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Fe(OH)■ 膠體電泳實(shí)驗(yàn)的研究與討論

2015-09-10 07:22周薇薇趙旺王鳳武魏亦軍
考試周刊 2015年3期

周薇薇 趙旺 王鳳武 魏亦軍

摘??? 要: Fe(OH)■溶膠電泳是高校很重要的一個(gè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn),但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng),而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有很多因素易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。文章對(duì)Fe(OH)■溶膠電泳實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐研究,分別從如何安排實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)等諸多方面入手,提出很多可以縮短試驗(yàn)時(shí)間、提高實(shí)驗(yàn)效率的方法,旨在幫助學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)盡快完成,在最短時(shí)間里獲得更大的實(shí)驗(yàn)收獲,認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的獲益,提高學(xué)生主動(dòng)思考的積極性。

關(guān)鍵詞: Fe(OH)■溶膠電泳??? 半透膜袋??? 滲析純化

1.引言

Fe(OH)■膠體電泳實(shí)驗(yàn)是高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。Fe(OH)■溶膠制備簡(jiǎn)單、顏色鮮艷、穩(wěn)定性好,但是溶膠電泳受到很多因素的影響,如膠體中膠粒的形狀、表面電荷數(shù)量、溶劑中電解質(zhì)的種類(lèi)、例子強(qiáng)度、pH值、溫度和所加電壓等[1]-[3]。按照實(shí)驗(yàn)教材指導(dǎo),所用溶膠需要經(jīng)過(guò)滲析純化才能使用,但是滲析純化用的半透膜袋在使用過(guò)程中很易破裂,袋子如果做的太厚會(huì)影響滲析效果,并且滲析純化的時(shí)間很長(zhǎng),將影響實(shí)驗(yàn)效率,針對(duì)這些導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效率低,甚至失敗的原因,我們?cè)谖锢砘瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中仔細(xì)研究、耐心探討,找到可以提高實(shí)驗(yàn)效率和實(shí)驗(yàn)成功率的方法。

2.巧妙安排實(shí)驗(yàn)步驟,節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間

在Fe(OH)■膠體電泳實(shí)驗(yàn)中,我們巧妙安排實(shí)驗(yàn)步驟,節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間,提高實(shí)驗(yàn)效率。主要從兩個(gè)途徑實(shí)施:

2.1通過(guò)巧妙調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)講解時(shí)間,提高實(shí)驗(yàn)效率。在眾多物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,F(xiàn)e(OH)■膠體電泳實(shí)驗(yàn)是一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟相對(duì)繁多的物化實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)的主要步驟包括溶膠的制備、溶膠的降溫、半透膜袋子的制備、膠體的純化、溶膠再次降溫并測(cè)定電導(dǎo)率、輔助液的制備及最后的膠體電泳,大的步驟就有七步之多,非常繁瑣。做這樣復(fù)雜的實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的講解有很高的要求。即使學(xué)生仔細(xì)預(yù)習(xí)了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)老師在講解的時(shí)候也要面面俱到。從溶膠的制備,到半透膜袋子的制備,到溶膠的純化,再到輔助液的制備,最后才是膠體的電泳,每一個(gè)步驟的操作,每一個(gè)步驟中的注意事項(xiàng),每一個(gè)步驟中需要特別小心的地方都要講到,一旦有一個(gè)地方?jīng)]講到,學(xué)生實(shí)驗(yàn)就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)從頭再來(lái);而一旦實(shí)驗(yàn)從頭再來(lái),更浪費(fèi)實(shí)時(shí)間。按照這種面面俱到的講法,膠體電泳實(shí)驗(yàn)的講解時(shí)間至少需要50分鐘,這個(gè)50分鐘是建立在實(shí)驗(yàn)原理沒(méi)有占用太多時(shí)間的基礎(chǔ)之上的;如果實(shí)驗(yàn)原理要認(rèn)真講解的話(huà),大概需要60分鐘左右。假設(shè)每次實(shí)驗(yàn)講解都占用一個(gè)小時(shí)的話(huà),等講解完成,學(xué)生再實(shí)踐實(shí)驗(yàn),制備溶膠需要30分鐘,制備滲析袋需要30分鐘,滲析純化需要60分鐘,膠體電泳的準(zhǔn)備和電泳需要60分鐘,如果中間不出現(xiàn)大的問(wèn)題的話(huà),大概需要3個(gè)小時(shí)的實(shí)踐才能完成實(shí)驗(yàn)。加上最初的講解時(shí)間,一共需要4個(gè)小時(shí)。這還是在實(shí)驗(yàn)順利,不出現(xiàn)大的意外的前提之下。4個(gè)小時(shí)的時(shí)間對(duì)于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)而言,實(shí)在是一個(gè)時(shí)間很長(zhǎng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn),而且中間有一個(gè)小時(shí)左右是在漫長(zhǎng)等待中度過(guò)的,白白浪費(fèi)了。

如何統(tǒng)籌安排好實(shí)驗(yàn)步驟,不至于使大部分時(shí)間浪費(fèi)掉呢?我們可以把實(shí)驗(yàn)步驟稍微調(diào)換一下。我們?cè)谧钕鹊膶?shí)驗(yàn)講解中可以先只講解第一步膠體的制備,第二步半透膜袋子的制備,這兩個(gè)步驟講完之后,讓學(xué)生開(kāi)始這兩步實(shí)驗(yàn)操作,等學(xué)生做好這兩步之后,開(kāi)始Fe(OH)■溶膠的滲析純化,也就是開(kāi)始漫長(zhǎng)的一個(gè)小時(shí)的等待。在這一個(gè)小時(shí)的等待時(shí)間中,學(xué)生只要10分鐘換一次滲析純化的水就可以了,這個(gè)時(shí)間是白白浪費(fèi)掉的,可是我們可以在這一個(gè)小時(shí)的時(shí)間里講解剩余的步驟,這樣就可以把這些本來(lái)浪費(fèi)掉的時(shí)間利用起來(lái)。在這一個(gè)小時(shí)左右的時(shí)間中,詳細(xì)地把剩余實(shí)驗(yàn)步驟面面俱到地講好,不但可以充分利用時(shí)間,而且有另一個(gè)好處:將實(shí)驗(yàn)步驟的講解分成了兩份,這樣使繁瑣的步驟分成兩部分:學(xué)生不需要一下子記憶那么多實(shí)驗(yàn)步驟,將步驟分成兩次講解,兩部分操作,這樣可以將負(fù)擔(dān)減半,出錯(cuò)概率會(huì)大大降低,實(shí)驗(yàn)成功率大大提高。

2.2前輪實(shí)驗(yàn)制備溶膠,后輪實(shí)驗(yàn)?zāi)z體電泳,避免滲析純化中的大段時(shí)間等待。Fe(OH)■溶膠電泳實(shí)驗(yàn)中最浪費(fèi)時(shí)間的就是滲析純化這一步了。雖然實(shí)驗(yàn)教材上寫(xiě)的是進(jìn)行5次滲析純化,但是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中一般安排滲析純化6次??墒且?yàn)閷W(xué)生第一次制備半透膜袋子,袋子做得普遍較厚,厚度大的半透膜袋子會(huì)影響滲析純化的效果,而如果純化效果不好,就會(huì)影響后面的電泳實(shí)驗(yàn)效果。6次純化會(huì)占用一個(gè)小時(shí)的時(shí)間。純化完結(jié)后,還要降到室溫,以進(jìn)行膠體電泳,這個(gè)降溫時(shí)間并沒(méi)有算到純化的60分鐘里面,還需要另外加時(shí)。所以在一個(gè)小時(shí)的純化時(shí)間與將近30分鐘的降溫時(shí)間中,學(xué)生是沒(méi)有事情可以做的,就是純粹等待。在這段時(shí)間內(nèi),也沒(méi)有辦法準(zhǔn)備后面的實(shí)驗(yàn),因?yàn)楹竺鎸?shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作是建立在膠體純化結(jié)束、降溫結(jié)束的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。

