 浆 总 渗 透 压 力 是 这 两 种 渗 透 压 力 的 总 和 在 人 的 血 浆 中, 虽 然 低 分 子 溶 质 含 量 仅 占 7.5 g L -1, 高 分 子 溶 质 含 量 高 达 70 g L -1, 但 由 于 低 分 子 溶 质 的 相 对 质 量 较 小, 而 且 又 可 以 解 离 成 离 子, 溶 质 的 质 点 数 多, 因 此, 低 分 子 溶 质 所 产 生 的 晶 体 渗 透 压 力 却 远 远 大 于 高 分 子 溶 质 所 产 生 的 胶 体 渗 透 压 力 正 常 人 血 浆 的 渗 透 压 力 为 720 ~800 kpa, 其 中 胶 体 渗 透 压 力 只 占 2.93 ~4.0 kpa
38 情 境 3 分 散 系 统 图 1-3-5 红 细 胞 在 不 同 浓 度 溶 液 中 的 形 态 晶 体 渗 透 压 力 和 胶 体 渗 透 压 力 在 维 持 体 内 水 盐 平 衡 的 功 能 上 是 不 一 样 的, 细 胞 膜 允 许 水 分 子 自 由 透 过, 而 K + Na + 等 离 子 不 易 自 由 透 过, 因 此 晶 体 渗 透 压 力 对 维 持 细 胞 内 外 的 水 盐 平 衡 起 主 要 作 用 如 果 由 于 某 种 原 因 人 体 缺 水, 细 胞 外 液 中 盐 的 浓 度 就 要 相 对 升 高, 细 胞 内 液 中 的 水 就 要 透 过 细 胞 膜 而 进 入 细 胞 外 液, 造 成 细 胞 内 失 水 ; 如 果 大 量 饮 水 或 滴 入 大 量 葡 萄 糖 溶 液, 细 胞 外 液 盐 的 浓 度 就 要 降 低, 这 时 细 胞 外 液 中 的 水 就 要 透 过 半 透 膜 进 入 细 胞 内 液 正 常 人 在 摄 入 过 多 的 水 时, 可 以 由 肾 脏 排 除 而 不 致 发 生 严 重 后 果 但 是, 在 肾 功 能 不 全 时, 不 能 正 常 地 排 出 水 分, 或 抗 利 尿 激 素 ( ADH) 分 泌 过 多 ( 如 手 术 后 外 伤 某 些 中 枢 神 经 疾 病 或 某 些 肿 瘤 时 ), 当 摄 入 水 分 过 多, 可 以 发 生 水 在 体 内 的 潴 留 而 引 起 水 中 毒 毛 细 血 管 壁 与 细 胞 膜 不 同, 它 能 让 低 分 子 的 水 葡 萄 糖 尿 素 氨 基 酸 和 各 种 离 子 自 由 透 过, 而 不 允 许 高 分 子 的 蛋 白 质 通 过 因 此, 晶 体 渗 透 压 力 对 维 持 血 浆 与 组 织 间 液 的 水 盐 平 衡 不 起 作 用, 而 胶 体 渗 透 压 力 则 起 主 要 作 用 如 血 浆 中 蛋 白 质 减 少 时, 血 浆 的 胶 体 渗 透 压 力 就 会 降 低, 血 浆 中 的 水 就 会 透 过 毛 细 血 管 壁 进 入 组 织 间 液, 致 使 血 容 量 降 低, 组 织 间 液 增 多 如 果 血 浆 蛋 白 总 量 低 于 50 g L -1, 即 可 发 生 水 肿 临 床 上 对 大 面 积 烧 伤 或 失 血 等 原 因 造 成 血 容 量 下 降 的 患 者 进 行 补 液 时, 由 于 这 类 患 者 血 浆 蛋 白 损 失 较 多, 除 了 补 电 解 质 溶 液 外, 还 要 输 给 血 浆 或 右 旋 糖 苷 等 代 血 浆, 以 恢 复 血 浆 的 胶 体 渗 透 压 力 和 增 加 血 容 量 知 识 链 接 血 液 透 析 血 液 透 析 是 血 液 净 化 的 一 种 方 式, 是 目 前 尿 毒 症 治 疗 中 一 种 相 对 较 安 全 简 便 易 行 应 用 广 泛 的 方 法 透 析 目 的 在 于 替 代 肾 衰 竭 所 缺 失 的 部 分 功 能, 如 清 除 代 谢 产 物, 调 节 水 电 解 质 和 酸 碱 平 衡 等 血 液 净 化 方 法 是 利 用 净 化 装 置, 把 患 者 的 血 液 引 出 体 外, 建 立 血 管 循 环 通 路, 在 血 液 与 透 析 液 间 有 一 透 析 膜 ( 半 透 膜 厚 度 为 10 ~20 μm, 膜 上 的 孔 径 平 均 为 3 nm, 所 以 只 允 许 相 对 分 子 质 量 为 1.5 万 以 下 的 小 分 子 和 部 分 中 分 子 物 质 通 过, 而 相 对 分 子 质 量 大 于 3.5 万 的 大 分 子 物 质 不 能 通 过 ), 利 用 弥 散 对 流 超 滤 吸 附 等 方 式 清 除 体 内 某 些 致 病 物 质 及 过 量 水 分 与 溶 质 或 向 体 内 补 充 溶 质, 分 离 净 化 血 液 达 到 治 疗 疾 病 的 目 的 透 析 时 将 血 液 与 含 有 一 定 量 化 学 成 分 透 析 液 同 时 引 入 透 析 器 内, 其 中 的 水 电 解 质 和 中
3.4 胶 体 39 小 分 子 物 质 可 通 过 分 隔 该 两 种 液 体 的 半 透 膜 进 行 弥 散 和 渗 透 根 据 膜 平 衡 原 理, 半 透 膜 两 侧 液 体 中 溶 质 浓 度 的 梯 度 差 及 其 所 形 成 的 不 同 渗 透 浓 度, 可 使 某 溶 质 从 渗 透 浓 度 高 的 一 侧 向 渗 透 浓 度 低 的 一 侧 移 动 ( 称 弥 散 作 用 ), 而 水 分 子 则 从 渗 透 浓 度 低 的 一 侧 向 渗 透 浓 度 高 的 一 侧 移 动 ( 称 渗 透 作 用 ), 最 终 改 变 膜 两 侧 溶 液 ( 血 液 与 透 析 液 ) 中 物 质 的 原 始 浓 度 因 此, 当 血 液 进 入 透 析 器 ( 人 工 肾 ) 时, 其 中 的 代 谢 产 物 如 尿 素 肌 酐 胍 类 中 分 子 物 质 和 过 多 的 电 解 质, 如 钾 等 便 可 通 过 透 析 膜 弥 散 到 透 析 液 中, 而 透 析 液 中 的 物 质 如 碳 酸 氢 根 或 醋 酸 盐 等 也 可 弥 散 到 血 液 中, 血 液 中 重 要 的 胶 体 蛋 白 质 和 血 细 胞 不 能 通 过 透 析 膜, 以 达 到 清 除 体 内 代 谢 废 物 和 纠 正 水 电 解 质 和 酸 碱 平 衡 的 治 疗 目 的 此 外, 在 透 析 器 内 流 动 的 血 液 具 有 一 定 的 压 力, 其 血 流 压 力 较 透 析 液 侧 的 压 力 高, 血 液 内 能 渗 透 的 物 质 ( 小 分 子 及 部 分 中 分 子 ) 与 水 分 乃 向 透 析 液 侧 作 单 向 性 渗 透 ( 滤 过 作 用 ), 但 这 一 对 流 作 用 相 对 缓 慢 若 在 透 析 液 一 侧 增 加 负 压, 扩 大 跨 膜 的 压 力 差, 则 可 显 著 增 加 体 内 水 分 的 排 出 ( 超 滤 作 用 ), 成 为 清 除 体 内 过 多 水 分 的 主 要 途 径 血 液 透 析 对 蛋 白 结 合 复 合 物 等 大 分 子 的 清 除, 需 运 用 炭 吸 附 进 行 血 液 灌 注 因 此 透 析 的 基 本 原 理 是 通 过 弥 散 对 流 超 滤 及 吸 附 等 作 用, 使 血 液 中 各 种 可 透 过 物 质 进 行 交 换 或 排 出, 使 机 体 内 的 环 境 接 近 正 常 人, 从 而 达 到 治 疗 急 性 肾 功 能 衰 竭 慢 性 肾 功 能 衰 竭 和 急 性 药 物 或 毒 物 中 毒 等 疾 病 的 目 的 3.4 胶 体 胶 体 是 分 散 相 粒 子 的 大 小 在 1 ~100 nm 范 围 内 的 一 种 分 散 系, 又 可 以 分 为 溶 胶 和 高 分 子 化 合 物 溶 液 两 类 许 多 蛋 白 质 淋 巴 液 血 液 以 至 病 毒 等 都 属 于 胶 体 分 散 系 3.4.1 胶 体 的 基 本 特 征 1. 胶 体 分 散 系 是 物 质 的 一 种 特 殊 状 态 胶 体 不 是 一 类 特 殊 物 质, 而 是 几 乎 任 何 物 质 都 可 能 存 在 的 一 种 特 殊 状 态 韦 曼 经 过 对 200 多 种 物 质 的 实 验, 结 果 表 明 很 多 典 型 的 晶 体 物 质 都 可 以 用 降 低 其 溶 解 度 或 选 用 适 当 的 分 散 介 质 形 成 胶 体, 或 在 另 一 条 件 下 成 为 真 溶 液 或 晶 体 状 态 典 型 例 子 如 氯 化 钠 在 水 中 形 成 真 溶 液, 而 在 苯 中 则 形 成 氯 化 钠 溶 胶 ; 硫 黄 在 乙 醇 中 可 以 形 成 真 溶 液, 而 在 水 中 却 能 形 成 硫 黄 溶 胶 在 胶 体 体 系 和 非 胶 体 体 系 之 间 并 没 有 清 晰 的 界 限 通 常 所 指 的 胶 体, 是 分 散 相 粒 子 大 小 在 1 ~100 nm 之 间 的 分 散 系 2. 胶 体 分 散 系 是 多 相 系 统 胶 体 体 系 因 高 度 分 散 而 存 在 巨 大 的 相 界 面, 所 以 该 体 系 具 有 三 大 特 征, 即 高 分 散 性 多 相 性 和 聚 结 不 稳 定 性, 它 们 是 溶 胶 产 生 其 他 性 质 的 根 本 原 因 高 分 子 化 合 物 溶 液 中 的 分 散 相 粒 子 大 小 已 达 到 胶 体 粒 子 的 范 围, 因 此 具 有 与 胶 体 相 似 的 许 多 性 质 和 相 同 的 研 究 方 法 如 动 力 性 质 光 学 性 质 流 变 性 质 等, 因 为 这 些 性 质 往 往 只 和 粒 子 的 大 小 形 状 有 关, 所 以 高 分 子 化 合 物 溶 液 很 自 然 地 成 了 胶 体 研 究 的 重 要 内 容
40 情 境 3 分 散 系 统 3.4.2 溶 胶 的 基 本 性 质 溶 胶 的 光 学 性 质 动 力 性 质 和 电 学 性 质 等 基 本 性 质, 是 由 其 基 本 特 征 引 起 的, 研 究 这 些 性 质 对 认 识 胶 粒 结 构 大 小 及 形 状, 认 识 溶 胶 的 稳 定 性 与 聚 沉 都 有 重 要 意 义 一 溶 胶 的 光 学 性 质 溶 胶 同 小 分 子 真 溶 液 高 分 子 化 合 物 溶 液 和 粗 分 散 体 系, 虽 然 都 属 于 高 度 分 散 体 系, 但 在 光 学 性 质 上 却 有 明 显 的 差 别 光 不 能 完 全 通 过 悬 浮 液 和 乳 状 液 表 现 为 浑 浊, 真 溶 液 往 往 透 明, 高 度 分 散 的 溶 胶 能 够 通 过 光 线, 也 是 透 明 的 因 此, 很 难 从 表 观 上 来 区 别 溶 胶 与 真 溶 液 但 是, 让 一 束 汇 聚 的 光 线 透 过 溶 胶, 在 侧 面 可 看 到 一 个 发 光 的 圆 锥 体, 这 一 现 象 1869 年 被 丁 铎 尔 (Tyndall) 所 发 现, 故 称 为 丁 铎 尔 现 象 ( 见 图 1-3 -6) 后 来 的 研 究 发 现 真 溶 液 和 高 分 子 溶 液 也 能 产 生 图 1-3-6 丁 铎 尔 现 象 这 种 丁 铎 尔 现 象, 但 是 强 度 十 分 微 弱 可 见 光 射 入 分 散 系 统 可 以 有 三 种 不 同 的 作 用 : 第 一 种 为 光 的 吸 收, 如 硫 酸 铜 溶 液 呈 现 蓝 色 与 铜 离 子 吸 收 橙 黄 色 的 光 有 关 ; 第 二 种 为 光 的 反 射, 当 分 散 粒 子 的 直 径 大 于 光 的 波 长 时 则 发 生 反 射, 如 悬 浮 液 和 乳 状 液 ; 第 三 种 是 发 生 散 射 现 象, 即 分 散 粒 子 小 于 光 的 波 长 时, 光 绕 过 粒 子 向 各 个 方 向 传 播 一 般 溶 胶 的 胶 粒 直 径 小 于 可 见 光 和 紫 外 线 的 波 长, 因 此 溶 胶 对 可 见 光 是 以 散 射 为 主, 有 色 溶 胶 ( 如 氢 氧 化 铁 溶 胶 ) 对 可 见 光 除 散 射 作 用 外, 尚 有 选 择 吸 收 作 用 用 丁 铎 尔 现 象 可 方 便 地 鉴 别 小 分 子 真 溶 液 高 分 子 化 合 物 溶 液 和 溶 胶 小 分 子 真 溶 液 丁 铎 尔 现 象 不 明 显, 高 分 子 化 合 物 溶 液 的 丁 铎 尔 现 象 微 弱, 而 溶 胶 的 丁 铎 尔 现 象 最 为 强 烈 二 溶 胶 的 动 力 性 质 动 力 性 质 主 要 指 溶 胶 中 粒 子 的 不 规 则 运 动 以 及 由 此 而 产 生 的 渗 透 扩 散 平 衡 等 性 质 1. 布 朗 运 动 1827 年 植 物 学 家 布 朗 ( Brown) 用 显 微 镜 观 察 到 悬 浮 在 水 面 上 的 花 粉 不 断 地 作 无 规 则 的 运 动, 后 来 人 们 称 这 种 运 动 为 布 朗 运 动, 见 图 1-3 -7( a) 1903 年 由 于 发 明 了 超 显 微 镜, 用 超 显 微 镜 也 可 观 察 到 溶 胶 粒 子 作 不 规 则 之 字 形 的 布 朗 运 动 布 朗 运 动 是 由 于 分 散 介 质 的 分 子 热 运 动 碰 撞 溶 胶 粒 子 的 合 力 不 为 零 而 引 起 的 [ 见 图 1-3 -7 ( b) ] 布 朗 运 动 是 溶 胶 重 要 的 动 力 性 质 之 一, 胶 粒 越 小, 温 度 越 高, 分 散 质 的 黏 度 越 小, 布 朗 运 动 越 激 烈 2. 扩 散 布 朗 运 动 是 无 规 律 的, 对 胶 粒 来 说, 在 某 一 瞬 间 向 各 个 方 向 的 运 动 的 概 率 几 乎 是 相 等 的 但 当 溶 胶 中 存 在 浓 度 差 时, 总 体 上 看 布 朗 运 动 将 使 胶 粒 从 浓 度 大 的 区 域 向 浓 度 小 的 区 域 运 动, 这 种 现 象 称 为 胶 粒 的 扩 散 浓 度 差 越 大, 温 度 越 高, 扩 散 越 快 需 要 指 出 的 是, 胶 粒 颗 粒 较 大, 其 扩 散 速 度 要 比 真 溶 液 小 得 多 胶 粒 直 径 在 10-7 ~10-9 m 范 围 内, 滤 纸 的 孔 径 在 10-6 ~10-5 m, 半 透 膜 孔 径 一 般 小 于 10-9 m, 故 胶 粒 能 透 过 滤 纸, 但 不 能 透 过 半 透 膜 在 制 备 胶 体 溶 液 时, 利 用 胶 粒 不 能 透 过 半 透 膜 这 一 性 质, 可 除 去 溶 胶 中 的 小 分 子 杂 质, 使 溶 胶 净 化
