周薇薇，趙 旺，王鳳武，魏亦軍

Fe（OH）3膠體電泳實(shí)驗(yàn)是高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常重要的實(shí)驗(yàn)之一，實(shí)驗(yàn)步驟復(fù)雜，顏色鮮艷，是一個(gè)兼具理論性和趣味性的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，考驗(yàn)學(xué)生物理化學(xué)知識(shí)的扎實(shí)性，同時(shí)考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力［1?10].

按照物理實(shí)驗(yàn)教材的介紹，制備好的Fe（OH）3溶膠需在50～60℃的水浴中滲析5～6次，每次10min，爾后即可進(jìn)行膠體電泳實(shí)驗(yàn)；另外，實(shí)驗(yàn)教材上要求的電泳時(shí)長(zhǎng)為30min.我們的實(shí)踐結(jié)果表明，“僅僅5～6次、每次10min的滲析之后的膠體”根本達(dá)不到電泳對(duì)于膠體電導(dǎo)率的要求；此外，30min的電泳時(shí)長(zhǎng)較短，觀察到的膠體移動(dòng)距離較小，導(dǎo)致在讀取膠體電泳距離時(shí)的相對(duì)誤差就較大.針對(duì)以上問(wèn)題，我們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)中不斷地摸索和實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)籌安排，獲得了既能呈現(xiàn)最好的實(shí)驗(yàn)效果又不需要額外占用課外時(shí)間的實(shí)驗(yàn)方法，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率.

1 實(shí)驗(yàn)革新

在溶膠電泳實(shí)驗(yàn)中，重新安排了實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)講解的順序，并且對(duì)部分實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行了改善.

在Fe（OH）3膠體電泳實(shí)驗(yàn)中，打破常規(guī)實(shí)驗(yàn)步驟，巧妙地對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了調(diào)整，提高了實(shí)驗(yàn)效率；另外，將實(shí)驗(yàn)的講解打碎，穿插在實(shí)驗(yàn)步驟中，增強(qiáng)講解的效果；還對(duì)部分實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行了改善，適當(dāng)減小了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差.

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)如下：

步驟一：測(cè)試已經(jīng)準(zhǔn)備好的溶膠的電導(dǎo)率，配置與其匹配的輔助液.

若要獲得最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)效果，必須要進(jìn)行徹底的、深度的滲析.通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果只是在實(shí)驗(yàn)課的3～4個(gè)課時(shí)進(jìn)行滲析，最多只能在50～60℃的水浴中滲析5～6次，每次10min，這樣滲析后的溶膠的電導(dǎo)率值大約為2 mS·cm?1，遠(yuǎn)不能達(dá)到溶膠電泳實(shí)驗(yàn)的滲析標(biāo)準(zhǔn)，因而不能呈現(xiàn)最好的電泳效果.因此，在進(jìn)行第一次物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)之前，實(shí)驗(yàn)教師需事先準(zhǔn)備好一份溶膠并滲析好，使其電導(dǎo)率值達(dá)到0.1 mS·cm?1以下，以備學(xué)生們第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)使用.

課上，教師首先講解如何測(cè)試制備好的溶膠的電導(dǎo)率，即DDS?11A型電導(dǎo)率儀的使用方法.教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，并做好記錄，之后指導(dǎo)學(xué)生配置輔助液，即向200 mL的去離子水中滴加NaCl溶液，使其電導(dǎo)率增加到與備用溶膠的電導(dǎo)率一致.

至此，電泳用的溶膠和輔助液已完全備好.

這一步驟所用時(shí)間大約為20min.

步驟二：指導(dǎo)學(xué)生將準(zhǔn)備好的溶膠和輔助液裝在電泳管中.

裝管過(guò)程如下：指導(dǎo)學(xué)生們裝溶膠，提示學(xué)生潤(rùn)洗電泳管三次；演示并指導(dǎo)學(xué)生如何少量多次地將溶膠裝在電泳管的下半部分，使溶膠高度超過(guò)中間大旋塞的1～2 cm.少量多次地裝管是為了避免在裝管過(guò)程中產(chǎn)生滯留在管壁上的氣泡，因?yàn)闇粼诠鼙谏系臍馀菘赡茉陔娪具^(guò)程中逸出電泳管，破壞溶膠與輔助液之間的清晰界面，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗.

溶膠裝好后，教師指導(dǎo)學(xué)生用配置好的輔助液潤(rùn)洗電泳管的上半部，潤(rùn)洗三次，演示并指導(dǎo)學(xué)生用以上同樣的方法裝管，裝管的高度要高于橫梁1 cm左右.

此步驟所用時(shí)間為20min左右.

步驟三：裝好電極，打開(kāi)穩(wěn)壓電源，進(jìn)行電泳，設(shè)置電泳時(shí)間為60min.

本步驟進(jìn)行電泳操作.指導(dǎo)學(xué)生將裝好的電泳管安置在架子上，放置時(shí)提醒學(xué)生“刻度朝前”，以方便讀數(shù).教師指導(dǎo)學(xué)生把電極輕輕放入電泳管的彎管中，并關(guān)好電泳管的小旋塞，讓學(xué)生把電極連接到穩(wěn)壓電源上，并兩手同步打開(kāi)電泳管的兩個(gè)大旋塞.指導(dǎo)學(xué)生觀察左右兩邊電泳管中膠體與輔助液之間的界面，記錄下管中界面的位置.全部準(zhǔn)備完畢，指導(dǎo)學(xué)生打開(kāi)穩(wěn)壓電源，調(diào)整電壓為150 V，開(kāi)始電泳.指導(dǎo)學(xué)生記錄電泳開(kāi)始的時(shí)間，電泳時(shí)長(zhǎng)為60min.

在電泳進(jìn)行的60min內(nèi)，將完成后面的“步驟四+步驟五+步驟六”，這是提高本實(shí)驗(yàn)效率的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn).

電泳過(guò)程不單獨(dú)占用實(shí)驗(yàn)時(shí)間，所以本步驟操作所用時(shí)間大約為10min.

步驟四：電泳開(kāi)始后，指導(dǎo)學(xué)生完成溶膠的制備和滲析.

教師在講解“Fe（OH）3溶膠制備”之前，首先指導(dǎo)學(xué)生用燒杯取200 mL去離子水，放置在電爐上加熱，利用其加熱至沸騰的時(shí)間進(jìn)行講解.教師講解溶膠制備的方法和注意事項(xiàng)，講解完成后，學(xué)生們進(jìn)行稱(chēng)量、溶解等操作，完成后，電爐上的水基本已沸騰，教師再指導(dǎo)學(xué)生將FeCl3溶液滴加到沸水中，進(jìn)行溶膠的制備.溶膠制備好后，將溶膠放置在通風(fēng)處降溫，降溫到50～60℃.

本步驟中有兩點(diǎn)操作可以提高效率：第一，將“加熱水至沸”的時(shí)間統(tǒng)籌利用，進(jìn)行試驗(yàn)的講解、FeCl3溶液的準(zhǔn)備；第二，利用膠體降溫的時(shí)間完成后面的步驟五.

本步驟操作所用時(shí)間大約為20min.

步驟五：在電泳的剩余時(shí)間和膠體的降溫過(guò)程中，完成滲析袋的制備.

在膠體開(kāi)始降溫后、滲析袋制備前，教師指導(dǎo)學(xué)生打開(kāi)水浴，設(shè)置溫度為60℃，并在水浴中放入2～4個(gè)500 mL的燒杯，每個(gè)燒杯中裝約半杯去離子水.隨后，教師著手指導(dǎo)學(xué)生制備滲析袋：首先進(jìn)行講解和演示，然后監(jiān)督學(xué)生完成滲析袋的制備.在制備滲析袋的過(guò)程中，提醒學(xué)生放入膠棉液100～150 mL，提高制備的成功率，并提醒學(xué)生將多余的膠棉液回收.

本步驟中，有一點(diǎn)操作可以提高效率：在制備滲析袋之前提前準(zhǔn)備好水浴以及滲析用的大燒杯和水，待滲析袋制備好后就可以直接進(jìn)行溶膠的滲析，這樣可以節(jié)省水浴升溫的時(shí)間，進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)效率.

本步驟所用時(shí)間大約為20min.

步驟六：在電泳的剩余時(shí)間內(nèi)完成膠體的滲析.

滲析袋制備好后，溶膠的溫度也基本降到50～60℃，教師指導(dǎo)學(xué)生將降溫合適的溶膠轉(zhuǎn)移到滲析袋中，扎好袋口；此時(shí)，水浴鍋的溫度已經(jīng)穩(wěn)定，教師即可指導(dǎo)學(xué)生將裝好溶膠的滲析袋放入水浴的大燒杯中開(kāi)始滲析，滲析5～6次，每次10min.

這一步的時(shí)間大約為：5 min操作+60min滲析.

步驟七：結(jié)束電泳，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

溶膠滲析進(jìn)行1～2次之后，電泳管中的電泳時(shí)間即達(dá)到60min，電泳即已結(jié)束.此時(shí)，教師指導(dǎo)學(xué)生首先關(guān)閉穩(wěn)壓電源，然后觀察一下實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果，具體內(nèi)容包括：溶膠電泳是向哪個(gè)電極移動(dòng)；左右兩管滲析結(jié)束時(shí)界面的位置；兩個(gè)電極之間的距離.

此步驟與“步驟六”同時(shí)進(jìn)行，不額外占用時(shí)間.

步驟八：收拾好實(shí)驗(yàn)所用儀器，等待滲析結(jié)束.

教師指導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生收拾好所用的儀器和試劑，等待最后幾次滲析.5～6次滲析完成后，指導(dǎo)學(xué)生將溶膠放入一大杯適溫的去離子水中（滲析直至下一組物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間），關(guān)閉水浴電源，實(shí)驗(yàn)即結(jié)束.

本步驟所用時(shí)間為1 min.

綜上所述，我們統(tǒng)籌安排了實(shí)驗(yàn)，電泳的時(shí)間為60min，實(shí)驗(yàn)中可以觀察到明顯、清晰的電泳移動(dòng)，并且可以減小讀數(shù)的相對(duì)誤差.另外，滲析時(shí)間足夠長(zhǎng)，滲析時(shí)間既包括課上60℃的6×10min，還包括課下室溫下的“至少一整天”的滲析時(shí)間，這樣下一個(gè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組來(lái)到實(shí)驗(yàn)室時(shí)使用方便，使得電泳所用為一份滲析非常徹底的、高質(zhì)量的溶膠.同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為：20+20+10+20+20+5+60+1≈150min，即三個(gè)課時(shí)，采用三個(gè)課時(shí)的時(shí)間達(dá)到了最好的實(shí)驗(yàn)效果，結(jié)果詳見(jiàn)表1、表2.

表1 新舊實(shí)驗(yàn)方案安排、時(shí)長(zhǎng)對(duì)比

表2 新舊實(shí)驗(yàn)方案效果對(duì)比

2 結(jié)論

本研究認(rèn)真分析了“Fe（OH）3膠體電泳”物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，在反復(fù)實(shí)驗(yàn)中獲得了新的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，重新統(tǒng)籌安排了實(shí)驗(yàn)的各個(gè)步驟.統(tǒng)籌安排后的電泳時(shí)間加長(zhǎng)，可以減小讀數(shù)的相對(duì)誤差；另外，滲析時(shí)間變長(zhǎng)，可以大大降低電泳用溶膠的電導(dǎo)率，提高了實(shí)驗(yàn)的成功率和效果；統(tǒng)籌后的實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)約為150min，比正常實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)（210min）減小了大約一個(gè)小時(shí).綜上所述，本文通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)籌安排和系統(tǒng)改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)用時(shí)縮短，實(shí)驗(yàn)效果較好，使學(xué)生獲到最好的實(shí)驗(yàn)鍛煉、收獲最好的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn).