ЭЛЕКТРОФОРЕЗ
Электрофорезом называется движение заряженных диспергированных частиц в жидкости под действием внешнего электрического поля. Явление электрофореза исследовалось разными методами.
Рис. Э. 14. Микроячейка для проведения электрофореза. А, А — электроды; Б — точка наблюдения.
В 1937 г. Тизелиус предложил для этой цели прибор, подобный тому, который применялся для определения чисел переноса методом движущейся границы (см.). В его приборе положение границы коллоидного раствора, движущейся к катоду или аноду, определялось теневым методом. На этом приборе были проведены первые работы по идентификации и выделению белков. При очень малых количествах материала весь опыт можно проводить на предметном столике микроскопа или ультрамикроскопа, пользуясь микроэлектродами и измеряя фактическое смещение одной частицы по градуированной шкале окуляра (рис. 3. 14).
Рассмотрим круглую микрочастицу радиусом
движущуюся в вязкой среде. Согласно закону Стокса, она движется с постоянной скоростью
Электрическая сила, действующая на частицу, равна произведению заряда и напряженности электрического поля QX, так что подвижность частицы, т. е. скорость, отнесенная к единице градиента потенциала, равна
В этой формуле неизвестны и Q, и
. Но мы знаем, что потенциал
на поверхности шара радиусом
, несущего заряд Q, дается выражением
С учетом этого выражения из формулы (1) получаем
Но данное выражение еще нельзя применять к электрофорезу. Твердая частица с фиксированной на ее поверхности обкладкой двойного слоя (полный заряд Q) движется относительно раствора, в котором распределена диффузная часть двойного слоя (см. двойной электрический слой). Последняя эквивалентна заряду —Q, распределенному по концентричной сфере радиусом
, равным толщине ионной атмосферы. Из-за наличия такой атмосферы подвижность уменьшается в
раз, и вместо формулы (2) мы получаем выражение для дзета-потенциала (см. электрокинетические явления):
В статье, посвященной электроосмосу (см.), выводится такая же формула, но с множителем 4, а не 6. Поскольку электрофорез — явление, обратное электроосмосу, выражение для потенциала на поверхности раздела двух фаз, одна из которых движется относительно другой, в обоих случаях должно быть одинаковым. Кажущееся расхождение наших выражений объясняется тем, что в случае электроосмоса расчет проводился не на основании закона Стокса для малого шарика, а исходя из представлений о плоском конденсаторе, т. е. о поверхности большого твердого тела, радиус кривизны которой пренебрежимо мал (по сравнению с толщиной диффузного двойного слоя). Более тщательный анализ данного вопроса, проведенный
Генри и Бутом, показывает, что в случае больших частиц множитель должен равняться 4 независимо от их размеров и формы, но для большинства таких систем, как устойчивые коллоидные растворы, он изменяется от 4 до 6 в зависимости от размеров частицы и толщины ионной атмосферы.