3.4.4. Влияние природы дисперсионной среды

Дисперсионная среда обычно характеризуется двумя величинами: диэлектрической проницаемостью и вязкостью .

Электрокинетический потенциал частиц золя тем больше, чем меньше (полярность растворителя).

Чем больше вязкость, тем толще слой дисперсионной среды, который прилипает к частице при разрыве мицеллы и, следовательно, тем больше численное значение потенциала.

Лекция 11

3.5. Электрокинетические явления

Электрокинетические явления – это явления, которые возникают при воздействии электрического поля на дисперсную систему (электрофорез, электроосмос), а также в результате перемещения частиц дисперсной фазы или дисперсионной среды (потенциал течения, потенциал седиментации).

Причина электрокинетических явлений заключена в противоположности знаков заряда твердой фазы и жидкости, что связано с наличием ДЭС на поверхности частиц дисперсной фазы. При перемещении частицы и дисперсионной среды относительно друг друга происходит разрыв ДЭС по плоскости скольжения. Величина электрокинетического ( ) потенциала, соответствующего плоскости скольжения, определяет интенсивность всех электрокинетических явлений.

3.5.1. Электрофорез

Электрофорез – направленное движение частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды под действием внешнего электрического поля.

При наложении внешнего электрического поля происходит разрыв мицеллы: частицы дисперсной фазы вместе с адсорбированными на них потенциалопределяющими ионами и противоионами адсорбционного слоя перемещаются к электроду, знак которого противоположен знаку заряда коллоидной частицы ( потенциалу), а противоионы диффузионного слоя – к другому электроду.

Н апример, если дисперсная фаза заряжена отрицательно, коллоидные частицы движутся к положительному электроду (аноду), а положительно заряженные противоионы диффузионного слоя – к катоду (рис. 40). И наоборот.

После установления стационарного режима электрофорез идет с постоянной скоростью. Скорость движения, или электрофоретическая скорость , зависит от величины электрокинетического потенциала ( ), напряженности электрического поля ( ) и свойств сплошной среды (динамической вязкости и диэлектрической проницаемости ):

, (45)

где – электрическая постоянная, 8,8510^–12 Кл/(Вм);

– напряженность, или градиент внешнего электрического поля;

– разность потенциалов внешнего электрического поля;

– расстояние между электродами.

Скорость движения в расчете на единицу напряженности электрического поля Н называют электрофоретической подвижностью

. (46)

зависит только от свойств дисперсной фазы и дисперсионной среды.

На подвижность коллоидной частицы оказывают влияние электрофоретический и релаксационный эффекты.

Электрофоретический эффект торможения обусловлен сопротивлением движению частиц, которое оказывают гидратированные противоионы, увлекающие за собой окружающую их жидкость (дисперсионную среду) и передвигающиеся в направлении, противоположном движению частицы. Это приводит к снижению электрофоретической скорости.

Релаксационный эффект вызывается нарушением симметрии диффузионного слоя ДЭС вокруг частицы при относительном движении фаз в противоположных направлениях. В результате возникает добавочное электрическое поле, направленное против внешнего поля, которое действует на частицу, стремясь двигать ее в обратном направлении. В результате скорость электрофореза снижается.

Для учета влияния этих факторов в уравнение (45) введен коэффициент (пси), который учитывает форму частиц и их ориентацию в электрическом поле. Для шарообразных частиц коэффициент равен 0,66, а для цилиндрических, ориентированных вдоль силовых линий электрического поля – 1.

Применение электрофореза.

1. Метод электрофореза широко используется для определения потенциала. Для этого измеряют электрофоретическую скорость при известной напряженности электрического поля.

Н аиболее простой метод – метод подвижной границы, в котором скорость движения частиц при электрофорезе оценивают по смещению границы между прозрачной контактной жидкостью и окрашенным золем (рис. 41). Контактная жидкость представляет собой дисперсионную среду данного золя.

Электрофоретическую скорость определяют как отношение величины смещения границы раздела золь–кон-тактная жидкость ( ) ко времени пропускания тока ( )

.

Зная скорость перемещения частиц и свойства дисперсионной среды ( и ), рассчитывают потенциал, выражая его из уравнения (45).

2. Разделение белков и других ВМС, биологически активных веществ на фракции.

3. Нанесение ровных, тонких, прочных покрытий на металлические поверхности любой формы.

4. В медицине – для разделения и анализа белков, введения лекарственных препаратов. На кожу пациента накладывают салфетку, смоченную раствором лекарственного препарата, а сверху помещают электроды, к которым приложен низкий потенциал. В ходе этой процедуры частички лекарственного препарата под действием электрического поля переходят в ткани организма человека.