明胶等电点的测定与明胶软胶的吸水膨胀

实验119　明胶等电点的测定与明胶软胶的吸水膨胀

实验目的

学习两性电解质的等电点、胶体体系的渗透压、Donnan平衡等概念；用简单的方法测定明胶的等电点，并研究pH值对明胶吸水膨胀的影响。

实验原理

明胶是一种蛋白质，蛋白质是两性化合物，由多数氨基酸所组成。氨基酸分子中的氨基和羧基在水中都可以电离。在酸性介质中，蛋白质分子以带正电的形式存在；在碱性介质中，则以形式存在。蛋白质分子不电离，即它既不带正电也不带负电，这时的pH值称为此种蛋白质的等电点。蛋白质的等电点由蛋白质的本性所决定。换言之，等电点的数值由蛋白质分子中的氨基、羧基及水的电离常数所决定。明胶的等电点约为4.7。

蛋白质分子的带电和水化是其在水中有一定稳定性的两个原因。由于在等电点时，蛋白质分子不带电，其水化程度小，稳定性也差。因此，当加入有去水作用的物质（如无水乙醇等）时，蛋白质在越接近等电点的介质中越容易凝结。

当溶液与纯溶剂（或浓度不同的溶液）用只有溶剂分子能通过的半透膜隔开时，溶剂分子将通过半透膜向溶液中扩散，为阻止溶剂的扩散所必须施加的阻力称为渗透压，或者说渗透压是溶剂分子通过半透膜扩散所必须施加的阻力，也是溶剂分子通过半透膜扩散进入溶液的能力。渗透压的大小与溶质的相对分子质量和浓度有关。

对于能电离的大分子物质（如蛋白质等）的溶液，当与溶剂用半透膜隔开时，虽然膜内的小离子可以透过半透膜，但它们在膜两边并不均匀分布。这种由于大离子需保持电中性的作用导致小离子分布不均匀的平衡称为Donnan平衡。当膜内小离子浓度远远大于膜外小离子浓度时，膜外小离子几乎不向膜内扩散，而是溶剂向膜内扩散，从而形成附加的渗透压。

明胶软胶的网状结构可视为一种半透膜，溶剂和小离子可自由通过。因此，当介质的pH值与等电点不相等时，明胶分子中的氨基或羧基发生电离，产生带氨基或羧基的大离子和与其相应的小离子。大离子不能透过软胶网状骨架所成的半透膜，小离子可以透过。根据Donnan平衡产生的附加渗透压，水分子将从凝胶外部向内部渗透，充填软胶的网孔，使其体积膨胀，在介质的pH值等于等电点时，明胶分子不发生电离，不能形成附加渗透压，明胶软胶的体积无明显变化。

本实验判断明胶等电点的方法是：向不同pH值的缓冲液中加入一定量的明胶溶液，再加入固定体积的无水乙醇，观察溶液的混浊程度（即明胶凝结程度）。此外，在不同pH值下制备相同浓度的明胶软胶，观察其在水中的膨胀程度，以确定pH值对明胶软胶吸水膨胀的影响。

实验用品

仪器　pH计；恒温水浴锅；试管；移液管；烧杯；量筒；培养皿等。

试剂　明胶（10％）；醋酸；醋酸钠；无水乙醇；盐酸；氢氧化钠等。

实验步骤

1.明胶等电点的测定

（1）按表6－22在烧杯中配制不同pH值的缓冲液，各缓冲液用pH计测定其准确的pH值（也可按缓冲液的相关理论计算pH值，计算值与测定值应十分接近）。

表6－22　不同pH值的缓冲液的配制

（2）在9支干燥的试管中，用移液管各取上述缓冲液3mL，每管中各准确加入1mL 1％明胶溶液，摇匀。

①取出第5支试管（pH值为4.75），向其中滴加无水乙醇，边加边摇，至溶液明显混浊为止，记下加入乙醇的体积V。

②向其余8支试管中各滴加体积为V的无水乙醇，边加边摇。

③比较9支试管中溶液的混浊程度，记下结果（混浊程度可用不同数目的“＋”符号表示），判断明胶的等电点。

2.明胶的吸水膨胀

（1）取30g明胶，在水浴上使其溶于270mL水中，得10％明胶溶液，另配制0.33mol·L^－1 HCl溶液和1.0mol·L^－1 NaOH溶液备用。

（2）在9支100mL烧杯中，用量筒各加入30mL 10％明胶溶液，再按表6－23中的数据加入不同量的HCl溶液和NaOH溶液，补加水，使总体积为40mL，摇匀。趁热用pH计测定各溶液的pH值（若已凝结，则需在水浴上温热使之熔化）。

（3）将配制好的不同pH值的明胶溶液分别倒入φ8cm的培养皿中，置于冰箱中冷冻或自然凝结，直至形成弹性软胶。

（4）将明胶软胶切成约1cm×1cm的方块，将较为整齐的软胶块拨入已称重（用台秤即可）的100mL烧杯中，再称重（凝胶量应不少于25g）。

（5）向各已装入软胶的烧杯中注满水。用细搅拌棒轻轻搅动软胶，不使胶块严重粘连。室温下（室温高时可置于冰箱中）放置2～4h。

（6）用一表面皿盖住烧杯，将水尽可能地沥出（可控制沥水时间相近），称重，计算吸水量。各结果将一并记入表6－23中。

表6－23　明胶软胶吸水量的测定

（7）以吸水量对pH值作图，可看出pH值对明胶吸水膨胀的影响。吸水量最小处相应的pH值即为明胶的等电点。

实验结果与数据处理

（1）作图表示所得结果，判断明胶的等电点。

（2）解释pH值对明胶软胶吸水膨胀的影响。