3.4 胶 体 41 图 1-3-7 胶 粒 的 布 朗 运 动 示 意 图 如 图 1-3-8 所 示, 用 半 透 膜 制 成 一 个 袋 子, 在 里 面 装 入 淀 粉 胶 体 10 ml 和 氯 化 钠 5 ml 的 混 合 液 体, 然 后 用 线 把 半 透 膜 袋 的 上 口 扎 紧, 系 在 玻 璃 棒 上, 并 把 它 悬 挂 在 盛 有 蒸 馏 水 的 烧 杯 里 几 分 钟 后, 用 两 个 试 管 各 取 烧 杯 里 的 液 体 5 ml, 往 其 中 的 一 支 试 管 里 注 入 少 量 的 硝 酸 银 溶 液, 往 另 一 支 试 管 里 注 入 少 量 碘 水 结 果 发 现, 在 加 入 硝 酸 银 溶 液 的 试 管 里 出 现 了 白 色 沉 淀, 加 入 碘 水 溶 液 的 试 管 里 不 发 生 变 化 这 就 证 明 了 氯 离 子 可 以 透 过 半 透 膜 的 微 孔, 而 淀 粉 胶 体 的 粒 子 不 能 透 过 半 透 膜 利 用 这 一 性 质 可 以 把 电 解 质 的 离 子 或 分 子 从 胶 体 溶 液 中 分 离 出 来, 使 胶 体 溶 液 净 化, 这 种 方 法 称 为 透 析 或 渗 析 在 医 学 上 因 肾 功 能 衰 竭 等 疾 病 引 起 血 液 中 毒, 最 常 图 1-3-8 渗 析 示 意 图 用 的 治 疗 方 法 是 使 血 液 净 化 血 液 透 析 透 析 原 理 同 胶 体 的 渗 析 相 似 透 析 时, 病 人 的 血 液 通 过 浸 在 透 析 液 中 的 透 析 膜 进 行 循 环 和 透 析 血 液 中 重 要 的 胶 体 蛋 白 质 和 血 细 胞 不 能 通 过 透 析 膜, 血 液 内 有 毒 性 的 物 质 则 可 以 透 过, 扩 散 到 透 析 液 中 而 被 除 去 3. 沉 降 与 沉 降 平 衡 分 散 系 中 的 分 散 相 粒 子 在 重 力 作 用 下 逐 渐 下 沉 的 现 象 称 为 沉 降 悬 浮 液 ( 如 泥 浆 水 ) 中 的 分 散 相 粒 子 大 而 重, 可 以 认 为 不 存 在 扩 散 现 象, 在 重 力 作 用 下 很 快 沉 降 而 溶 胶 的 胶 粒 较 小, 质 量 较 轻, 沉 降 和 扩 散 两 种 作 用 同 时 存 在 : 一 方 面 胶 粒 受 重 力 作 用 沉 降 ; 另 一 方 面 由 于 介 质 的 黏 度 和 布 朗 运 动 使 胶 粒 向 上 扩 散 当 沉 降 和 扩 散 这 两 个 相 反 作 用 的 速 率 相 等 时, 达 到 沉 降 扩 散 平 衡 平 衡 时, 底 层 浓 度 较 大, 随 着 高 度 的 增 加 浓 度 逐 渐 减 少, 形 成 了 一 定 的 浓 度 梯 度 这 种 状 况 与 大 气 层 中 气 体 的 分 布 相 似 达 到 沉 降 平 衡 所 需 的 时 间 与 胶 粒 的 大 小 及 密 度 等 有 密 切 关 系, 粒 子 越 小 ( 或 密 度 越 小 ) 建 立 平 衡 所 需 的 时 间 就 越 长 为 了 加 速 胶 粒 沉 降, 常 使 用 超 速 离 心 机, 在 比 地 球 重 力 场 大 数 十 万 倍 的 离 心 力 场 的 作 用 下, 可 使 溶 胶 或 蛋 白 质 溶 胶 迅 速 沉 降, 目 前 超 速 离 心 机 被 广 泛 用 于 医 学 研 究 中, 以 测 定 各 种 蛋 白 质 的
42 情 境 3 分 散 系 统 相 对 分 子 质 量 及 进 行 病 毒 的 分 离 提 纯 三 溶 胶 的 电 学 性 质 1. 电 泳 在 一 个 U 形 管 里 盛 有 红 棕 色 的 Fe(OH) 3 胶 体, 从 U 形 管 的 两 个 管 口 各 插 入 一 个 电 极, 接 通 直 流 电 后, 发 现 阴 极 附 近 的 颜 色 逐 渐 变 深, 阳 极 附 近 的 颜 色 逐 渐 变 浅 如 图 1-3-9 所 示 这 表 明 Fe(OH) 3 胶 体 粒 子 带 正 电 荷, 在 电 场 的 影 响 下, 向 阴 极 移 动 像 这 种 在 外 加 电 场 的 作 用 下, 分 散 质 的 粒 子 在 分 散 剂 里 向 阴 极 ( 或 阳 极 ) 作 定 向 移 动 的 现 象 称 为 电 泳 2. 胶 粒 带 电 的 原 因 胶 粒 带 电 的 原 因 主 要 有 两 种 : (1) 选 择 性 吸 附 溶 胶 是 多 相 高 度 分 散 体 系, 粒 子 具 有 很 大 的 表 面 能, 胶 粒 中 的 胶 核 ( 分 子 原 子 或 离 子 的 聚 集 体 ) 极 易 吸 附 溶 液 中 的 离 子, 使 其 表 面 能 降 低 实 验 表 明, 胶 核 总 是 选 择 性 地 吸 附 与 其 组 成 相 类 似 的 离 子 ( 法 金 斯 规 则 ) 应 为 例 如, 将 FeCl 3 溶 液 缓 缓 滴 加 到 沸 水 中, 可 以 制 备 Fe ( OH) 3 溶 胶 反 溶 液 中 部 分 Fe(OH) 3 与 HCl 作 用 : FeCl 3 +3H 2 O Fe OH 3 溶 胶 +3HCl Fe OH 3 +HCl FeOCl+2H 2 O FeOCl FeO + +Cl - 图 1-3-9 电 泳 示 意 图 Fe(OH) 3 胶 核 就 选 择 性 吸 附 与 其 组 成 相 似 的 FeO + 而 带 正 电, 而 电 性 相 反 的 Cl - ( 称 反 离 子 ) 则 留 在 介 质 中 再 如 用 AgNO 3 和 KI 制 备 AgI 溶 胶 时,AgI 粒 子 优 先 吸 附 Ag + 或 I -, 而 对 NO - 3 或 K + 的 吸 附 很 弱 因 而 在 制 备 AgI 溶 胶 时, 若 KI 过 量, 则 形 成 的 AgI 粒 子 将 吸 附 过 量 的 I - 而 带 负 电 ; 若 AgNO 3 过 量 时, 则 吸 附 过 量 的 Ag + 而 带 正 电 (2) 表 面 分 子 解 离 有 些 溶 胶 粒 子 本 身 含 有 可 解 离 基 团, 例 如, 蛋 白 质 分 子 中 含 有 羧 基 的 氨 基, 在 水 中 可 以 解 离 成 COO - 或 NH 3 +, 因 而 使 整 个 大 分 子 带 电 ; 又 如 硅 胶 的 胶 核 是 由 多 个 xsio 2 yh 2 O 聚 集 而 成 其 表 面 的 H 2 SiO 3 分 子 是 一 个 弱 电 解 质, 可 以 解 离, 并 视 介 质 的 ph 不 同, 解 离 后 硅 胶 粒 子 可 以 带 正 电 或 带 负 电 3.4.3 胶 团 的 结 构 及 溶 胶 的 稳 定 性 1. 胶 团 的 结 构 利 用 X 射 线 电 子 显 微 镜 对 胶 体 进 行 微 观 结 构 研 究, 发 现 胶 粒 的 内 部 结 构 相 当 复 杂 胶 体 粒 子 的 中 心 称 为 胶 核, 它 是 由 许 多 的 原 子 或 分 子 聚 集 而 成 ; 胶 核 周 围 是 由 吸 附 在 核 表 面 上 的 定 位 离 子 部 分 反 离 子 和 溶 剂 分 子 组 成 的 吸 附 层, 胶 核 和 吸 附 层 合 称 为 胶 粒 ; 吸 附 层 以 外 由 反 离 子 组 成 扩 散 层 胶 核 吸 附 层 和 扩 散 层 合 称 为 胶 团, 由 于 吸 附 层 和 扩 散 层 中 的 正 负 电 荷 数 相 等, 整 个 胶 团 是 电 中 性 的 在 外 电 场 作 用 下, 胶 粒 向 某 一 个 电 极 方 向 移 动, 扩 散 层 的 反 离 子 则 向 另 一 个 电
