3.4.3 Влияние рН среды

Введение в золь ионов Н⁺и ОН^-может сильно сказываться на величине-потенциала, так как эти ионы обладают высокой сорбционной способностью: первые – благодаря малому радиусу, что позволяет им близко подходить к поверхности твердой фазы, вторые – из-за большого дипольного момента (большой поляризуемости).

3.4.4 Влияние природы дисперсионной среды

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

-потенциал частиц золя тем больше, чем больше (полярность растворителя).

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

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 протекания, потенциал оседания).

Несмотря на различие электрокинетических явлений, все они связаны с наличием ДЭС на частицах дисперсной фазы. Интенсивность всех электрокинетических явлений определяется значением -потенциала.

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. Например, если дисперсная фаза заряжена отрицательно, коллоидные частицы движутся к аноду (положительному электроду), а положительно заряженные противоионы диффузного слоя – к катоду (рис. 32).

Если дисперсная фаза заряжена положительно, направление движения частиц меняется на противоположное.

С

Рис 32. Схема движения коллоидной частицы и противоионов при электрофорезе: 1 – потенциалопределяющие ионы, 2 – противоионы адсорбционного слоя, 3 – противоионы диффузионного слоя

корость движения, или электрофоретическая скорость, зависит от величины электрокинетического потенциала, напряженности электрического поляE/Lи свойств сплошной среды – динамической вязкости μ и диэлектрической проницаемости:

,

где – электрофоретическая скорость;– электрокинетический потенциал;– диэлектрическая проницаемость среды;₀– электрическая постоянная,₀ = 8,8510^-12Кл/(Вм);Е– разность потенциалов внешнего электрического поля;L– расстояние между электродами;E/L=H –напряженность, или градиент, внешнего электрического поля;– динамическая вязкость сплошной среды;– фактор формы.

Коэффициент  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.

Скорость движения в расчете на единицу напряженности электрического поля Нназываетсяэлектрофоретической подвижностью

.

Электрофоретическая подвижность зависит только от свойств дисперсной фазы и дисперсионной среды.

На подвижность коллоидной частицы оказывают влияние электрофоретический и релаксационный эффекты.

Электрофоретический эффект(эффект торможения): под действием внешнего электрического поля противоионы передвигаются в направлении, противоположном движению частицы. За счет гидратации противоионы увлекают за собой и окружающую их жидкость (дисперсионную среду). Это приводит к тому, что частица перемещаются в направлении, противоположном движению жидкости, скорость ее уменьшается.

Релаксационный эффектвызывается нарушением симметрии ДЭС вокруг частицы при ее движении. ДЭС деформируется и отстает от частицы. В результате возникает добавочное электрическое поле, которое действует на частицу, стремясь двигать ее в обратном направлении, и тем самым влияет на скорость электрофореза.

Для учета влияния этих факторов в уравнение для расчета электрофоретической скорости и вводится коэффициент .

Применение электрофореза.

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

Наиболее простой метод – метод подвижной границы, в котором скорость движения частиц при электрофорезе оценивают по перемещению границы между прозрачной контактной жидкостью и окрашенным золем (рис. 33). При этом полагают, что все частицы движутся с одинаковой скоростью. Контактная жидкость представляет собой дисперсионную среду данного золя.

Э

Рис. 33. Определение -потенциала методом электрофореза: 1 – золь, 2 – контактная жидкость

лектрофоретическую скорость определяют как отношение величины смещения границы раздела золь-контактная жидкостьSко времени пропускания тока

.

Зная скорость перемещения частиц и свойства дисперсионной среды (и), рассчитывают-потенциал.

2. Разделение белков и других высокомолекулярных соединений, 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 тампон, смоченный 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.