所以只要把這將近一個(gè)半小時(shí)的時(shí)間節(jié)約出來(lái),就能節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間,提高實(shí)驗(yàn)效率。而我們的辦法是:前輪實(shí)驗(yàn)制備溶膠,后輪實(shí)驗(yàn)?zāi)z體電泳。

如果按照教材中正常的實(shí)驗(yàn)步驟操作的話(huà),學(xué)生應(yīng)該是自己制備溶膠,然后純化,再用自己的溶膠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電泳。這是正常的實(shí)驗(yàn)步驟??墒沁@樣操作的話(huà),就必須等待一個(gè)半小時(shí)左右,實(shí)驗(yàn)效率很低。而我們可以將實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行分解,分開(kāi)操作。具體是這樣實(shí)施的:學(xué)期第一次實(shí)驗(yàn)之前,由實(shí)驗(yàn)老師準(zhǔn)備好溶膠,這個(gè)溶膠是已經(jīng)進(jìn)行了滲析純化,并且已經(jīng)降溫到室溫的膠體。第一組做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生前面幾步按照正常步驟進(jìn)行,先制備溶膠,再制備半透膜袋子,然后開(kāi)始滲析純化;滲析純化開(kāi)始之后,可以不用等待,在滲析純化的60分鐘里,學(xué)生可以用教師提前準(zhǔn)備好的溶膠進(jìn)行最后電泳的準(zhǔn)備工作,并且進(jìn)行膠體電泳(包括測(cè)量溶膠電導(dǎo)率、制備輔助液、進(jìn)行膠體電泳);等電泳結(jié)束的時(shí)候,滲析純化也差不多完成了,兩項(xiàng)基本同時(shí)完成。學(xué)生將自己制備好的溶膠收好,讓膠體子自然降溫。等到進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,膠體早已降溫到室溫,就可以給下一組同學(xué)進(jìn)行膠體電泳使用。就這樣依次輪流下去,第二組用第一組制備的溶膠進(jìn)行電泳,并同時(shí)制備膠體給第三組電泳使用;而第三組用第二組制備的溶膠進(jìn)行電泳,并同時(shí)制備膠體給第四組電泳使用,依次類(lèi)推,直到最后實(shí)驗(yàn)課結(jié)束。

這種“前輪實(shí)驗(yàn)制備溶膠,后輪實(shí)驗(yàn)進(jìn)行膠體電泳”的操作方式的最大好處,就是在保證學(xué)生每一個(gè)步驟都完成、進(jìn)行操作過(guò)的前提之下,不用等待滲析純化的一個(gè)半小時(shí),學(xué)生既沒(méi)有偷工減料地進(jìn)行實(shí)驗(yàn),又不用浪費(fèi)自己的寶貴時(shí)間,還獲得一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,兩全其美。

3.從實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)方面注意,提高實(shí)驗(yàn)效率,節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間

3.1溶膠的制備方面。在第一步的溶膠制備過(guò)程中,用可以加熱的磁力攪拌器代替人工的手動(dòng)攪拌,用滴液漏斗代替人工滴加FeCl■溶液,不需要學(xué)生一直盯著,可以騰出人手進(jìn)行下一步操作——滲析袋的制備,這樣就可以?xún)刹酵瑫r(shí)進(jìn)行,大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

3.2滲析袋的制備方面。滲析袋的制備是膠體電泳實(shí)驗(yàn)中一個(gè)比較難的步驟。有很大一部分學(xué)生不能第一次就制備出適用于實(shí)驗(yàn)的半透膜袋子。做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生因?yàn)樽龃硬豁樌?,有的甚至做了七八個(gè)袋子依然不成功,實(shí)驗(yàn)時(shí)間都浪費(fèi)在這個(gè)中間環(huán)節(jié)上。另外,因?yàn)槭鞘状芜M(jìn)行這種半透膜袋子的制備,有的學(xué)生即使勉強(qiáng)制好了袋子,也做得很厚,厚度大的袋子滲析效果不好,而沒(méi)有好的滲析效果,最后膠體電泳的效果就不好。所以,迅速制備出好的半透膜袋子是膠體電泳實(shí)驗(yàn)中非常重要的一個(gè)關(guān)鍵性步驟。