3.4 胶 体 43 极 方 向 移 动 如 用 KI 和 AgNO 3 制 备 AgI 溶 胶 时,(AgI) m 为 胶 核 如 果 KI 过 量, 胶 核 吸 附 n 个 I - ( 定 位 离 子 ) 使 胶 核 表 面 带 负 电, 静 电 作 用 又 吸 引 n-x 个 K + ( 反 离 子 ) 也 进 入 吸 附 层, 另 外 还 有 x 个 K + 构 成 扩 散 层,KI 胶 团 结 构 见 图 1-3-10 图 1-3-10 KI 胶 团 结 构 由 胶 团 结 构 可 知, 通 常 所 说 溶 胶 带 正 电 或 带 负 电 是 指 胶 粒 而 言, 其 电 性 取 决 于 胶 核 吸 附 的 定 位 离 子, 而 带 电 的 多 少 则 由 定 位 离 子 与 吸 附 层 中 的 反 离 子 所 带 电 荷 之 差 决 定 两 种 典 型 溶 胶 结 构 : 2. 溶 胶 的 稳 定 性 [(Fe(OH) 3 ) m nfeo + (n-x) Cl - ] x+ xcl - Fe(OH) 3 正 溶 胶 [ (SiO 2 ) m nsio 2-3 2( n-x)h + ] 2 x- 2xH + 硅 胶 负 溶 胶 溶 胶 本 质 上 是 不 稳 定 体 系, 但 很 多 溶 胶 却 能 在 较 长 时 间 内 保 持 稳 定 溶 胶 稳 定 的 原 因 在 于 动 力 稳 定 性 和 聚 结 稳 定 性 两 个 方 面 (1) 动 力 稳 定 性 溶 胶 粒 子 能 产 生 布 朗 运 动, 以 致 胶 粒 不 因 重 力 作 用 而 沉 降, 这 种 稳 定 性 称 为 动 力 稳 定 性 影 响 动 力 稳 定 性 的 主 要 原 因 是 分 散 度, 胶 体 体 系 的 分 散 度 越 大, 胶 粒 的 布 朗 运 动 越 剧 烈, 扩 散 能 力 越 强, 动 力 稳 定 性 就 越 大 另 外, 介 质 的 黏 度 对 溶 胶 的 稳 定 性 也 有 一 定 的 影 响, 介 质 黏 度 大, 胶 粒 就 难 聚 沉, 溶 胶 的 动 力 稳 定 性 也 越 大 (2) 胶 粒 带 电 的 稳 定 作 用 同 一 溶 胶 的 胶 粒 都 带 有 相 同 符 号 的 电 荷, 由 胶 团 结 构 可 知, 在 胶 粒 周 围 存 在 着 反 离 子 的 扩 散 层, 当 胶 粒 相 互 靠 近, 扩 散 层 相 互 重 叠 时, 就 会 产 生 静 电 排 斥 力, 结 果 使 两 个 相 互 靠 近 的 粒 子 碰 撞 后 又 重 新 分 开, 保 持 着 溶 胶 的 稳 定 性 (3) 溶 剂 化 的 稳 定 作 用 溶 质 和 溶 剂 间 所 起 的 化 合 作 用, 称 为 溶 剂 化 作 用 如 果 溶 剂 为 水, 则 称 为 水 化 作 用 胶 团 中 的 离 子 都 是 溶 剂 化 的, 所 以 胶 核 的 周 围 有 一 水 化 层, 当 胶 粒 相 互 靠 近 时, 水 化 层 被 挤 压 变 形, 而 水 化 层 具 有 弹 性, 造 成 胶 粒 接 近 时 的 机 械 阻 力, 从 而 防 止 了 溶 胶 的 聚 沉 在 上 述 各 种 因 素 中, 胶 粒 带 电 是 溶 胶 稳 定 存 在 的 主 要 原 因 3. 溶 胶 的 聚 沉
44 情 境 3 分 散 系 统 溶 胶 中 分 散 相 粒 子 相 互 聚 结, 颗 粒 变 大, 分 散 度 降 低, 最 后 从 介 质 中 沉 淀 析 出 的 现 象 称 为 聚 沉 引 起 溶 胶 聚 沉 的 因 素 很 多, 如 温 度 的 升 高,pH 的 改 变, 加 入 电 解 质 或 带 有 相 反 电 荷 的 溶 胶, 机 械 作 用 等 都 可 使 溶 胶 发 生 聚 沉 其 中 对 溶 胶 聚 沉 影 响 最 大 作 用 最 敏 感 的 是 电 解 质 (1) 电 解 质 的 作 用 溶 胶 对 电 解 质 是 十 分 敏 感 的, 适 量 的 电 解 质 可 保 证 其 稳 定 性, 但 过 量 的 电 解 质 常 可 促 使 溶 胶 聚 沉 这 是 由 于 电 解 质 中 反 离 子 的 加 入 促 使 胶 粒 周 围 的 扩 散 层 被 压 缩, 胶 粒 带 电 荷 数 减 少, 扩 散 层 厚 度 与 水 化 层 厚 度 迅 速 变 薄, 使 胶 粒 易 于 凝 聚 和 聚 沉 当 扩 散 层 中 反 离 子 全 部 被 压 入 吸 附 层 时, 胶 粒 呈 电 中 性, 最 不 稳 定, 聚 沉 速 率 最 大 不 同 的 电 解 质 对 溶 胶 的 聚 沉 能 力 是 不 同 的 电 解 质 对 溶 胶 的 聚 沉 能 力 常 用 聚 沉 值 来 衡 量 聚 沉 值 是 使 一 定 量 溶 胶 在 一 定 时 间 内 完 全 聚 沉 所 需 电 解 质 溶 液 的 最 小 浓 度, 单 位 为 mol L -1 显 然, 聚 沉 值 越 大, 电 解 质 的 聚 沉 能 力 越 小 舒 茨 - 哈 迪 ( Schulze-Hardy) 研 究 了 电 解 质 的 价 数 和 浓 度 对 溶 胶 聚 沉 的 影 响, 得 出 一 条 规 则 : 使 溶 胶 聚 沉 的 电 解 质 有 效 部 分 是 与 胶 粒 带 相 反 电 荷 的 反 离 子, 反 离 子 价 数 越 高, 其 聚 沉 能 力 越 大 对 一 价 二 价 三 价 反 离 子 而 言, 其 聚 沉 值 大 约 与 反 离 子 价 数 的 六 次 方 成 反 比, 即 6 6 Me + Me 2 + Me 3 + 1 1 2 1 3 例 如,NaCl CaCl 2 AlCl 3 三 种 电 解 质 对 As 2 S 3 负 溶 胶 的 聚 沉 能 力 的 比 为 Na + Ca 2 + Al 3 + 1 80 500 同 价 反 离 子 的 聚 沉 能 力 与 水 化 离 子 半 径 大 小 有 关 水 化 离 子 半 径 越 小, 离 子 越 靠 近 胶 粒 表 面, 聚 沉 能 力 就 越 大 一 价 正 离 子 及 一 价 负 离 子 对 溶 胶 的 聚 沉 能 力 大 小 的 次 序 为 H + >Cs + >Rb + >NH + 4 >K + >Na + >Li + F - >H 2 PO - 4 >Cl - >Br - >NO - 3 >I - >CNS - (2) 异 电 溶 胶 的 相 互 聚 沉 若 将 两 种 带 相 反 电 荷 的 溶 胶 相 互 混 合, 则 会 相 互 聚 沉 相 互 聚 沉 的 程 度 与 两 者 的 相 对 量 有 关, 当 两 种 溶 胶 粒 子 所 带 电 荷 全 部 中 和 时, 聚 沉 最 完 全 用 明 矾 净 水 就 是 溶 胶 相 互 聚 沉 的 典 型 例 子 天 然 水 中 的 胶 体 悬 浮 粒 子 一 般 是 负 电 性 溶 胶, 明 矾 中 的 硫 酸 铝 水 解 生 成 的 Al(OH) 3 溶 胶 是 正 电 性 溶 胶, 混 合 后 发 生 相 互 聚 沉, 再 加 上 Al(OH) 3 絮 状 物 的 吸 附 作 用, 使 污 物 清 除, 水 得 到 净 化 (3) 高 分 子 化 合 物 的 作 用 高 分 子 化 合 物 对 溶 胶 的 作 用 有 双 重 性, 见 图 1-3-11. 图 1-3-11 高 分 子 化 合 物 对 溶 胶 的 作 用
3.5 高 分 子 化 合 物 溶 液 45 溶 胶 中 加 入 少 量 的 高 分 子 化 合 物, 有 时 会 降 低 溶 胶 的 稳 定 性, 甚 至 发 生 聚 沉, 这 种 现 象 称 为 敏 化 作 用 敏 化 作 用 是 由 于 大 分 子 链 起 了 桥 联 作 用, 把 邻 近 胶 粒 吸 附 在 链 节 上, 使 溶 胶 的 稳 定 性 降 低 或 聚 沉 若 在 溶 胶 中 加 入 足 够 量 的 高 分 子 化 合 物, 高 分 子 化 合 物 被 吸 附 在 胶 粒 表 面, 包 围 住 胶 粒, 由 于 高 分 子 化 合 物 的 溶 剂 化 作 用, 使 胶 粒 与 分 散 介 质 的 亲 和 力 增 加, 从 而 增 强 了 溶 胶 的 稳 定 性, 这 种 现 象 称 为 保 护 作 用 3.5 高 分 子 化 合 物 溶 液 高 分 子 化 合 物 及 其 溶 液, 在 医 药 上 的 应 用 非 常 广 泛, 如 人 体 中 的 重 要 物 质 蛋 白 质 核 酸 糖 原 等 都 是 高 分 子 化 合 物, 在 生 命 活 动 中 起 着 重 要 作 用 ; 药 物 制 剂 中 常 用 的 增 溶 剂 乳 化 剂 胶 囊 剂 等 助 剂, 也 都 是 高 分 子 化 合 物 许 多 高 分 子 溶 液 如 血 浆 代 用 液, 脏 器 制 剂 疫 苗 胶 浆 等 制 剂, 胃 蛋 白 酶 胰 蛋 白 酶 等 都 可 直 接 作 为 防 治 用 药 物 3.5.1 高 分 子 化 合 物 常 把 相 对 分 子 质 量 在 10 4 以 上 的 物 质, 称 为 高 分 子 化 合 物 高 分 子 化 合 物 包 括 天 然 高 分 子 和 合 成 高 分 子 两 大 类 如 淀 粉 蛋 白 质 纤 维 素 天 然 橡 胶 和 各 种 生 物 大 分 子 等 属 于 天 然 高 分 子 化 合 物, 聚 乙 烯 合 成 纤 维 合 成 橡 胶 等 属 于 人 工 合 成 的 高 分 子 化 合 物 高 分 子 化 合 物 的 相 对 分 子 质 量 在 10 4 ~10 6 范 围 内, 由 一 种 或 几 种 简 单 化 合 物 通 过 共 价 键 重 复 联 结 的 巨 型 分 子, 又 称 为 大 分 子 化 合 物 高 分 子 化 合 物 的 许 多 性 质, 如 难 溶 解 溶 胀 现 象 溶 液 黏 度 大 等, 都 与 相 对 分 子 质 量 大 这 一 特 点 有 关 3.5.2 高 分 子 化 合 物 溶 液 的 特 性 高 分 子 化 合 物 能 自 动 地 分 散 到 适 宜 的 分 散 介 质 中 形 成 均 匀 的 溶 液, 如 蛋 白 质 在 水 中, 橡 胶 在 苯 中 都 能 溶 解 成 为 高 分 子 化 合 物 溶 液 在 这 类 高 分 子 化 合 物 溶 液 中, 分 散 相 粒 子 是 单 个 的 高 分 子, 因 而 和 低 分 子 化 合 物 溶 液 一 样 属 于 单 相 稳 定 体 系 但 由 于 单 个 高 分 子 体 积 大, 其 分 散 相 粒 子 的 大 小 已 达 到 胶 体 范 围 (1 ~100 nm), 故 又 具 有 溶 胶 的 某 些 性 质, 如 扩 散 速 度 慢 不 能 透 过 半 透 膜 等 此 外, 高 分 子 化 合 物 溶 液 还 有 自 身 的 一 些 特 性 1. 稳 定 性 较 大 高 分 子 化 合 物 溶 液 比 溶 胶 稳 定, 在 无 菌 溶 剂 不 蒸 发 的 情 况 下, 可 以 长 期 放 置 不 沉 淀, 在 稳 定 性 方 面 它 与 真 溶 液 相 似 高 分 子 化 合 物 溶 液 的 稳 定 性 是 与 高 分 子 化 合 物 本 身 的 结 构 分 不 开 的 高 分 子 化 合 物 具 有 许 多 亲 水 基 团, 如 OH COOH NH 2 等, 这 些 基 团 与 水 有 很 强 的 亲 和 力, 当 高 分 子 化 合 物 溶 解 在 水 中 时, 亲 水 基 团 在 其 表 面 上 牢 固 地 吸 引 着 大 量 水 分 子 形 成 一 层 水 化 膜, 这 层 水 化 膜 比 溶 胶 胶 粒 的 水 化 膜 厚 得 多 致 密 得 多, 因 而 高 分 子 化 合 物 溶 液 比 溶 胶 稳 定 得 多 如 果 要 使 高 分 子 化 合 物 从 溶 液 中 析 出, 除 了 中 和 电 荷 外, 更 重 要 的 是 除 去 水 化 膜 例 如, 要 使 蛋 白
46 情 境 3 分 散 系 统 质 从 溶 液 中 析 出, 必 须 加 入 大 量 的 电 解 质 才 能 完 成, 此 过 程 称 为 盐 析 2. 黏 度 较 大 高 分 子 化 合 物 溶 液 的 黏 度 比 真 溶 液 或 溶 胶 大 得 多 这 主 要 是 由 于 高 分 子 化 合 物 具 有 线 状 或 分 支 状 结 构, 加 上 高 分 子 化 合 物 高 度 溶 剂 化 ( 若 溶 剂 为 水, 则 为 水 化 ), 在 溶 液 中 能 牵 引 大 量 介 质 分 子 而 运 动 困 难, 使 自 由 流 动 的 溶 剂 减 少, 故 黏 度 较 大 例 如,1% 的 橡 胶 溶 于 苯 中, 溶 液 的 黏 度 为 纯 苯 的 十 几 倍 当 浓 度 增 大 或 温 度 降 低 时, 高 分 子 化 合 物 溶 液 的 黏 度 会 进 一 步 增 大 为 了 便 于 比 较, 现 将 高 分 子 化 合 物 溶 液 溶 胶 和 小 分 子 真 溶 液 的 主 要 性 质 的 异 同 点 归 纳 于 表 1-3-2 中 表 1-3-2 溶 胶 高 分 子 化 合 物 溶 液 和 小 分 子 真 溶 液 主 要 性 质 的 异 同 点 性 质 溶 胶 ( 憎 液 ) 高 分 子 真 溶 液 ( 亲 液 ) 小 分 子 真 溶 液 分 散 质 的 尺 寸 分 散 质 形 态 均 相 还 是 多 相 能 否 透 过 半 透 膜 稳 定 性 扩 散 速 度 丁 铎 尔 现 象 黏 度 对 外 加 电 解 质 的 敏 感 性 聚 沉 后 是 否 可 逆 复 原 1 ~100 nm 多 分 子 聚 集 态 多 相 不 能 不 稳 定 慢 强 烈 小, 与 分 散 介 质 相 似 敏 感 不 可 逆 1 ~100 nm 单 分 子 均 相 不 能 稳 定 慢 微 弱 大 不 太 敏 感 可 逆 <1 nm 单 分 子 均 相 能 稳 定 快 微 弱 小, 与 溶 剂 相 似 不 敏 感 可 逆 由 表 1-3-2 可 见, 高 分 子 化 合 物 溶 液 是 高 度 分 散 的 均 相 的 稳 定 的 系 统, 是 亲 液 胶 体 3.5.3 凝 胶 1. 凝 胶 的 形 成 高 分 子 溶 质 或 溶 胶 粒 子 在 温 度 降 低 与 浓 度 增 大 时, 相 互 联 结, 形 成 空 间 网 状 结 构 ( 溶 剂 小 分 子 则 充 满 网 架 空 隙 中 失 去 流 动 性 ), 成 为 半 固 体 状 的 体 系 称 为 凝 胶 或 冻 胶 形 成 凝 胶 的 过 程 称 为 胶 凝 如 将 豆 浆 加 工 成 豆 腐, 豆 浆 失 去 流 动 性, 成 为 半 固 体 状 的 豆 腐, 制 作 豆 腐 的 过 程 即 为 胶 凝 在 药 物 制 剂 中 用 明 胶 做 鱼 肝 油 亚 油 酸 等 滴 丸 的 外 皮 也 是 应 用 这 一 性 质 一 般 认 为, 凝 胶 是 胶 体 存 在 的 一 种 特 殊 形 式 凝 胶 有 一 定 的 几 何 外 形, 因 而 具 有 固 体 的 某 些 性 质, 如 有 一 定 的 机 械 强 度 和 弹 性 同 时 凝 胶 又 具 有 液 体 的 某 些 性 质, 如 离 子 在 水 凝 胶 中 的 扩 散 速 度 接 近 于 水 溶 液 中 的 扩 散 速 度 但 是 凝 胶 又 具 有 一 些 既 不 同 于 固 体 也 不 同 于 液 体 的 特 殊 性 质 2. 凝 胶 的 性 质 (1) 膨 胀 作 用 干 燥 的 弹 性 凝 胶 放 入 适 当 的 溶 剂 中, 会 自 动 吸 收 液 体 而 膨 胀 体 积 和 质 量 增 大 的 现 象 称 为 膨 胀 作 用 有 的 弹 性 凝 胶 膨 胀 到 一 定 程 度, 体 积 增 大 就 停 止 了, 称 为 有 限 膨 胀 有
