Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для получения информации о конкретных типах и использовании электрофореза (например, в различных аналитических методах и в процессе приема лекарств, ионофореза ) см. Электрофорез (значения) .
Иллюстрация электрофореза
Иллюстрация задержки электрофореза

Электрофорез (от греческого «ηλεκτροφόρηση» - «переносить электроны») - это движение дисперсных частиц относительно жидкости под действием пространственно однородного электрического поля . [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Электрофорез положительно заряженных частиц ( катионов ) иногда называют катафорезом , а электрофорез отрицательно заряженных частиц (анионов) иногда называют анафорезом .

Электрокинетического явление наблюдалось электрофореза впервые в 1807 году российские профессора Петра Ивановича Страхова и Фердинанд Фредерик Рейсс в Московском университете , [8] , который заметил , что применение постоянного поля вызвало электрических глинистых частиц , диспергированных в воде мигрировать. 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 белков .

История [ править ]

Основная статья: История электрофореза

Теория [ править ]

Взвешенные частицы обладают электрическим поверхностным зарядом , на который сильно влияют поверхностные адсорбированные частицы [9], на которые внешнее электрическое поле оказывает электростатическую 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 силовое воздействие на ион в диффузионном слое , который имеет направление , противоположное тому , действующие на заряде поверхности . Эта последняя сила действует не на частицу, а на ионы.в диффузном слое, расположенном на некотором расстоянии от поверхности частицы, и часть его полностью переносится на поверхность частицы за счет вязкого напряжения . 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:

Принимая во внимание сопротивление на движущихся частиц из - за вязкости диспергатора, в случае низкого числа Рейнольдса и умеренной напряженности электрического поля Е , то скорость дрейфа дисперсной частицы V просто пропорциональна приложенному полю, которое выходит из электрофоретической подвижности μ e определяется как: [10]

Наиболее известная и широко используемая теория электрофореза была разработана в 1903 году Смолуховским : [11]

,

где ε г является диэлектрическая проницаемость в дисперсионной среде , е 0 является диэлектрическая проницаемость свободного пространства (C² Н -1  м -2 ), η является динамическая вязкость дисперсионной среды (Па · с) и ζ является дзета - потенциал (т.е. , то электрокинетический потенциал от скольжения плоскости в двойном слое , блоки мВ или V).

Теория Смолуховского очень сильна, потому что она работает для дисперсных частиц любой формы при любой концентрации . У него есть ограничения по сроку действия. Это следует, например, потому, что она не включает длину Дебая κ −1 (единицы m). 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 показал, что теория Смолуховского справедлива только для достаточно тонкой ДЛ, когда радиус частицы a много больше длины Дебая:

.

Эта модель «тонкого двойного слоя» предлагает огромные упрощения не только для теории электрофореза, но и для многих других электрокинетических теорий. Эта модель применима 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 вклады поверхностной проводимости . В современной теории это выражается как условие малого числа Духина :

Стремясь расширить область применимости электрофоретических теорий, был рассмотрен противоположный асимптотический случай, когда длина Дебая больше радиуса частицы:

.

При этом условии «толстого двойного слоя» Хюккель [12] предсказал следующее соотношение для электрофоретической подвижности:

.

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 малого числа Духина, впервые предложенное Овербеком. [13] и Бут. [14] Современные строгие теории, справедливые для любого дзета-потенциала и часто любого aκ, в основном восходят к теории Духина – Семенихина. [15]

В пределе тонкого двойного слоя эти теории подтверждают численное решение проблемы, предложенное О'Брайеном и Уайтом. [16]

См. Также [ править ]

  • Аффинный электрофорез
  • Электрофоретическое осаждение
  • Капиллярный электрофорез
  • Диэлектрофорез
  • Электроблоттинг
  • Гель-электрофорез
  • Гель-электрофорез нуклеиновых кислот
  • Иммуноэлектрофорез
  • Изоэлектрическая фокусировка
  • Изотахофорез
  • Гель-электрофорез в импульсном поле
  • Нелинейный фриктиофорез

Ссылки [ править ]

  1. ^ Lyklema, J. (1995). Основы интерфейсной и коллоидной науки . 2 . п. 3.208.
  2. ^ Хантер, RJ (1989). Основы коллоидной науки . Издательство Оксфордского университета.
  3. ^ Духин, СС; Дерягин, Б.В. (1974). Электрокинетические явления . Дж. Уайли и сыновья.
  4. ^ Рассел, ВБ; Saville, DA; Шовальтер, WR (1989). Коллоидные дисперсии . Издательство Кембриджского университета.
  5. ^ Kruyt, HR (1952). Коллоидная наука . Том 1, Необратимые системы. Эльзевир.
  6. ^ Духин, А.С.; Гетц, П.Дж. (2017). Определение характеристик жидкостей, нано- и микрочастиц и пористых тел с помощью ультразвука . Эльзевир. ISBN 978-0-444-63908-0.
  7. ↑ Андерсон, JL (январь 1989 г.). «Коллоидный транспорт межфазными силами». Ежегодный обзор гидромеханики . 21 (1): 61–99. Bibcode : 1989AnRFM..21 ... 61А . DOI : 10.1146 / annurev.fl.21.010189.000425 . ISSN 0066-4189 . 
  8. Перейти ↑ Reuss, FF (1809). "Sur un nouvel effet de l'électricité galvanique". Mémoires de la Société Impériale des Naturalistes de Moscou . 2 : 327–37.
  9. ^ Ханаор, ДАХ; Michelazzi, M .; Леонелли, С .; Соррелл, CC (2012). «Влияние карбоновых кислот на водную дисперсию и электрофоретическое осаждение ZrO 2 ». Журнал Европейского керамического общества . 32 (1): 235–244. arXiv : 1303,2754 . DOI : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2011.08.015 . S2CID 98812224 . 
  10. ^ Анодное водное электрофоретическое осаждение диоксида титана с использованием карбоновых кислот в качестве диспергирующих агентов Журнал Европейского керамического общества, 31 (6), 1041-1047, 2011
  11. ^ фон Смолуховский, М. (1903). "Contribution à la théorie de l'endosmose électrique et de quelques phénomènes corrélatifs". Бык. Int. Акад. Sci. Кракови . 184 .
  12. Перейти ↑ Hückel, E. (1924). "Die kataphorese der kugel". Phys. Z . 25 : 204.
  13. ^ Overbeek, J.Th.G (1943). «Теория электрофореза - эффект релаксации». Колл. Bith. : 287.
  14. ^ Бут, Ф. (1948). «Теория электрокинетических эффектов». Природа . 161 (4081): 83–86. Bibcode : 1948Natur.161 ... 83B . DOI : 10.1038 / 161083a0 . PMID 18898334 . S2CID 4115758 .  
  15. ^ Духин С.С., Семенихин Н.В. Теория поляризации двойного слоя и ее влияние на электрофорез, Колл.Жур. СССР, том 32, стр. 366, 1970.
  16. ^ О'Брайен, RW; Л. Р. Уайт (1978). «Электрофоретическая подвижность сферической коллоидной частицы». J. Chem. Soc. Faraday Trans . 2 (74): 1607. DOI : 10.1039 / F29787401607 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Воет и Воет (1990). Биохимия . Джон Вили и сыновья.
  • Ян, GC; DW Hall; С.Г. Зам (1986). «Сравнение жизненных циклов двух амблиоспор (Microspora: Amblyosporidae ) у комаров Culex salinarius и Culex tarsalis Coquillett». J. Florida Anti-Mosquito Assoc . 57 : 24–27.
  • Хаттак, Миннесота; RC Мэтьюз (1993). «Генетическое родство видов Bordetella, как определено перевариванием макрорестрикции, разрешенным с помощью гель-электрофореза в импульсном поле» . Int. J. Syst. Бактериол . 43 (4): 659–64. DOI : 10.1099 / 00207713-43-4-659 . PMID  8240949 .
  • Барз, ДПЯ; П. Эрхард (2005). «Модель и проверка электрокинетического потока и транспорта в устройстве для микроэлектрофореза». Лабораторный чип . 5 (9): 949–958. DOI : 10.1039 / b503696h . PMID  16100579 .
  • Shim, J .; П. Дутта; CF Ivory (2007). «Моделирование и моделирование ИЭФ в 2-D микрогеометрии». Электрофорез . 28 (4): 527–586. DOI : 10.1002 / elps.200600402 . PMID  17253629 . S2CID  23274096 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Список относительных подвижностей