膠體懸浮液系統

當二種不同物質混合在一起，其中量較少的能完全分佈到量較多 的物質中，則此量少的物質稱為分散相(dispersion phase)量多者稱為分 散媒(或分散介質)(dispersion medium)。當分散相分散於分散媒中，由 於分散相粒子大小不同，可以分成下列三大類。

(1) 第一類為真溶液(true solution)，又稱為溶液，分散相粒子最小，直 徑約在 10^-7 cm 以下。真溶液不分散光線，非常安定，不發生沉澱，

極易透過濾紙。

(2) 第二類為懸浮液(suspension)，分散相粒子最大，其直徑在 10^-4 cm 以上，可以分散光線，分散相暫時懸浮於溶液中，極不穩定，靜置 後立刻發生沉澱，可用濾紙分離懸浮物質。

(3) 第三類為膠體溶液(colloid solution)，分散相粒子之大小介於真溶液 與懸浮液之間，可以分散光線(Tyndall effect)，膠體溶液相當安定，

不易沉澱，可以透過濾紙，但速度較溶液為慢。

膠體溶液中分散相粒子(膠體粒子)可由分散法(dispersion method) 及凝結法(condensation method)兩種方式製造。分散法是將較大的分子 化合物溶於分散媒，使分子分散成膠體粒子大小(直徑在 10^-4～10^-7 cm 之間)，如製愛玉、洋菜、澱粉溶液。凝結法則利用化學反應或降低溶

解度，使沉澱恰為膠體粒子，如硫溶於甲醇後再加入水，使硫對甲醇 的溶解度降低而析出膠態硫。一般膠體表面具有活性，可吸附分散系 中的各種物質且與分散媒作用產生媒和作用，媒和作用使分散媒被膠 體化合物包圍在內部形成疏鬆狀態，如金屬氫氧化物的氫氧化鋁、氫 氧化鐵沉澱。具流動性的膠體稱為溶膠(sol)，凝固狀者稱為凝膠(gel)，

而分散相及分散媒可分固體、液體或氣體等體系，如下表所示。

表 1.1 膠體溶液之分類

分散相 分散媒 名稱 範例

液體 氣體 液體氣溶膠 霧、水珠、雲

固體 氣體 固體氣溶膠 煙、塵埃

氣體 液體 泡 沫 泡 沫

液體 液體 乳 液 牛奶、蛋黃醬

固體 液體 溶膠、懸浮膠 墨水、油漆

氣體 固體 固體泡沫 多孔質固體、海棉

液體 固體 固體乳液 凍膠、奶油

固體 固體 固體懸浮膠 有色玻璃、合金

圖 1.1 常見膠體系統大小分布圖[1]

膠體系統在生活上的應用甚廣，例如氣膠、油漆、化妝品、墨水、

染料等，皆屬於膠體科學的範疇[2, 3]。近年來由於生醫技術的進步，

膠體科學逐漸應用於微小化醫療技術，譬如藥物釋放或標靶治療的微 胞(micelle)系統[4]，或是免疫病理學及生物學應用的奈米複合金粒子 [5]，都具有前瞻性的應用價值。

有關膠體溶液的特殊現象，一般膠體粒子帶有同性電荷，行布朗 運動時同性電荷會互相排斥而無法凝結使膠體穩定。但以固體懸浮於 液體中的溶膠為例，粒子經由分散介質的粒子熱運動碰撞使得各方向 受力不均而產生布朗運動(Brownian motion)，而導致膠體產生凝聚現象 (coagulation)。為了避免凝聚現象的發生，通常會在溶液當中添加電解 質，以增加膠體溶液的穩定性。此外，當膠體粒子發生凝聚現象的時 候，剪切速率(shear rate)的增加也會打散凝聚的膠體，造成膠體表面吸

附溶劑量降低而使膠體溶液的黏度下降，可能使其從牛頓流體的性質 轉變為非牛頓流體的剪力稀薄(Shear-thinning)性質。因此研究膠體系統 的行為，有別於古典化學將溶質與溶劑視為大小接近的分子間關係來 探討，而須考慮分散相與分散媒之間及兩者間界面的交互作用。

1.2 膠體電動力學現象及文獻回顧