Электрофорез — это движение находящихся в жидкости заряженных частиц как грубо-дисперсных (взвешенные мелкие частицы твердых тел, мелкие пузырьки газа и т. п.), так и коллоидно-дисперсных (например, крупных органических молекул), происходящее под действием внешнего электрического поля. Эти частицы (особенно коллоидно-дисперсные) могут получить заряд как в результате образования на их поверхности двойного электрического слоя, так и вследствие распада самой молекулы на электрически заряженные части, например ион металла и сложный радикал органической кислоты.
Что такое электрофорез Электроосмос
Во многих случаях на границе раздела двух фаз физико-химической системы наблюдается переход заряженных частиц, принадлежащих к одной фазе, в другую фазу. Перешедшие частицы при этом удерживаются около границы раздела силами электростатического притяжения к заряженным частицам противоположного знака, оставшимся в первой фазе. В результате на поверхности образуется так называемый двойной электрический слой.
Образование двойного электрического слоя на поверхности раздела твердое тело—раствор может быть следствием, например, избирательной адсорбции из раствора ионов определенного знака, диссоциации поверхностно лежащих молекул твердого тела с переходом ионов в раствор или, наконец, адсорбции твердым телом из раствора полярных молекул, которые получают при этом определенную пространственную ориентировку.
В двойном электрическом слое, образовавшемся на поверхности погруженного в жидкость твердого тела Т , различают, во-первых, неподвижный слой Н заряженных частиц, прилегающий непосредственно к поверхности тела, и, во-вторых, диффузный слой Д, распространяющийся на небольшую глубину внутрь жидкости. Заряды диффузного слоя подвижны и под действием сил внешнего электрического поля, образованного в жидкости, могут перемещаться вдоль поверхности твердого тела, увлекая за собой также и нейтральные частицы, т. е. образуя течение жидкости.
Электроосмос
Это явление называется электроосмосом. Для того чтобы оно было значительным в количественном отношении, толщина всего слоя жидкости должна быть соизмеримой с толщиной самого двойного электрического слоя. Поэтому электроосмос наблюдается преимущественно при движении жидкости через капилляры, пористые диафрагмы, коллоидные пленки и т. п. электроосмос используется, например, для очистки воды, лечебных сывороток и т. п.
Если, например, при образовании на поверхности частицы двойного электрического слоя его диффузная часть под действием внешнего электрического поля будет двигаться в каком-либо направлении, то сама частица будет перемещаться в противоположном направлении, так как на ее поверхности расположено эквивалентное количество зарядов противоположного знака. Направление движения частиц при электрофорезе обусловлено знаком их заряда; скорость движения зависит от природы частиц и имеет порядок 0,003—0,0005 см/сек.
Электрофорез и электроосмос называются электрокинетическими явлениями.
Применение электрофореза
Электрофорез используется, например, для анализа белкового состава сыворотки крови. Сыворотка крови содержит пять основных белковых фракций, частицы которых имеют в электрическом поле разную подвижность. Эти фракции разделяются путем электрофореза.
Наиболее простым является метод электрофореза на бумаге (рис., а). Капля К приготовленной соответствующим образом сыворотки помещается в виде полоски на ленте Л из фильтровальной бумаги, смоченной буферным раствором. Концы ленты погружаются в ванны В с таким же раствором, в которых помещены электроды Э, соединенные с источником постоянного напряжения 500—700 в.
Под действием электрического поля частицы белка перемещаются в растворе, пропитывающем ленту, к положительному электроду и при этом разделяются в зависимости от их подвижности. Затем лента высушивается и фиксируется в растворе, образующем с белком окрашенное соединение. На ленте образуется ряд полосок, соответствующих разделенным фракциям белка (рис., б), по интенсивности окраски которых судят об относительной концентрации этих фракций.
Электрофорез лекарственных веществ применяется для лечебных целей.
Как работает электрофорез
Двойной электрический слой образуется на поверхности многих тканевых образований, представляющих границу раздела фаз, различных по своим физико-химическим свойствам, чаще всего это ткань и омывающая ее тканевая жидкость. Клеточные мембраны (оболочки), например, являются поляризованными: на их внешней и внутренней поверхности имеются связанные между собой заряды различных знаков.
Это происходит или в результате избирательной адсорбции на поверхности ионов определенного знака или односторонней проницаемости этих мембран для ионов того или иного знака. В качестве примера можно указать оболочку нервного волокна, которая в нормальном состоянии поляризована так, что наружная поверхность ее заряжена положительно, а внутренняя — отрицательно.