问答题简述溶胶—凝胶法的原理及优、缺点。

题目

问答题

简述溶胶—凝胶法的原理及优、缺点。

参考答案和解析

正确答案： 1）溶胶—凝胶法的原理：溶胶—凝胶法一般以含高化学活性结构的化合物（无机盐或金属醇盐）为前驱体（起始原料），其主要反应步骤是先将前驱体溶于溶剂（水或有机溶剂）中，形成均匀的溶液，并进行水解、缩合，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构，网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过后处理（如干燥、烧结固化）可制备出所需的材料。
2）溶胶—凝胶法的优缺点：
优点：a.由于溶胶—凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中形成低黏度的溶液，因此可在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合；
B.经过溶液反应步骤，很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂；
C.一般认为溶胶—凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散在微米范围内，因此化学反应较容易进行且所需温度较低；
D.选择合适的条件可以制备各种新型材料。
缺点：a.所使用的原料价格比较昂贵，有些原料为有机物，对健康有害；
B.通常整个溶胶—凝胶过程所需时间较长，常需要几天或几周；
C.凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中会逸出许多气体及有机物，并产生收缩。

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第1题：

简述纳米材料的制备方法基本原理。（蒸发-冷凝法、水热合成法、溶剂热合成法、溶胶－凝胶法、微乳液法、模板合成法、自组装法及其特点、VLS机制，VS机制等）

正确答案: 蒸发-冷凝法原理：在高真空的条件下，金属试样经蒸发后冷凝。
水热合成法原理：在特制的密闭反应容器里，采用水溶液作为反应介质，对反应容器加热，创造一个高温（100～350℃）、高压（1～500MPa）的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶。
溶胶－凝胶合成原理：将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶胶聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。
微乳液法基本原理：两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成微乳液，在“微泡”中经成核、聚结、团聚、热处理后得到粉体。
模板合成法原理：利用基质材料结构中的空隙或外表面作为模板进行合成。结构基质为多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂等。
自组装法原理：基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一稳定、具有一定规则几何外观的结构。
特点：
①有序性：结构比组成部分有序性高
②相互作用力弱：氢键、范德华力、静电作用等
③组成结构复杂：包含纳米及细观结构
VLS生长机制：必须有催化剂的存在；在适宜的温度下，催化剂能与生长材料的组元互熔形成液态的共熔物；生长材料的组元不断地从气相中获得；当液态中溶质组元达到过饱和后，晶须将沿着固-液界面的择优方向析出。特点：催化剂的尺寸决定纳米线材料的最终直径；反应时间影响纳米线的长径比。
VS生长机制：通过热蒸发、化学还原或气相反应等方法产生气相；气相被传输到低温区并沉积在基底上；以界面上微观缺陷（位错、孪晶等）为形核中心生长出一维材料。

第2题：

简述凝胶法原理

正确答案:以凝胶作为支持介质，通过扩散进行的溶液反应生长；技术关键：避免过多的自发成核；高纯试剂，稀溶液，自发成核或籽晶。高温溶液生长此方法中助熔剂的选择是个关键。

第3题：

列举常用5种不同基因诊断技术，简述其原理及优、缺点。

正确答案: 核酸分子杂交：错配时杂交信号减弱或消失，可用于基因结构和表达检测，须制备合适的探针。
PCR：变异引起扩增产物不同，灵敏度高，须选择合适引物，有假阴性或假阳性结果。
SSCP：突变引起核酸二级结构改变，可检测已知或未知突变，检测的灵敏度被片段长度稀释。
RFLP：基因变异改变酶切图谱，须选择合适的限制性核酸内切酶；当变异没有引起任何酶切结果的改变时，则无法使用。
DNA序列测定：直接检测核酸序列比较差异，最准确的一种诊断方法。
基因芯片：多元杂交分析杂交差异，一次杂交可检测一个样品的多个基因不同突变或表达变化。

第4题：

简述杂合双链分析检测基因突变的基本原理及其优、缺点。

正确答案: 杂合双链分析（heteroduplex analysis，HA）原理在于有缺失突变的待检DNA与野生型DNA探针杂交后，形成的异源杂合双链DNA在错配处会产生单链的环形突起，无突变则无此结构，这两种杂交后形成的双链DNA在凝胶电泳时会产生不同的迁移率，据此可以判断待检DNA样品中有无缺失突变。
优点：简单、快速。
缺点：适用范围较小，限于200-300bp片段，且不能确定突变位置，检出率一般为80%。

第5题：

简述混联法原理及优缺点？

正确答案: 混联法：就是在拜耳法赤泥中添加一部分低品位矿石一起烧结，这种相当于把并联法和串联法结合在一起的联合法叫混联法。
优点：
1、可以有效的调节拜耳系统的碱平衡（混联法中的烧结法所得的溶出液一部分并入拜耳法中的种分系统，多余的部分进行碳分）；
2、用于处理低品位矿石时是十分有效的。缺点：流程长；控制复杂。

第6题：

溶胶－凝胶法

正确答案:就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。

第7题：

简述溶胶——凝胶法薄膜制备的原理。

正确答案:将金属醇盐或金属无机盐溶于溶剂中形成均匀的溶液，再加入各种添加剂，催化剂、水、络合剂或整合剂等，在合适的环境温度、温度条件下，通过强烈搅拌，使之发生水解和缩聚反应，制得所需溶胶。薄膜在由溶胶转变为凝胶过程中，由于溶剂的迅速蒸发和聚合物粒子在溶剂中的溶解度不同，导致部分小粒子溶解，大粒子平均尺寸增加。同时，胶体粒子逐渐聚集长大为粒子簇，粒子簇经相互碰撞，最后相互联结成三维网络结构，从而完成由溶胶膜向凝胶膜的转化，即膜的胶凝化过程。

第8题：

简述化学切割错配检测基因突变的基本原理及其优、缺点。

正确答案: 化学切割错配（chemical cleavage of mismatch，CCM）通过在DNA：DNA或DNA：RNA异源杂合双链核酸分子中发生C错配（如A-C、T-C、C-C配对）处，能被羟胺和哌啶切割，如系T错配，能被四氧化锇切割的特点，先将野生型探针与待检样品杂交，再分别用羟胺、哌啶和四氧化锇处理；根据凝胶电泳中DNA片段数量和大小判断样品中有无突变、突变位置及类型等。
优点：准确率高，无非特异性切割，检出率高，达100%，结合荧光检测系统还可提高其灵敏度达1突变/10个细胞，可用于长达2kb片段。
缺点：步骤多，费时，使用有毒化学物质。

第9题：

简述酶促切割错配检测基因突变的原理及其优、缺点。

正确答案: 酶促切割错配（enzyme mismatch cleavage，EMC）利用T4内切核酸酶VII识别12种错配碱基并在附近进行酶切的特性，将核酸探针与待检分子杂交，有点突变时杂交分子中有错配出现，为T4内切核酸酶VII识别切割，根据凝胶电泳中片段数量和大小判断有无突变。
优点：能对DNA：RNA异源杂合分子进行分析，最长检测片段达1.5kb。
缺点：产生非特异性切割，检出效率不能保证100%，必须设立内对照。

第10题：

简述用真空冷却法预冷食品的原理及优缺点。

正确答案: 原理：水在不同压力下有不同的沸点，利用水的蒸发热来进行冷却。
优点：冷却速度快，均与，品质高，保鲜期长，损耗小，干净卫生，操作方便。
缺点：设备初期投资大，运行费用高，以及冷却品种有限。

简述溶胶—凝胶法的原理及优、缺点。

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