Электрофорез

Электроосмос.

Закономерности электрокинетических явлений.

Плоскость скольжения, по которой проходит разрыв ДЭС, может находиться на различном расстоянии от межфазной поверхности. Это расстояние определяется природой и свойствами сопряженных фаз. Следовательно, подвижность фаз влияет на значение электрокинетического потенциала.

Скорость течения жидкости в аористой мембране и ее направление при постоянной напряженности электрического поля определяется свойствами мембраны и раствора электролита. Качественное изучение электроосмоса позволяет определить знак x-потенциала, а количественные измерения – установить зависимость между скоростью переноса жидкости в порах мембраны и величиной электрокинетического потенциала.

Для установления данной зависимости необходимо выполнение следующих условий:

- толщина ДЭС значительно меньше радиуса пор мембраны или пористого тела;

- слой жидкости, прилегающий к твердой фазе, неподвижен, а движение жидкости в порах ламинарное;

- распределение зарядов в ДЭС не зависит от приложенной разности потенциалов;

- твердая фаза является диэлектриком, а жидкость – электролитом.

При выводе основного уравнения электроосмоса Гельмгольц и Смолуховский использовали представление о ДЭС как о плоском конденсаторе:

x = (h * u₀) / (e₀ * e * Е) (6.2)

где h - динамическая вязкость среды;

u₀ – объемная скорость движения жидкости в порах мембраны;

e₀ – константа Фарадея;

e - диэлектрическая проницаемость среды;

Е – напряженность электрического поля.

Отношение u₀ / Е получило название электроосмостическая подвижность, при экспериментальном определении данная величина может быть рассчитана из уравнения:

u₀ / Е = c / I (6.3)

где c - электрпроводность среды;

I – сила тока.

При протекании электроосмоса в микропористых капиллярах необходимо учитывать поправку на поверхностную электропроводность, которая представляет собой приращение проводимости в капилляре за счет ДЭС:

c = c_u + (c_S * q / S) (6.4)

где c_u - объемная электропроводность;

c_S – поверхностная электропроводность;

q - длина окружности капилляра;

S – сечение капилляра.

При наложении на седиментационно устойчивые дисперсные системы разности потенциалов происходит разрыв ДЭС по плоскости скольжения. Частицы приобретают заряд потенциалопределяющих ионов, а дисперсионная среда – заряд противоионов и движутся в электическом поле к соответствующим электродам.

Уравнение для определения x-потенциала при электрофорезе имеет вид, аналогичный уравнению Гельмгольца-Смолуховского для электроосмоса:

x = (h * u) / (e₀ * e * Е) (6.5)

где u – линейная скорость движения частиц дисперсной фазы в электрическом поле.

Отношение u / Е получило название электрофоретическая подвижность (U_эф).

При выводе уравнения Гельмогльца-Смолуховского для электрофореза были приняты следующие ограничения:

- частицы движутся в однородном электрическом поле;

- частицы могут иметь любую форму и не проводят электрический ток;

- толщина ДЭС намного меньше размера частиц.

На практике может наблюдаться несовпадение экспериментально установленных значений электрофоретической подвижности со значениями, рассчитанными по уравнению Гельмгольца-Смолуховского. Это несовпадение объясняется двумя явлениями: релаксационным эффектом и электрофоретическим торможением.

Релаксационный эффект – нарушение симметрии диффузионного слоя противоионов вокруг частицы при относительном движении частиц фазы и противоионов в электрическом поле в противоположные стороны. Для восстановления (релаксации) системы требуется значительный промежуток времени, в связи с чем уменьшается эффективная напряженность электрического поля и значение x-потенциала оказывается заниженным.

Электрофоретическое торможение обусловлено сопротивлением движению частицы обратным потоком противоионов, который увлекает за собой жидкость. Вследствие этого уменьшается электрофоретическая подвижность.