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本课件从高度分散系统讲起，依次介绍溶胶的动力学、光学与电学性质、胶粒带电原因与胶团结构、溶胶的稳定性与聚沉，随后讲解高分子化合物溶液与凝胶，并系统说明表面活性剂、乳状液的类型与乳化作用及其在医药中的应用。
第五章 胶体和乳状液
第一节 胶体——高度分散系统
胶体(colloid)分散系在自然界普遍存在，人体就是由各种粗分散系、胶体（溶胶以及高分子溶液）、分子离子分散系组成的复杂分散系统。
构成机体组织和细胞的许多基础物质都是胶体物质，如血液、体液、细胞、软骨等都是典型的胶体体系，生物体内所发生的许多生理现象和病理变化都与胶体的性质有着密切的关系。
因此，掌握胶体的基本概念、基本理论对医学生有着极其重要的意义。
俄国化学家韦曼( ) 40多年后对200多种物质进行了实验，实验结果表明，任何物质既可制成晶体也可制成胶体。许多晶体物质在适当的介质中，也能制成具有胶体特征的体系。
例如，把晶体物质NaOH分散在酒精中形成的分散系就具有缓慢扩散、不能通过半透膜等性质。他认为，晶体和胶体并不是不同的两类物质，而是物质的两种不同的存在状态。
现代科学则认为，胶体是粒子大小在1nm~100nm之间高度分散于另一连续相中，形成的分散系(colloidalsystem)。
举例性质分散相粒子分散系类型分散相粒子大小NaCl水溶液、乙醇水溶液等均相、稳定系统；分散相粒子扩散快小分子或离子溶液<1nmFe(OH)3、As2S3溶胶及Au、S等单质溶胶等非均相、亚稳定系统；分散相粒子扩散较慢胶粒（分子、离子、原子聚集体）溶胶胶体分散系1 ~100nm蛋白质、核酸水溶液，橡胶的苯溶液等均相、稳定系统；分散相粒子扩散慢高分子高分子溶液人造血浆、药物微乳制剂等非均相、亚稳定系统；分散相粒子扩散较慢微乳滴微乳液泥浆、乳汁等非均相、不稳定系统；易聚沉或分层粗分散粒子粗分散系（悬浊液、乳浊液）>100nm
胶体是一种高度分散的系统：扩散速度慢，不能透过如羊皮纸一类的半透膜，溶剂蒸发后不结晶，而是形成无定形胶状物的物质。后来证明任何能结晶的物质在一定介质中用适当方法也能形成胶体，扩大了人们对胶体范围的认识。
因此，胶体是物质的一种分散状态的概念，“胶体”的涵义就是高度分散的意思。
第一节 溶胶
溶胶(sol)的分散相是大量原子、离子或分子组成的集合体，在分散相与分散介质之间存在着相界面，因此，溶胶具有高度分散性、多相性和聚结不稳定性的的基本性质。
按照分散介质的不同，溶胶可分为液溶胶、气溶胶和固溶胶。
制备溶胶的方法一般可分为两类：
又如，在生物医学研究中，在HAuCl4溶液中用H2O2（或白磷、抗坏血酸等）作为还原剂，由反应2HAuCl4+ 3H2O2→ 2Au + 8HCl + 3O2制得的金溶胶（金胶粒约5 nm～15 nm，表面带负电荷），可与抗体蛋白结合并保持抗体不丧失活性，形成胶体金标记抗体(immunoglobulin gold)，可方便地在电子显微镜下观察抗原在组织细胞内的分布。
Rayleigh公式I:散射光强度I0:入射光强度N:单位体积中分散:入射光的波长相粒子的数目n1:分散相的折射率n2:分散介质的折射率V:每个分散相粒子的体积
4.分散相与分散介质的折射率相差越大，散射光就越强。
（三）溶胶的电学性质
电泳和电渗都是由于分散相和分散介质作相对运动时产生的电动现象，它不仅具有理论意义，而且具有实际应用价值，电泳技术在氨基酸、多肽、蛋白质及核酸等物质的分离和鉴定方面有广泛的应用。
【例】金溶胶的胶团结构式为[(Au)m·nAuO2－·(n-x)Na+]x－·xNa+胶粒带负电荷，在电场中向正极方向迁移。
【例5-1】利用AgNO3溶液和KI溶液制备AgI溶胶的反应为AgNO3+ KI → AgI + KNO3若将24.0 mL 0.0200mol·L-1的KI溶液和200 mL 0.050 0mol·L-1AgNO3溶液混合，制备AgI溶胶，写出该溶胶的胶团结构式，并判断其在电场中的电泳方向。
【解】加入KI和AgNO3的物质的量分别为n(KI) = 0.020 0 mol·L-1×0.024 0 L= 4.80×10-4moln(AgNO3) = 0.0500mol·L-1×0.200L= 1.00×10-2molAgNO3过量，故AgI胶核吸附过量的Ag+离子而带正电荷，在电场中向负极泳动。
其胶团结构式为[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3-]x+·xNO3-
【例】利用AgNO3溶液和KI溶液制备AgI溶胶。（1）AgNO3过量时，AgI胶核吸附过量的Ag+离子而带正电荷，其胶团结构式为[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3-]x+·xNO3-胶粒在电场中向负极泳动。
（2）KI过量时，AgI胶核吸附过量的I-离子而带负电荷，其胶团结构式为[(AgI)m·nI-·(n-x)Ag+]x-·xAg+
2．胶核表面分子的离解例如，硅胶的胶核是由许许多多xSiO2.yH2O分子组成的，其表面的H2SiO3分子可以离解成SiO32-和H+。
H2SiO3HSiO3-+H+HSiO3-SiO32-+H+其胶团结构式为[(SiO2)m•nSi32-• 2(n-x)H+]2x-• 2xH+
例如，对于Fe(OH)3溶胶{[(Fe(OH)3]m•nFeO+•(n-x)Cl-}x+•xCl-滑动面ζ电位胶核带电表面热力学电位
滑动面加入电解质
热力学电位与电动电位的比较：相同点：都是反映胶粒表面带电性质的物理量。不同点：（1）ζ电位的绝对值小于热力学电位的绝对值。
（2）ζ电位易受反离子和外加电解质的影响，其值可以变为零甚至反号。而热力学电位不受反离子和外加电解质的影响。
（3）ζ电位的大小可以反映溶胶的稳定性，ζ绝对值大，溶胶稳定，而热力学电位的大小不能直接反映溶胶的稳定性。（4）两者定义不同，即起点的电位不同，ζ电位的起点电位是滑动面电位，而热力学电位的起点电位是胶核表面处电位。
（一）溶胶的相对稳定因素
1.电解质的聚沉作用溶胶对电解质非常敏感,当向溶胶中加入一定量电解质，电解质中与胶粒所带电荷相反的离子起作用，迫使反离子进入吸附层，使扩散层变薄，ζ电位的绝对值降低乃至趋近于零，胶粒表面的电荷被进入吸附层中的反离子抵消，胶粒变成电中性，而能迅速碰撞聚集导致沉淀。
临界聚沉浓度(criticalcoagulationconcentration)：一定量溶胶在一定时间内发生完全聚沉所需电解质溶液的最低浓度。
电解质的临界聚沉浓度越小，表示该电解质的聚沉能力越强。叔尔采-哈迪(Schulze Hardy)经验规则：反离子的价数愈高，聚沉能力愈强。
一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度之比近似为
不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度表
本页为数据表，源文本中数值与表头粘连，未能安全切分为表格，下表数据暂以说明形式保留，建议对照原课件图片还原。
数据还原提示：不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度表的单元格数值在原文本中首尾相连，列对应关系无法确认，未做自动切分。
【例5-2】将等体积的0.0080mol·L-1KI和0.010mol·L-1AgNO3混合制备AgI溶胶。现将MgSO4、K3[Fe(CN)6]及AlCl3三种电解质的同浓度等体积溶液分别滴加入上述溶胶，试判断三种电解质对溶胶聚沉能力的大小顺序。
【解】AgNO3过量，胶核吸附过量的Ag+离子而带正电荷，电解质负离子起主要聚沉作用，负离子所带电荷越多，聚沉能力越强。三种电解质溶液对溶胶聚沉能力的大小顺序为K3[Fe(CN)6]＞MgSO4＞AlCl3
同价离子的聚沉能力虽然接近，但也有不同。一价正离子聚沉负溶胶时，其聚沉能力次序为H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+一价负离子聚沉正溶胶时，其聚沉能力次序为F->Cl->Br->I->CNS-
一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。特别是一些表面活性剂（如脂肪酸盐）和聚酰胺类化合物的离子，能有效地破坏溶胶使之聚沉，这可能是有机物离子能被胶核强烈吸附的缘故。
第三节 高分子化合物溶液
高分子化合物溶液和溶胶的性质比较溶胶高分子化合物溶液粒径1nm～100nm数量级分散相粒径1nm～100nm数量级不能透过半透膜不能透过半透膜扩散速度慢扩散速度慢胶团由胶核（原子、离子、分子聚集体）与吸附层、扩散层组成单个水合高分子多相系统均相系统热力学不稳定系统，有相对稳定性热力学稳定系统溶液粘度小溶液粘度大对外加电解质敏感，加入少量电解质反离子会抵消胶粒电荷而聚沉对外加电解质不敏感，但加入大量电解质离子会脱水合膜造成盐析
（二）高分子化合物溶液的稳定性
第四节 凝胶
第五节 表面活性剂和乳状液
任何两相的界面分子与其相内分子所处状况不相同,它们的能量也不同。
关于系统的自由能G：G总=G表+G内,如果系统的总面积很小，则G表可以忽略不计。如果高度分散的系统的总表面积很大，则G表很大，它对系统的性质影响也很大，甚至对某些性质起决定作用。
如果在温度、压力和系统组成一定的情况下,G内可视为常数，这时系统自由能的变化仅决定于表面自由能的变化A：系统的表面积：比表面自由能
（1）当一定时此时若要dG总＜0，必须dA＜0，这说明表面积减小过程是自发过程。（2）当A一定时此时若要dG总＜0，必须，这说明比表面能(或表面张力)减小过程是自发过程。
表面张力的数值与比表面自由能(specificsurfacefreeenergy)相等，反映液体表面层与液体内层自由能的差值，故其值可反映界面的稳定性。一定温度和压力下，多相系统表面张力越大，系统越不稳定，有自发降低表面张力的趋势。通常自发降低表面张力有两条途径：
水表面张力随不同溶质加入所发生变化的规律大致有三种情况：（1）NaCl、NH4Cl、Na2SO4、KNO3等无机盐以及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物溶物于水，可使水的表面张力升高；（2）醇、醛、羧酸、酯等绝大多数有机物进入水中，可使水的表面张力逐渐降低；（3）肥皂及各种合成洗涤剂（含8个碳原子以上的直链有机酸的金属盐、硫酸盐或苯磺酸盐）进入水中可使水的表面张力在开始时急剧下降，随后大体保持不变。
Gibbs从热力学原理推导出定温下溶液的浓度c、表面张力和吸附量Γ之间的定量关系式中Γ表示溶液单位表面与溶液内部相比时溶质的过剩量（即吸附量），单位是mol.cm-2。
T为绝对温度，R为摩尔气体常数。为温度T时溶液表面张力随溶液浓度的变化率。
Gibbs吸附量公式的物理意义是：当温度一定，若加入溶质能降低溶剂表面张力，即，则Γ>0，说明溶液表层中溶质的量大于溶液内部，即为正吸附；反之，溶质能增加溶剂表面张力, ,则Γ<0，说明溶液内部溶量大于溶液表层，即为负吸附。
（二）表面活性剂表面活性剂分子中一般都含有两类基团。一类基团是疏水性(hydrophobic)或亲脂性(lipophilic)非极性基团，它们是一些直链或带有侧链的有机烃基。
另一类基团为亲水性(hydrophilic)的极性基团，如-OH、-COOH、-NH2、-SH及-SO2OH等。具有性质相反的两亲性基团是表面活性剂在化学结构上共同的特征。
表面活性物质在生命科学中有重要的意义。如构成细胞膜的脂类（磷酯、糖酯等）以及由胆囊分泌的胆汁酸盐都是表面活性物质。阳离子表面活性剂离子型表面活性剂阴离子表面活性剂两性离子表面活性剂表面活性剂非离子型表面活性剂
表面活性剂的两亲性，使它有集中在溶液表面，或集中在不相混溶两种液体的界面，或集中在液体和固体的接触界面的倾向，从而降低表面张力。
当肥皂（脂肪酸钠盐）溶入水中，亲水的羧基端进入水中，而亲脂的长碳氢链端则力图离开水相。若水中肥皂的量不大，它就主要集中在水的表面定向排列。
食物中的油脂进入人体后要先乳化，使之成为极小的乳滴，才容易被肠壁吸收，此时胆汁酸盐是乳化剂。乳状液的类型有两类，油分散在介质水中形成水包油型(O/W)乳状液；水分散在油介质中形成的油包水型(W/O)乳状液。