3.6 表 面 活 性 剂 和 乳 状 液 47 的 弹 性 凝 胶 能 无 限 地 吸 收 溶 剂, 最 后 形 成 溶 液, 称 为 无 限 膨 胀 膨 胀 的 第 一 阶 段 为 溶 剂 化 过 程, 溶 剂 分 子 迅 速 进 入 凝 胶 中, 并 与 凝 胶 大 分 子 形 成 溶 剂 化 层 ; 在 第 一 阶 段 进 入 凝 胶 结 构 内 溶 液 与 留 在 凝 胶 结 构 外 部 的 溶 液 之 间, 由 于 溶 剂 活 度 差 而 形 成 渗 透 压, 促 使 大 量 溶 剂 继 续 进 入 凝 胶 结 构 中, 所 以 第 二 阶 段 为 渗 透 作 用 膨 胀 现 象 对 于 药 用 植 物 的 浸 取 是 很 重 要 的, 一 般 只 有 在 植 物 组 织 膨 胀 后 才 能 将 有 效 成 分 提 取 出 来, 因 此 浸 取 药 物 都 要 浸 泡 一 定 的 时 间 (2) 触 变 现 象 凝 胶 受 振 摇 或 搅 拌 等 外 力 作 用, 网 状 结 构 拆 散 而 成 溶 胶, 去 掉 外 力 静 置 一 定 时 间 后 又 恢 复 成 半 固 体 凝 胶 结 构, 这 种 凝 胶 与 溶 胶 相 互 转 化 的 过 程, 称 为 触 变 现 象 凝 胶 触 变 现 象 说 明 凝 胶 结 构 的 拆 散 与 恢 复 是 可 逆 的, 主 要 原 因 是 凝 胶 的 空 间 网 络 中 充 满 了 溶 剂 分 子, 而 由 范 德 华 力 构 成 的 网 络 不 很 牢 固, 因 此 振 动 或 搅 拌 使 网 络 破 坏 而 变 成 溶 液, 静 置 后 在 范 德 华 力 作 用 下 又 形 成 网 络, 包 住 液 体 而 成 凝 胶 (3) 离 浆 作 用 凝 胶 在 老 化 过 程 中 发 生 特 殊 的 分 层 现 象, 液 体 缓 慢 地 自 动 从 凝 胶 中 分 离 出 来, 凝 胶 出 现 脱 水 收 缩 的 现 象 称 为 离 浆 作 用 离 浆 与 物 质 在 干 燥 时 的 失 水 不 同, 离 浆 出 来 的 并 非 单 纯 溶 剂, 而 是 稀 溶 胶 或 高 分 子 溶 液, 离 浆 亦 可 在 潮 湿 低 温 环 境 中 发 生 离 浆 的 原 因 是 凝 胶 网 状 结 构 继 续 交 联, 网 架 上 粒 子 会 进 一 步 定 向 靠 近 促 使 网 孔 收 缩, 把 一 部 分 液 体 从 网 孔 中 挤 出 离 浆 现 象 十 分 普 遍, 如 糨 糊 干 酪 素 果 浆 等 脱 液 收 缩, 馒 头 变 硬, 细 胞 老 化 失 水, 老 年 人 皮 肤 变 皱 等 都 属 于 离 浆 现 象 人 体 的 肌 肉 脏 器 细 胞 膜 皮 肤 及 毛 发 指 甲 软 骨 等 都 可 看 作 凝 胶, 人 体 中 约 占 体 重 2 /3 的 水, 也 是 基 本 上 保 存 在 凝 胶 里 面 由 于 凝 胶 处 于 溶 液 和 固 体 高 分 子 的 中 间 状 态, 一 方 面 具 有 一 定 强 度 维 持 形 态, 另 一 方 面 可 以 让 许 多 物 质 在 其 中 进 行 物 质 交 换, 凝 胶 对 于 生 命 现 象 及 其 作 用 是 十 分 重 要 的 3.6 表 面 活 性 剂 和 乳 状 液 3.6.1 表 面 活 性 剂 1. 表 面 活 性 剂 结 构 表 面 活 性 剂 又 称 为 表 面 活 性 物 质, 这 类 物 质 均 具 有 不 对 称 的 结 构, 由 亲 水 性 的 极 性 基 团 和 亲 油 性 的 非 极 性 基 团 构 成 亲 水 基 团 是 指 电 负 性 较 大 的 一 些 原 子 或 原 子 团, 与 水 有 较 强 的 亲 和 力 或 容 易 与 水 键 合, 如 OH NH 2 SH COOH COONa SO 3 Na 等 ; 亲 油 基 团 多 为 有 机 碳 氢 链, 对 非 极 性 物 质 有 较 强 的 亲 和 力 如 脂 肪 酸 钠 ( RCOONa), 其 中 R 是 碳 氢 链, 为 亲 油 基 团 表 面 活 性 剂 ( 脂 肪 酸 钠 ) 的 结 构 如 图 1-3-12 所 示 2. 表 面 活 性 剂 在 溶 剂 中 的 状 态 以 肥 皂 ( 脂 肪 酸 盐 ) 为 例, 当 它 溶 入 水 中 时, 亲 水 的 羧 基 受 极 性 水 分 子 的 吸 引 进 入 水 中, 而 亲 油 基 团 ( 疏 水 基 ) 的 烃 基 端 受 水 分 子 的 排 斥 则 力 图 离 开 水 相 若 水 中 的 肥 皂 量 不 大 时, 它 主 要 集 中 在 水 的 表 面 上, 并 逐 渐 定 向 排 列 起 来, 构 成 单 分 子 吸 附 层 ( 表 面 膜 ) 若 继 续 增 加 表 面 活 性 剂 的 浓 度, 表 面 活 性 剂 分 子 则 聚 于 溶 液 内 部, 互 相 把 非 极 性 基 团 ( 疏 水 基 ) 靠 在 一 起, 形 成 极 性 基 团
48 情 境 3 分 散 系 统 图 1-3-12 表 面 活 性 剂 ( 脂 肪 酸 钠 ) 的 结 构 朝 向 水 相, 非 极 性 基 团 在 内 的 直 径 在 胶 体 分 散 相 大 小 范 围 的 缔 合 体 这 种 存 在 于 溶 液 内 部 的 表 面 活 性 分 子 聚 合 体 称 为 胶 束 由 于 胶 束 的 形 成 减 少 了 疏 水 基 与 水 的 接 触 面 积, 从 而 使 系 统 稳 定 图 1-3-13 为 表 面 活 性 剂 在 溶 剂 中 的 不 同 分 布 状 态 图 1-3-13 表 面 活 性 剂 在 溶 剂 中 的 不 同 分 布 状 态 开 始 形 成 胶 束 时 表 面 活 性 剂 的 最 低 浓 度 称 为 临 界 胶 束 浓 度 ( critical micelle concentration, 4 CMC) 临 界 胶 束 浓 度 约 为 饱 和 吸 附 浓 度 的 3 当 表 面 活 性 剂 的 浓 度 达 到 或 超 过 CMC 时, 单 个 表 面 活 性 剂 的 浓 度 不 再 增 加, 而 只 增 加 胶 束 的 浓 度, 由 于 胶 束 的 形 成 使 表 面 活 性 剂 失 去 了 表 面 活 性, 因 此 对 溶 液 理 化 性 质 的 影 响 表 现 出 胶 束 与 单 个 表 面 活 性 剂 的 不 同 差 异 3. 表 面 活 性 剂 的 种 类 根 据 表 面 活 性 剂 的 离 子 性 和 相 对 分 子 质 量 以 及 元 素 的 不 同, 表 面 活 性 剂 可 分 为 以 下 几 类 : 表 面 活 性 剂 非 离 子 型 表 面 活 性 剂 阴 离 子 型 表 面 活 性 剂 离 子 型 表 面 活 性 剂 阳 离 子 型 表 面 活 性 剂 两 性 离 子 表 面 活 性 剂 有 机 氟 表 面 活 性 剂 特 殊 表 面 活 性 剂 有 机 硅 表 面 活 性 剂 有 机 磷 表 面 活 性 剂 阴 离 子 型 表 面 活 性 剂 非 离 子 型 表 面 活 性 剂 高 分 子 表 面 活 性 剂 两 性 离 子 表 面 活 性 剂 阳 离 子 型 表 面 活 性 剂
3.6 表 面 活 性 剂 和 乳 状 液 49 其 中 在 医 药 学 中 已 得 到 普 遍 应 用 的 是 以 下 四 类 : (1) 阳 离 子 型 表 面 活 性 剂 起 表 面 活 性 作 用 的 部 分 是 阳 离 子, 又 称 阳 性 皂 常 用 品 种 有 苯 扎 溴 铵 ( 新 洁 尔 灭 ) 苯 扎 氯 铵 ( 洁 尔 灭 ) 度 米 芬 等 其 特 点 是 水 溶 性 大, 毒 性 较 大, 具 有 良 好 的 表 面 活 性 作 用 和 很 强 的 杀 菌 能 力, 药 剂 中 常 用 作 杀 菌 剂 (2) 阴 离 子 型 表 面 活 性 剂 起 表 面 活 性 作 用 的 是 带 负 电 荷 的 阴 离 子 部 分, 包 括 : 高 级 脂 肪 酸 盐, 如 一 价 碱 金 属 皂 二 价 碱 土 金 属 皂 和 有 机 胺 皂 等 ; 硫 酸 化 物, 如 硫 酸 化 蓖 麻 油 ( 俗 称 土 耳 其 红 油 ) 十 二 烷 基 硫 酸 钠 ( 又 称 月 桂 醇 硫 酸 钠 ) 等 ; 磺 酸 化 物, 如 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠 等 另 外, 甘 胆 酸 钠 牛 磺 胆 酸 钠 等 胆 酸 盐 也 属 此 类, 它 们 可 用 作 增 溶 剂 乳 化 剂 等 (3) 两 性 离 子 表 面 活 性 剂 分 子 结 构 中 同 时 含 有 正 电 性 和 负 电 性 的 亲 水 基 团, 如 豆 磷 脂 和 卵 磷 脂, 是 制 备 静 脉 注 射 脂 肪 乳 剂 的 乳 化 剂, 也 是 制 备 脂 质 微 粒 制 剂 的 主 要 辅 料 (4) 非 离 子 型 表 面 活 性 剂 此 类 表 面 活 性 剂 在 水 中 不 解 离 如 单 脂 肪 酸 甘 油 酯 蔗 糖 酯 司 盘 泊 洛 沙 姆 等 这 类 活 性 剂 化 学 性 质 稳 定, 不 受 电 解 质 的 影 响, 毒 性 刺 激 性 小, 广 泛 用 于 外 用 内 服 制 剂 和 注 射 剂, 个 别 品 种 用 于 静 脉 注 射 剂, 如 泊 洛 沙 姆 F68 另 外, 还 有 一 些 水 溶 性 高 分 子 表 面 活 性 剂, 如 海 藻 酸 钠 甲 基 纤 维 素 聚 乙 烯 醇 聚 乙 二 醇 等 高 分 子 活 性 剂, 亲 水 性 强 黏 度 大 乳 化 力 较 强, 在 药 剂 生 产 中 应 用 也 十 分 广 泛 4. 表 面 活 性 剂 在 医 药 上 的 应 用 表 面 活 性 物 质 在 生 命 科 学 中 有 重 要 意 义 如 构 成 细 胞 膜 的 脂 类 ( 磷 脂 糖 脂 等 ) 以 及 由 胆 囊 分 泌 的 胆 汁 酸 盐 都 是 表 面 活 性 物 质 在 医 药 上 除 一 部 分 具 有 药 理 作 用 的 活 性 剂 可 直 接 用 于 消 毒 杀 菌 防 腐 之 外, 活 性 剂 还 常 用 于 油 的 乳 化 难 溶 药 物 的 增 溶 混 悬 液 的 分 散 与 助 悬, 具 有 增 加 药 物 的 稳 定 性 促 进 药 物 的 吸 收 固 体 表 面 的 润 湿 起 泡 与 消 泡 去 垢 等 作 用 如 在 药 物 制 剂 中 用 作 片 剂 的 崩 解 剂 润 滑 剂 ; 混 悬 液 中 的 助 悬 剂 分 散 剂, 软 膏 剂 中 的 透 皮 促 进 剂 ; 固 体 分 散 体 中 的 药 物 载 体 等 表 面 活 性 剂 在 外 用 药 ( 软 膏 洗 剂 眼 膏 眼 药 水 等 ) 中 的 应 用, 有 促 使 药 物 增 溶 和 吸 收 的 作 用 ; 用 于 外 用 医 药 的 乳 状 液 或 软 膏 基 质, 有 利 于 药 物 在 水 相 或 油 相 的 溶 解, 制 成 外 观 美 显 效 快 易 洗 涤 毒 性 低 性 质 稳 定 的 优 良 乳 状 软 膏 因 此 表 面 活 性 剂 几 乎 涉 及 药 剂 生 产 中 的 各 个 方 面, 使 用 得 当 有 利 于 提 高 药 物 制 剂 的 产 品 质 量 和 使 用 效 果 3.6.2 乳 状 液 1. 乳 状 液 的 概 念 液 体 以 极 小 的 液 滴 形 式 分 散 在 另 一 种 与 其 不 相 混 溶 的 液 体 中 所 形 成 具 有 一 定 稳 定 性 的 分 散 体 系, 称 为 乳 状 液 通 常 被 分 散 成 液 滴 的 相 称 为 内 相 ( 亦 称 分 散 相 或 分 散 质 ), 而 作 为 分 散 介 质 的 连 续 相 称 为 外 相 乳 状 液 中 液 滴 的 直 径 一 般 在 100 nm 以 上, 属 于 粗 分 散 系 统 这 种 分 散 体 系 具 有 很 大 的 界 面, 体 系 处 于 不 稳 定 状 态, 为 使 乳 状 液 稳 定 必 须 加 入 第 三 种 物 质 乳 化 剂, 乳 化 剂 使 乳 状 液 稳 定 的 作 用 称 为 乳 化 作 用 常 用 的 乳 化 剂 是 表 面 活 性 物 质 2. 乳 状 液 的 分 类 在 乳 状 液 中, 一 切 不 溶 于 水 的 有 机 液 体 ( 如 苯 四 氯 化 碳 原 油 等 ) 统 称 为 油, 水 和 油 是 乳
50 情 境 3 分 散 系 统 状 液 的 主 体 水 与 油 可 以 形 成 两 种 不 同 类 型 的 乳 状 液, 一 种 是 以 极 性 小 的 有 机 物 ( 油 ) 分 散 到 极 性 大 的 水 中 形 成 的 分 散 体 系, 称 为 水 包 油 型, 用 O /W 表 示 ; 另 一 种 是 以 极 性 大 的 水 分 散 到 极 性 小 的 油 中 形 成 的 分 散 体 系 称 为 油 包 水 型, 用 W /O 表 示 见 图 1-3 -14 如 牛 奶 是 O /W 型 乳 状 液, 原 油 是 W /O 型 乳 状 液 图 1-3-14 两 种 不 同 类 型 的 乳 状 液 乳 状 液 的 类 型 主 要 取 决 于 乳 化 剂, 一 般, 亲 水 性 强 的 乳 化 剂 易 形 成 W /O 型 乳 状 液, 而 亲 油 性 强 的 乳 化 剂 易 形 成 O /W 型 乳 状 液 乳 状 液 的 类 型 从 外 观 难 以 区 分, 常 用 染 色 法 或 稀 释 法 来 鉴 别 染 色 法 是 将 少 量 的 油 溶 性 染 料 加 入 乳 状 液 中, 轻 轻 振 摇 后, 置 于 显 微 镜 下 观 察, 如 整 个 乳 状 液 呈 染 料 颜 色, 则 为 W /O 型 乳 状 液 ; 如 果 只 见 分 散 相 液 滴 呈 染 料 颜 色, 则 为 O /W 型 乳 状 液 稀 释 法 是 将 少 量 乳 状 液 置 于 洁 净 的 玻 璃 片 上, 然 后 滴 加 水, 能 与 水 混 溶 的 为 O /W 型 乳 状 液 ; 反 之 则 为 W /O 型 乳 状 液 乳 状 液 中 的 表 面 活 性 剂, 亲 水 基 团 总 是 朝 向 水 相, 亲 油 基 团 则 朝 向 油 相, 即 在 细 小 的 液 滴 周 围 形 成 一 层 保 护 膜, 使 乳 状 液 得 以 稳 定 3. 乳 状 液 和 乳 化 作 用 在 医 学 上 的 意 义 在 医 药 卫 生 实 践 和 日 常 生 活 中 常 遇 到 乳 状 液, 如 雪 花 膏 洗 面 奶 食 用 乳 汁 以 及 药 用 的 鱼 肝 油 乳 剂 临 床 上 用 的 脂 肪 乳 剂 输 液 等 都 是 各 种 形 式 的 乳 状 液 食 用 的 油 脂 在 体 内 的 消 化 吸 收 过 程 中, 依 赖 于 胆 汁 中 胆 汁 酸 盐 的 乳 化 作 用, 使 之 成 为 极 小 的 乳 滴, 以 增 加 其 与 消 化 液 中 酶 的 接 触 面, 这 不 仅 加 速 消 化 油 脂 的 水 解 反 应, 而 且 使 水 解 产 物 易 被 小 肠 吸 收 药 用 油 类 常 需 乳 化 后 才 能 作 为 内 服 药, 如 鱼 肝 油 乳 剂, 其 目 的 是 便 于 吸 收 和 尽 量 避 免 扰 乱 胃 肠 功 能, 口 服 时 无 腥 味, 且 剂 量 准 确, 服 用 方 便 此 外, 为 了 加 大 用 药 剂 量, 注 射 用 药 剂 通 常 制 成 W /O 型 乳 状 液, 药 物 在 乳 状 液 降 解 时 药 剂 就 缓 慢 地 为 机 体 吸 收, 可 提 高 药 效 ; 消 毒 和 杀 菌 用 的 药 剂 也 常 制 成 乳 状 液, 如 煤 酚 皂 溶 液 ( 来 苏 儿 ), 以 增 加 药 物 和 细 菌 的 接 触 面, 提 高 药 效
情 境 小 结 51 知 识 扩 充 微 乳 两 种 互 不 相 溶 的 液 体 在 表 面 活 性 剂 的 作 用 下, 可 形 成 各 向 同 性 透 明 且 为 均 相 的 分 散 体 系, 称 为 微 乳 状 液 ( 微 乳 ) 形 成 微 乳 时, 除 了 油 相 水 相 乳 化 剂 外, 还 需 加 入 助 表 面 活 性 剂 ( 助 表 面 活 性 剂 是 一 些 中 等 链 长 的 极 性 有 机 物 ) 微 乳 分 散 相 液 滴 的 大 小 一 般 在 10 ~80 nm 范 围, 比 一 般 的 乳 状 液 分 散 相 液 滴 小, 比 胶 束 ( 球 形 胶 束 粒 子 直 径 在 3 nm 左 右 ) 大, 因 而 兼 有 乳 状 液 和 胶 束 的 性 质 微 乳 一 般 也 有 O /W 型 和 W /O 型 两 种 类 型 由 于 微 乳 具 有 液 滴 均 匀 细 小 稳 定 性 很 高, 同 时 微 乳 具 有 很 大 的 表 面 积, 液 滴 易 变 形 且 渗 透 能 力 强, 对 油 和 水 均 有 很 大 的 增 溶 能 力 等 特 性, 近 年 来 在 医 药 学 领 域 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 (1) 微 乳 易 于 润 湿 皮 肤 与 角 质 层 作 用, 增 加 药 物 透 皮 扩 散 速 度, 可 以 促 使 药 物 加 快 吸 收 进 入 体 循 环 如 以 胰 岛 素 为 模 型 的 药 物 制 成 微 乳, 经 皮 吸 收 量 可 达 剂 量 的 50% ~80% (2) 利 用 微 乳 粒 径 小 的 特 性, 将 药 物 包 裹 在 微 乳 小 颗 粒 中 制 成 液 体 状 的 药 物, 通 过 注 射 或 者 内 服, 使 药 物 进 入 人 体 微 乳 的 高 稳 定 性 可 以 使 包 裹 的 药 物 保 质 期 延 长, 并 且 易 于 扩 散 和 吸 收, 能 提 高 药 效 减 少 副 作 用 例 如, 微 乳 液 膜 包 裹 的 口 服 胃 蛋 白 酶, 由 于 其 粒 径 小, 大 大 降 低 了 患 者 的 不 良 反 应 (3) 微 乳 能 增 大 难 溶 性 药 物 的 溶 解 性, 提 高 易 水 解 药 物 的 稳 定 性, 也 可 用 作 缓 释 给 药 系 统 或 是 靶 向 给 药 系 统 例 如, 环 孢 素 A 是 一 种 免 疫 制 剂, 既 不 溶 于 水 也 不 溶 于 油, 口 服 难 以 吸 收 将 其 制 成 O /W 型 微 乳 软 胶 囊, 生 物 利 用 度 提 高 了 170% ~233% (4) 微 乳 具 有 分 散 性 好 分 散 相 粒 子 小 等 特 点, 使 其 在 超 声 造 影 剂 ( UCA) 技 术 方 面, 能 够 大 大 增 强 超 声 检 测 信 号 例 如, 气 液 相 变 型 超 声 造 影 ( 微 乳 ) 剂 的 分 散 相 粒 子 可 以 达 到 10 ~100 nm, 并 具 有 能 被 长 期 保 存 等 特 点, 若 将 一 类 沸 点 低 于 人 体 正 常 体 温 的 物 质 制 成 微 乳, 当 这 类 微 乳 注 入 人 体 后, 由 于 人 体 温 度 高 于 其 沸 点, 就 会 从 非 致 声 的 小 液 滴 转 变 为 强 致 声 的 微 泡, 因 而 具 有 稳 定 强 致 声, 并 能 通 过 外 周 静 脉 实 现 心 肌 灌 注 及 脉 管 多 普 勒 ( Doppler) 增 强 效 应 情 境 小 结 1. 知 识 系 统 网 络
52 情 境 3 分 散 系 统
目 标 检 测 53 2. 学 习 方 法 概 要 分 散 系 的 基 本 知 识 在 化 学 及 专 业 课 程 的 学 习 和 实 践 中 都 具 有 重 要 意 义 学 习 时 首 先 明 确 分 散 系 的 概 念 及 分 类 方 法, 在 此 基 础 上 理 解 不 同 分 散 系 在 性 质 上 差 异 的 原 因 学 习 溶 液 浓 度 时, 要 明 确 不 同 表 示 方 法 的 意 义, 学 会 相 互 间 的 换 算, 并 能 将 所 学 理 论 知 识 应 用 于 溶 液 的 配 制 稀 释 等 实 践 操 作 中 学 习 稀 溶 液 的 依 数 性 时, 要 理 解 相 关 依 数 性 与 溶 质 质 点 数 之 间 的 关 系, 特 别 是 渗 透 在 医 学 上 的 意 义 学 习 溶 胶 表 面 活 性 剂 与 乳 状 液 时, 要 真 正 建 立 起 组 成 结 构 基 本 特 征 基 本 性 质 稳 定 与 聚 沉 应 用 之 间 的 联 系 目 标 检 测 一 选 择 题 1. 分 散 相 粒 子 大 小 为 1 ~100 nm 的 分 散 系 为 ( ) A. 氯 化 钠 水 溶 液 B. 豆 浆 C. 阿 莫 西 林 混 悬 液 D. 碘 化 银 溶 胶 2. 配 制 500 ml 0.10 mol L -1 NaOH 溶 液, 需 要 称 取 固 体 NaOH 的 质 量 是 ( ) A.2 g B.20 mg C.4 g D.40 mg 3. 下 列 与 人 体 血 浆 不 是 等 渗 溶 液 的 是 ( ) A.1L 溶 液 中 含 有 NaCl 9 g B.1L 溶 液 中 含 有 NaHCO 3 12.5 g C.1L 溶 液 中 含 有 乳 酸 钠 18.7 g D.1L 溶 液 中 含 有 葡 萄 糖 100 g 4. 溶 胶 有 三 个 基 本 特 性, 下 列 不 属 于 其 中 的 是 ( ) A. 多 相 性 B. 分 散 性 C. 聚 结 不 稳 定 性 D. 动 力 稳 定 性 5. 室 温 下 0.1 mol L -1 的 葡 萄 糖 溶 液 的 渗 透 压 接 近 于 ( ) A.25 kpa B.101.3 kpa C.8 314Pa D.250 kpa 二 判 断 题 1. 配 制 溶 液 时, 必 须 用 分 析 天 平 和 容 量 瓶 ( ) 2. 稀 溶 液 的 凝 固 点 一 定 下 降, 沸 点 一 定 上 升 ( ) 3. 医 学 上 所 指 的 溶 液, 就 是 指 渗 透 压 相 等 的 溶 液 ( ) 4. 乳 状 液 必 须 有 乳 化 剂 才 能 稳 定 存 在 ( ) 5. 溶 胶 是 亲 液 胶 体, 高 分 子 化 合 物 溶 液 是 憎 液 胶 体 ( ) 三 填 空 题 1. 从 下 列 选 项 中 选 择 适 当 的 字 母 填 空 (A) 渗 析 (B) 聚 沉 (C) 凝 胶 (D) 布 朗 运 动 (E) 电 泳 (F) 丁 铎 尔 现 象 (1) Fe(OH) 3 胶 体 呈 红 褐 色, 插 入 两 个 电 极, 通 直 流 电 一 段 时 间, 阴 极 附 近 的 颜 色 逐 渐 变 深, 这 种 现 象 叫 ; (2) 强 光 通 过 Fe(OH) 3 胶 体, 可 看 到 光 带, 这 种 现 象 叫 ; (3) 淀 粉 和 食 盐 的 混 合 液 放 在 半 透 膜 中, 并 把 它 悬 挂 在 盛 有 蒸 馏 水 的 烧 杯 里, 从 而 使 淀 粉 与 NaCl 分 离, 这 种 方 法 叫 ; (4) Fe(OH) 3 胶 体 加 入 硅 酸 胶 体, 胶 体 变 得 浑 浊, 这 是 发 生 了 2. 促 使 溶 胶 稳 定 存 在 的 三 种 原 因 是 和 3. 乳 状 液 是 指, 其 基 本 类 型 可 分 为 型 和 型, 其 符 号 分 别 为 与 4. 表 面 活 性 剂 是 指, 在 医 药 学 中 应 用 较 多 的 有
54 情 境 3 分 散 系 统 四 计 算 题 等 四 类 1. 某 患 者 需 要 补 0.2 mol 葡 萄 糖, 应 补 多 少 毫 升 50 g L -1 的 葡 萄 糖 溶 液? 2. 试 计 算 5 g L -1 葡 萄 糖 溶 液 和 10 g L -1 氯 化 钠 溶 液 在 37 时 的 渗 透 压, 并 进 行 简 要 分 析 五 简 答 题 1. 临 床 上 给 病 人 大 量 输 液 时, 为 什 么 要 用 等 渗 溶 液? 2. 蛙 肌 细 胞 内 液 的 渗 透 浓 度 为 240 mmol L -1, 若 将 蛙 肌 细 胞 分 别 置 于 5.0 g L -1 7.0 g L -1 12.0 g L -1 的 氯 化 钠 溶 液 中, 将 各 呈 什 么 形 态?