Электрофорез

редактировать
Движение заряженных частиц в электрическом поле Иллюстрация электрофореза Иллюстрация задержки электрофореза

Электрофорез (от греческого «ηλεκτροφόρηση» означает "переносить электроны") представляет собой движение диспергированных частиц относительно жидкости под действием пространственно однородного электрического поля. Электрофорез положительно заряженных частиц (катионов ) иногда называют катафорезом, тогда как электрофорез отрицательно заряженных частиц (анионов) иногда называют анафорезом .

электрокинетическим явлением электрофореза впервые наблюдали в 1807 году русские профессора Петра Ивановича Страхова и Фердинанда Фредерика Ройсса из Московского университета, которые заметили, что приложение постоянного электрического поля вызывает глина частицы, диспергированные в воде, мигрируют. В конечном итоге это вызвано наличием заряженной границы раздела между поверхностью частицы и окружающей жидкостью. Это основа аналитических методов, используемых в химии для разделения молекул по размеру, заряду или сродству связывания.

Электрофорез используется в лабораториях для разделения макромолекул по размеру. В этом методе применяется отрицательный заряд, поэтому белки перемещаются в сторону положительного заряда. Электрофорез широко используется в анализе ДНК, РНК и белка.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Теория
  • 3 См. Также
  • 4 Ссылки
  • 5 Дополнительная литература
  • 6 Внешние ссылки

История

Теория

Взвешенные частицы имеют электрический поверхностный заряд, на который сильно влияют поверхностно адсорбированные частицы, на которые внешнее электрическое поле оказывает электростатическое кулоновскую силу. Согласно теории двойного слоя, все поверхностные заряды в жидкостях экранированы диффузным слоем ионов, который имеет тот же абсолютный заряд, но противоположный знак по отношению к заряду поверхности.. электрическое поле также оказывает на ионы в диффузном слое силу, имеющую направление, противоположное направлению, действующему на поверхностный заряд . Эта последняя сила на самом деле применяется не к частице, а к ионам в диффузном слое, расположенном на некотором расстоянии от поверхности частицы, и часть ее передается полностью на поверхность частицы через вязкое напряжение. Эта часть силы также называется силой электрофоретической задержки. Когда приложено электрическое поле и анализируемая заряженная частица находится в устойчивом движении через диффузный слой, общая результирующая сила равна нулю:

F tot = 0 = F el + F f + F ret {\ displaystyle F_ { tot} = 0 = F_ {el} + F_ {f} + F_ {ret}}F _ {{tot}} = 0 = F _ {{el}} + F _ {{f}} + F_ {{ret}}

Учитывая сопротивление движущимся частицам из-за вязкости диспергатора, в случае низкого числа Рейнольдса и умеренной напряженности электрического поля E, скорость дрейфа дисперсной частицы v просто пропорциональна приложенному полю, что оставляет электрофоретическую подвижность μeопределяется как:

μ e = v E. {\ displaystyle \ mu _ {e} = {v \ over E}.}\ mu _ {e} = {v \ over E}.

Наиболее известная и широко используемая теория электрофореза была разработана в 1903 году Смолуховским :

μ e = ε r ε 0 ζ η {\ displaystyle \ mu _ {e} = {\ frac {\ varepsilon _ {r} \ varepsilon _ {0} \ zeta} {\ eta}}}\ mu _ {e} = {\ frac {\ varepsilon _ {r} \ varepsilon _ {0} \ zeta} {\ eta}} ,

где ε r - диэлектрическая постоянная дисперсионной среды, ε 0 - диэлектрическая проницаемость свободного пространства (C² Н · м), η составляет динамическая вязкость дисперсионной среды (Па · с), а ζ представляет собой дзета-потенциал (то есть электрокинетический потенциал плоскости скольжения в двухслойный, единицы мВ или В).

Теория Смолуховского очень мощная, потому что она работает для дисперсных частиц любой формы при любой концентрации. У него есть ограничения по сроку действия. Это следует, например, потому, что не включает длину Дебая κ (единицы м). Однако длина Дебая должна быть важна для электрофореза, как непосредственно следует из рисунка справа. Увеличение толщины двойного слоя (ДС) приводит к удалению точки задержки силы дальше от поверхности частицы. Чем толще DL, тем меньше должна быть сила торможения.

Детальный теоретический анализ доказал, что теория Смолуховского верна только для достаточно тонкой DL, когда радиус частицы a намного больше, чем длина Дебая:

a κ ≫ 1 {\ displaystyle a \ kappa \ gg 1 }a \ kappa \ gg 1 .

Эта модель «тонкого двойного слоя» предлагает огромные упрощения не только для теории электрофореза, но и для многих других электрокинетических теорий. Эта модель действительна для большинства водных систем, где длина Дебая обычно составляет всего несколько нанометров. Он разрушается только для наноколлоидов в растворе с ионной силой, близкой к воде.

Теория Смолуховского также не учитывает вклад поверхностной проводимости. В современной теории это выражается как условие малого числа Духина :

D u ≪ 1 {\ displaystyle Du \ ll 1}Du \ ll 1

В попытке расширить диапазон применимости электрофоретических теорий противоположный асимптотический случай было рассмотрено, когда длина Дебая больше, чем радиус частицы:

a κ < 1 {\displaystyle a\kappa <\!\,1}a \ kappa <\!\,1.

При этом условии «толстого двойного слоя» Hückel предсказал следующее соотношение для электрофоретической подвижности:

μ е знак равно 2 ε р ε 0 ζ 3 η {\ displaystyle \ mu _ {e} = {\ frac {2 \ varepsilon _ {r} \ varepsilon _ {0} \ zeta} {3 \ eta}}}\ mu _ {e} = {\ frac {2 \ varepsilon _ {r} \ varepsilon _ {0} \ zeta} {3 \ eta}} .

Эта модель может быть полезна для некоторых наночастиц и неполярных жидкостей, где длина Дебая намного больше, чем в обычных случаях.

Существует несколько аналитических теорий, которые включают поверхностную проводимость и устраняют ограничение в виде небольшого числа Духина, впервые предложенное Овербиком. и Бут. Современные строгие теории, применимые для любого дзета-потенциала и часто любого aκ, в основном основаны на теории Духина – Семенихина.

В пределах тонкого двойного слоя эти теории подтверждают, что численное решение проблемы предоставлено О'Брайеном и Уайтом.

См. также

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Электрофорезом.
Найдите электрофорез в Wiktionary, бесплатный словарь.
Последняя правка сделана 2021-05-18 11:38:44
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте