تاثیر مقدار ولتاژ اعمالی در الکتروفورز مویین

 

 

 

 

به طوری که در معادله زیر مشاهده میکنید، سرعت مهاجرت یک یون υ، به قدرت میدان الکتریکی بستگی دارد. میدان الکتریکی به نوبه خود به وسیلهی بزرگی پتانسیل اعمال شده (V بر حسب ولت) و طول مسیری(L)  که میدان در آن اعمال میشود تعیین میگردد. بنابراین:

V/L υ= e

این رابطه نشان میدهد که برای به دست آوردن مهاجرت یونی و جداسازی سریع، پتانسیلهای اعمال شدهی بزرگتر مطلوب هستند. بهتر است جداسازیهای سریعتری داشته باشیم ، ولی مهمتر این است که جداسازیهای با تفکیک بالا بدست آوریم. بنابراین لازم است عواملی را بررسی کنیم که تفکیک در الکتروفورز را تعیین میکنند.

در کروماتوگرافی هم نفوذ طولی و هم مقاومت انتقال جرم در پهن شدگی نوار مشارکت میکنند. با وجود این از آنجا که تنها یک فاز در الکتروفورز درگیر است فقط نفوذ طولی را باید در نظر گرفت. تعداد بشقابک (N) در الکتروفورز با رابطه زیر به دست میآید.

N= eV/2D

که در آن D ضریب نفوذ حل شده بر حسب cm2s-1 است. از آنجا که قدرت تفکیک با افزایش تعداد بشقابک زیاد میشود، بهتر است پتانسیلهای اعمال شدهی بالایی به کار برده شود. باید توجه داشت که در الکتروفورز مویین همانند کروماتوگرافی، تعداد بشقابکها با افزایش طول ستون زیاد نمیشود.

طول بلند و سطح مقطع کوچک لولهی مویین باعث بالا بودن مقاومت آن میشود. از آنجا که اتلاف توان با مقاومت نسبت عکس دارد، لذا میتوان پتانسیلهای نسبتاً زیادتری را نیز به کار برد. علاوه بر این، نسبت سطح به حجم زیاد لولهی مویین، سرمایش کافی را در مقابل گرمایش ژول تامین میکند. در نتیجهی این دو عامل، پهن شدگی نوار در اثر اختلاط همرفت رانده شدهی گرمایی به میزان قابل توجهی کاهش پیدا میکند. لذا به راحتی میتوان پتانسیلهای تا 30 کیلو ولت را نیز به کار برد و این باعث بهبود در سرعت و تفکیک میشود. تعداد بشقابکها در الکتروفورز مویین تا 200000 هم میرسد، در حالیکه در HPLC این تعداد کمتر از 20000 میباشد.

 

جریان الکترواسمزی[1] (EOF)

جریان تودهی محلول در لولهی مویین (جریان الکترواسمزی) پدیدهای مهم در الکتروفورز میباشد. در الکتروفورز مویین از یک لولهی سیلیکای مذاب استفاده میشود. سطح داخلی لولهی مویین که در طول آنالیز در تماس با محلول قرار میگیرد، دارای گروههای سیلانول قابل یونیزه شدن میباشد. در محدودهای از pH که در الکتروفورز مویین به طور معمول مورد استفاده قرار میگیرد (pH بین 2 تا 9) گروههای سیلانول تفکیک شده و دیوارهی داخلی دارای بار منفی میگردد. حال دیوارهی باردار شدهی منفی، یونهای دارای بار مثبت الکترولیت را جذب کرده و یک لایهی دوگانهی الکتریکی ایجاد میگردد (شکل 1). با اعمال پتانسیل مستقیم کاتیونها به سمت کاتد مهاجرت کرده و تودهی محلول اطراف را با خود حمل میکند که نتیجهی این امر ایجاد جریان الکترواسمزی به سمت کاتد میباشد.

با برقراري ولتاژ قوي در طول لوله‌ی مويين، جريان الکترواسمزي ايجاد خواهد شد. از طرفي يون‌ها و ذرات باردار نيز به طور ذاتي داراي حرکت الکتروفورتيک[2] خواهند بود. برآيند اين دو حرکت براي يون‌ها به صورت زير است:

                                                      

 

 

معمولاً جريان الکترواسمزي بيشتر از تحرک الکتروفورتيک مي‌باشد و بر آن غلبه دارد. نتيجه‌ی اين امر، حرکت تمام يون‌ها (چه مثبت و چه منفي) و ذرات خنثي در طول لوله‌ی مويين از قطب مثبت به سمت قطب منفي خواهد بود. برآيند حرکت براي يون‌هاي مثبت و منفي و ذرات خنثي به اين صورت خواهد بود که ذرات با بار مثبت بيشترين سرعت مهاجرت و ذرات با بار منفي کمترين سرعت مهاجرت را دارند. ذرات خنثي همراه با جريان الکترواسمزي به سمت قطب منفي کشيده مي‌شوند و سرعت مهاجرت آن‌ها برابر با سرعت جريان الکترواسمزي است. همچنين يون‌هاي مثبت که نسبت بار به جرم (يا بار به شعاع يون) در آن‌ها بزرگتر است، سريعتر از يون‌هاي مثبت با نسبت بار به جرم کوچک‌تر مهاجرت خواهند نمود (شکل 2)

 

شکل 1- توزیع بار در سطح مشترک سیلیس / مویین و جریان الکترواسمزی حاصل.

 

در نتیجه افزایش ولتاژ منجر به آثار زیر میگردد:

- افزایش جریان الکترواسمزی

- افزایش سرعت مهاجرت

- زمانهای مهاجرت کوتاهتر

البته استفاده از ولتاژ بالا میتواند سبب ایجاد جریان الکتریکی بالا و یا دمای بالا گردد که این عوامل میتوانند منجر به تجزیهی الکترولیت زمینه / آنالیت گردند.



[1] Electro-osmotic flow

[2] Electrophoretic mobility

 

 

 

 
 
   
 

HOME | About us | Products | Projects | Gallery | Download | Contact