Реферат на тему: Електрофорез - Медицина та здоров'я - Реферати - Каталог статей

Реферат на тему: 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: Електрофорез проводять в буферних середовищах, які є складними електролітами; Електрофоретично розділяють складні дисперсійні суміші: суспензії, емульсії, ліофобні колоїдні системи, ліофільні золі; Дисперсійні електрофоретичні частинки, в буферному розчині, як правило мають міцелярну будову, що змінює величину та природу їх заряду. . 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: Фізико-хімічні властивості зразка, тобто дисперсійних частинок, які розділяють; Структуру та властивості середовища (носія) в якому проводять електрофорез; 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 значення градієнту напруги може приводити до електрохімічних змін у макромолекулах зразку, тому високомолекулярні компоненти розділяють при невисоких напругах 100 - 200 В, і градієнту напруги до 20 В-см'1 (низьковольтний електрофорез), а розділення низькомолекулярних сполук проводять при напругах 500 - 10000 В, і градієнту до 200 В-см-1 ( високовольтний електрофорез). Швидкість руху частинок зразку обернено пропорційна опору середовища і в свою чергу залежить від типу та структури носія, а також від іонної сили буферу. Опір буде зростати із збільшенням довжини шару носія і зменшуватись при збільшені його ширини. В ході електрофорезу буде виділятись тепло і інтенсивність його виділення пропорційна I2-R, що приводить до інтенсивного випаровування розчинника, зміни опору та величини струму в системі, тобто умов протікання процесів електрофорезу. Для забезпечення стабільних умов проведення електрофорезу потрібно використовувати стабілізовані джерела живлення, які автоматично підтримують на постійному рівні або напругу, або силу струму, незалежно від температурних флуктуацій величини опору системи. Процес випаровування можна звести до мінімуму, поміщаючи зволожений носій в достатньо герметичну камеру. При високовольтному електрофорезі для додаткового охолодження електролітичну камеру комплектують примусовою системою охолодження. Буфер. Буфер є одним із найважливіших складових електрофоретичної системи, він виступає в ролі розчинника, визначає і стабілізує рН середовища ( носія ), а також безпосередньо впливає на швидкість міграції макроіонів зразку. Тому підбір буферу, тобто його склад, концентрація і значення величини рН , є важливою процедурою створення оптимальних умов проведення електрофорезу. Найбільш* широко використовують буфери - фосфатний, ацетатний, цитратний, форміатний, тріс, ЕДТА, боратний і піридиновий. При підборі буферу потрібно враховувати його хімічну природу, концентрацію, значення величини рН та його буферну ємність. Концентрація буферу визначає його іонну силу, тому при збільшенні концентрації буферу компонента електрофоретичного струму, що зумовлений переносом іонів буферу, буде зростати, а частка стуму за рахунок іонів зразку зменшуватись. Тому швидкість міграції компонентів зразку буде сповільнюватись. Оскільки високі концентрації буферу приводять до збільшення величини сумарного струму, то це супроводжується значним збільшенням виділення тепла. При низькій іонній силі буферу струм, зумовлений переносом іонів буферу, зменшується, а частка струму за рахунок іонів зразку зростає, тобто міграція макроіонів збільшується. Сумарний струм зменшується, що приводить до зменшення виділення тепла. Однак низькі концентрації буферу приводять до значного зростання процесів дифузії компонентів зразку, що негативно впливає на якість електрофоретичного розділення. Величина рН буферу для неорганічних компонентів зразку з високим ступенем дисоціації практично не має важливого значення, але для органічних сполук та складних міцелярних частинок рН визначає ступінь їх іонізації. З ростом рН іонізація кислих груп зростає, а основних, навпаки, зменшується, що приводить до зміни їх електрофоретичної рухливості." Особливо значний вплив рН буферу має на амфотерні сполуки зразку (амфоліти). Значення рН буде визначити не тільки величину іонізаційного потенціалу макроіону, але і знак його заряду, оскільки амфоліти, в залежності від своєї ізоіонн'ої точки та різного значення рН середовища, можуть іонізуватись в катіони або аніони. Тому рН буферу буде визначати як швидкість так і напрямок їх руху в електрофоретичній системі. Носій. В якості носія використовують відносно інертні речовини, які виступають в електрофоретичній системі твердою нерухомою фазою. В такій системі буфер виконує роль розчинника в якому під впливом прикладеної напруги відбувається рух макроіонів зразку та іонів самого буферу. Незважаючи на хімічну індиферентність носія його природа та фізико-хімічні властивості можуть в значній мірі впливати на електрофоретичну рухливість дисперсійних частинок зразку: Особливо мікроструктури носія та його" здатності викликати в системі такі явища як адсорбція та електроосмос. Адсорбція проявляється в утриманні поверхнею носія частинок зразку, що приводить до зниження рухливості компонентів зразку, розмивання фронту руху і не якісного розділення частинок. Електроосмос зумовлюється виникненням відносного заряду між молекулами води буферного розчину і поверхнею носія. Це приводить до іонізації поверхневих груп носія, адсорбції іонів буферу і в свою чергу до зменшення рухливості частинок зразку та зміни опору системи. Види електрофорезу. Існує три типи електрофорезу: фронтальний, зональний і безперервний.* У фронтальному електрофорезі макромолекули зразку знаходяться у всьому об'ємі розчину і їх рухливість визначають за допомогою шліреновської оптики як функцію часу. Це аналітичний метод, його використовують для визначення ізоелектричної точки таких полімерних молекул, як білки, нуклеїнові кислоти, тощо. Для електрофоретичного розділення цей метод застосовують тільки в окремих випадках. При зональному електрофорезі зразок мікропіпеткою наносять у вигляді плями чи поноски (зони) на поверхню носія і мікрочастинки рухаються в розчині з різною швидкістю, відповідно до їх електрофоретичних властивостей. Метод використовують для розділення сумішей, визначення чистоти, аналізу змін в рухливості і ( або) конформації макромолекул, а також для високоякісної очистки речовин. При безперервному електрофорезі зразок також наносять у вигляді зони, але його добавляють постійно. Методи зонального електрофорезу. Оскільки при зональному електрофорезі зразок наносять на твердий або гелеподібний напівтвердий носій у вигляді зони, то для умов повного розділення потрібно використовувати невелику кількість вихідної речовини. Ця обставини вимагає таких якостей носія, які максимально запобігають механічним впливам та процесам конвекції, що виникають в наслідок температурних коливань та високої концентрації молекул в розчині зразку. При певних умовах носій може адсорбувати молекули різного типу або діяти в якості молекулярного сита, приводячи тим самим до хроматографічних ефектів чи проявлення процесів електроосмосу! Такі властивості носія можуть сприяти розділенню, або погіршувати його, в залежності від фізико-хімічний властивостей молекул зразку та властивостей буферного середовища. Використання різних матеріалів в якості носія та відповідно різних процедур проведення розділення характеризує різні типи зонального електрофорезу, а саме: Електрофорез на папері; Електрофорез на ацетат целюлозі; Тонкошаровий електрофорез. Гель-електрофорез.
1 2 3 4 5 Категория: Медицина та здоров'я \| Добавил: Aspirant (28.05.2014)
Просмотров: 648 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: