Електрофорез.

Термін електрофорез походить від грецького: електричний і несу, переношу. Під явищами електрофорезу розуміють рух під впливом електричного поля заряджених дисперсійних частинок (твердих частинок, крапельок рідини, бульбашок газу) в певному дисперсійному середовищі (рідкому або газоподібному).

Теоретичні основи електрофорезу.

Швидкість руху зарядженої дисперсійної частинки можна визначити на основі рівноваги між електрорушійною силою ( Белек. ), що дії на такий макроіон, і силою тертя ( F-rep. ), тобто опору, який чинить дисперсійне середовище руху частинки, і виражається законом Стокса:

Рушійна електрична сила, в даному випадку, буде визначатися загальним зарядом дисперсійної частинки і напруженістю прикладеного електричного поля:

Fелек. = qE;

При рівновазі цих сил, швидкість руху частинки буде рівною:

Де:

и - швидкість руху частинки;

Е- напруженість прикладеного електричного поля;

Ю - коефіцієнт в'язкості середовища;

r - радіус частинки;

q- заряд частинки.

Отже, швидкість руху частинки буде залежати від її розмірів (г) та величини заряду (q ). Частинки, які різняться розмірами та величиною заряду, будуть рухатися з різною швидкістю в даному електрофоретичному середовищі. За певний відрізок часу вони пройдуть різні відстані, тобто розділяться. На цьому і базується електрофоретичне розділення речовин.

Однак, співвідношення між швидкістю руху частинки ( и ) та її зарядом( q ) є справедливим тільки для простих за будовою іонів які рухаються в середовищі, що не містить інших заряджених частинок.

На практиці електрофорез проводять в умовах які значно відрізняються від описаних вище, а саме:

. Електрокінетичний потенціал.

Дисперсійні частинки в електролітичному дисперсійному середовищі завжди мають на своїй поверхні електричні заряди, які визначають їх поверхневий потенціал фо. Цей поверхневий потенціал виникає по різному у дисперсійних частинок з активними та інертними поверхнями іоногенно або адсорбційно:

1. Дисперсійні частинки з активною поверхнею мають іоногенні групи, ступінь дисоціації яких і визначає їх поверхневий заряд.

2. Частинки з інертною поверхнею не несуть іоногенних груп, а заряд на їх поверхні виникає в наслідок специфічної адсорбції іонів з дисперсійного середовища. Поверхневий потенціал такого дисперсійного макроіону в розчині електроліту електростатично компенсується іонами протилежного знаку, які дифузійно орієнтуються навколо поверхні дисперсійної, частинки у вигляді іонної "атмосфери". Ці іони називають компенсуючими або протиіонами. Таким чином на поверхні розділу фаз (дисперсійна частинка дисперсійне середовище) виникає подвійний електричний шар.

При русі такої дисперсійної частинки відносно дисперсійного середовища буде відбуватись розрив подвійного електричного шару по площині ковзання. В наслідок чого дисперсійне, середовище і дисперсійна фаза стануть протилежно зарядженими, тобто між ними виникне електрокінетична різниця потенціалів.

Таку різницю потенціалів називають електрокінетичним потенціалом або Ј (дзета)-потенціалом.

Величина електрокінетичного потенціалу описується рівнянням Гельмгольца-Смолуховського :

де: и - швидкість руху дисперсної частинки;

g, - електрокінетичний потенціал частинки;

eo - диелектрична проникливість вакууму;

є - диелектрична проникливість електрофоретичного середовища;

Е - напруженість прикладеного електричного поля;

з - коефіцієнт в'язкості електрофоретичного середовища.

Виходячи з рівняння Гельмгольца-Смолуховського швидкість руху дисперсійної частинки при електрофорезі буде рівною:

;

Рухаючись з різною швидкістю дисперсійні частинки за певний фіксований проміжок;часу будуть проходити в дисперсійному середовищі різний відрізок шляху, тобто розділятись.

Електрокінетична рухливість.

Однак потрібно відмітити, що швидкість руху частинки (u0) в даному електрофоретичному середовищі буде залежати не тільки від величини її електрокінетичного потенціалу ( Ј ) але і від величини напруженості ( Е ) прикладеного зовні електричного поля. Тому здатність дисперсійних частинок рухатися в даному електрофоретичному середовищі характеризують не їх швидкістю, а відношенням швидкості до величини напруженості електричного поля. Цю величину називають електрокінетичною рухливістю дисперсійної частинки (иеф), і вона рівна: .

Електрокінетична рухливість є важливою характеристикою дисперсійних частинок. Чим більше частинки різняться значенням своїх електрокінетичних рухливостей (u1 < u2), тим легше і швидше їх можна розділити.

Теоретично визначені величини електрокінетичних рухливостей дають досить загальну інформацію про умови протікання електрофоретичних процесів. Це зв'язано з тим, що* на величину електрокінетичної рухливості впливає значна кількість факторів, які в сучасній теорії електрофорезу врахувати неможливо. Тому на практиці оптимальні умови проведення електрофорезу підбирають емпіричним шляхом, враховуючи в кожному конкретному випадку:

Умови та спосіб прикладання електричного поля;

Хімічну природу та концентрацію буферу, що використовується.

Фактори, що впливають на електрофоретичну рухливість.

Зразок.

Електрофоретична рухливість дисперсійних макроіонів залежить від їх заряду, розмірів та форми.

Рухливість зростає із збільшенням сумарного заряду, а його величина залежить ( в переважній більшості випадків) від величини рН середовища.

Чим більші розміри частинок, тим менша іх рухливість. Це пов'язано із збільшенням сил тертя та сил електростатичної взаємодії макроіонів з дисперсійним середовищем.

Макромолекули однакового розміру, але різної форми мають різно рухливість, що зумовлюється різницею в силах тертя та електростатичної взаємодії.

Електричне поле.

Процес розділення макроіонів в електричному полі, що прикладене до електрофоретичної системи, буде залежати від сили струму, напруги та опору середовища, які пов'язані між собою відповідно до закону Ома.

Оскільки струм в електрофоретичному середовищі між електродами зумовлений виключно переносом іонів буферу та макроіонів зразку, то швидкість їх переміщення прямо пропорційна силі струму. Шлях пройдений іонами зразку буде пропорційний часу пропускання струму. Тому для максимального відтворення умов електрофорезу, сила струму в процесі електролізу не повинна змінюватись.

При постійній величині електролітичного струму швидкість міграції макроіонів пропорційна спаду напруги в електрофоретичному середовищі, або градієнту напруги який виражають у В-см"1. Високе