半透膜袋子的制備過(guò)程中有幾個(gè)應(yīng)該注意的地方:(1)僅僅憑借單調(diào)的講解,首次制備的學(xué)生一般不能一下子掌握好制備技巧。如果在講解過(guò)程中不能一邊講解一邊演示的話(huà),學(xué)生會(huì)更一頭霧水。因此教師講解這一部分的時(shí)候,一定要邊講解、邊演示。這樣學(xué)生才能在最短時(shí)間內(nèi)掌握制備技巧,才能大大提高制備成功率。(2)做半透膜袋子的時(shí)候一定要注意錐形瓶的情況,做袋子用的錐形瓶必須是干凈、干燥的。這個(gè)方面一定要嚴(yán)格要求,不能有一點(diǎn)馬虎,如果瓶子里有一點(diǎn)水,或者有一點(diǎn)臟的東西,都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗;另外還有一點(diǎn),如果臨時(shí)烘干錐形瓶制備半透膜袋子,瓶子必須降到室溫才可以用,因?yàn)楦邷氐钠勘跁?huì)致使火棉膠中的乙醚揮發(fā)太快而產(chǎn)生氣泡,而氣泡在制備過(guò)程中如果破了的話(huà),制備好的袋子就是一個(gè)破的袋子。(3)在錐形瓶中適量多加火棉膠,加到100~150mL,這樣可以一定程度地避免遺漏,避免錐形瓶中有未被鋪到火棉膠液膜的地方。但要注意,如果這樣操作的話(huà),在制備半透膜袋子的過(guò)程中,多余的火棉膠一定要回收。因?yàn)橛脕?lái)制備的錐形瓶是干凈、干燥的,多余的火棉膠一定可以回收,否則太浪費(fèi)。(4)在制備半透膜袋子的過(guò)程中,要在錐形瓶壁上連續(xù)滾動(dòng)兩次,進(jìn)行兩次火棉膠液膜鋪展。實(shí)踐證明,這樣可以有效避免遺漏,大大提高一次成功幾率。

3.3溶膠降溫過(guò)程需要等待,這個(gè)時(shí)間也是白白浪費(fèi)的,尤其是滲析純化結(jié)束后的那次降溫,必須降到室溫,降到去離子水的溫度。這次降溫時(shí),最好選擇自然降溫,我們可以將溶膠分成多份,分開(kāi)降溫,這樣可以加快降溫速度。

3.結(jié)語(yǔ)

Fe(OH)■膠體電泳實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要的高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn),此實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單有趣、操作簡(jiǎn)易,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,并且非常考察學(xué)生的動(dòng)手能力,是一個(gè)非常值得師生深入研究并且動(dòng)手操作的高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)。但是由于實(shí)驗(yàn)本身的特點(diǎn),致使實(shí)驗(yàn)時(shí)間特別長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有很長(zhǎng)時(shí)間是在空白等待,實(shí)驗(yàn)效率大大降低;另外,半透膜袋子的制作也是一個(gè)頭疼的問(wèn)題,制作過(guò)程中極易出現(xiàn)問(wèn)題,導(dǎo)致制備滲析袋的時(shí)間變長(zhǎng),甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)在其他步驟出錯(cuò)從頭再來(lái)。為了防止這些問(wèn)題對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的干擾,我們從實(shí)驗(yàn)步驟的巧妙安排、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)及其他幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)地討論,以最大限度地提高膠體電泳實(shí)驗(yàn)效率和成功率,增強(qiáng)教學(xué)效果,從而使學(xué)生受益。

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基金項(xiàng)目:本文系“淮南師范學(xué)院校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目(2012hsjy13、2013hsjyxm26)”與“安徽省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目(2014jyxm312)”的研究成果。

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