乳状液的类型主要取决于乳化剂，如钠肥皂大大降低水的界面张力,水滴不易形成,故形成O/W型乳状液；而钙肥皂能溶于油而降低油的界面张力，故形成W/O型乳状液。
乳状液的类型可用染色法或稀释法来鉴别。染色法的原理是将少量只溶于油而不溶于水的染料加于乳状液中，轻轻振摇后，在显微镜下观察，如整个乳状液呈染料的颜色，此为W/O型乳状液，如若只见分散相液滴呈染料的颜色，则为O/W型乳状液。
稀释法是根据乳状液易被分散介质稀释的道理来鉴别的，方法是将乳状液置于洁净的玻片上，然后滴加水，能与水均匀混的为O/W型乳状液，否则为W/O型乳状液。
课后作业：作业P94：4、5、6
第六节 胶体和乳状液和乳状液在医药中的应用
1971年Faulk和Taytor将胶体金引入免疫化学，此后免疫胶体金技术作为一种新的免疫学方法，在生物医学各研究领域特别是在医学检验中得到了广泛的应用。
目前在医学检验中的应用主要是免疫层析法和快速免疫金渗滤法，用于检测HBsAg、HCG和抗双链ＤＮＡ抗体等，具有简单、快速、准确和无污染等优点。
一、免疫胶体金
（一）免疫胶体金的制备取0.01％氯金酸（HAuCl4）水溶液100 mL加热至沸，搅动下准确加入１％柠檬酸三钠水溶0.7mL，金黄色的氯金酸水溶液在２分钟内变为紫红色，继续煮沸15分钟，冷却后以蒸馏水恢复到原体积，形成带负电的疏水胶溶液。
由于静电作用而成为稳定的胶体状态，故称胶体金。如此制备的金溶胶其光散射性与溶胶颗粒的大小密切相关，一旦颗粒大小发生变化，光散射也随之发生变异，产生肉眼可见的显著的颜色变化，这就是金溶胶用于免疫沉淀或称免疫凝集试验的基础。
胶体金标记，即蛋白质等高分子被吸附到胶体金颗粒表面的包被过程。吸附机理可能是胶体金颗粒表面负电荷，与蛋白质的正电荷基团因静电吸附而形成牢固结合。
用还原法可以方便地从氯金酸制备各种不同粒径、也就是不同颜色的胶体金颗粒。这种球形的粒子对蛋白质有很强的吸附功能，可以与葡萄球菌Ａ蛋白、免疫球蛋白、毒素、糖蛋白、酶、抗生素、激素、牛血清白蛋白多肽缀合物等非共价结合，因而在基础研究和临床实验中成为非常有用的工具。
（二）免疫胶体金的应用1.胶体金在免疫层析快速诊断技术中的应用免疫层析法是近几年来国外兴起的一种快速诊断技术，其原理是将特异的抗体先固定于硝酸纤维素膜的某一区带，当该干燥的硝酸纤维素一端浸入样品（尿液或血清）后，由于毛细管作用，样品将沿着该膜向前移动，当移动至固定有抗体的区域时，样品中相应的抗原即与该抗体发生特异性结合，若用免疫胶体金或免疫酶染色可使该区域显示一定的颜色，从而实现特异性的免疫诊断。
本法检测速度快，一般一两分钟可出结果；灵敏度高，好的试纸条结果准确可靠，这是其所以能在尿妊诊断中得到广泛应用的主要原因。
2.胶体金在固相免疫测定法中的应用将蛋白质抗原直接点样在硝酸纤维膜上，在硝酸纤维膜下垫有吸水性强的垫料，即为渗滤装置。在加抗原（抗体）后，迅速加抗体（抗原），再加金标记第二抗体，由于有渗滤装置，反应很快，在数分钟内即可显出颜色反应。
此方法已成功地应用于人的免疫缺陷病病毒（HIV）的检查和人血清中甲胎蛋白的检测。
3.在免疫印迹技术中的应用免疫印迹是一种较新的免疫化学技术。用聚丙烯酰胺凝胶电泳将蛋白质分离，得到的区带转移至硝酸纤维素膜，然后用酶免疫法或免疫荧光进行定量。
免疫胶体金也可用于该法的定量。转移后的硝酸纤维素膜与某特异性的抗体保温后，再与经葡萄球菌Ａ蛋白致敏的胶体金温育，彻底洗去多余的胶体金，根据膜上胶体金颗粒颜色深浅可测知样品中的特异性抗原的多少。
由于胶体金免疫印迹技术简便、快速，且有相当高的灵敏度，在临床免疫诊断上有很大的应用潜力。
乳状液的分散液滴直径大小在500nm～10000nm,当加入一定浓度的乳化剂以及一些辅助剂时，液滴的尺寸会进一步缩小至10 nm～100 nm，乳状液会变为澄清液，同时长时间静置也不再分层，形成热力学和动力学上均稳定的体系。
这时乳状液自发地形成了“微乳液”。微乳液制剂以其稳定的性质、改善吸收提高药效和靶向释药等特点，日趋受到药剂学应用发展的关注,体现出广阔的发展前景。
二、微乳液在医药中的应用
本章学习要求
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