Устройство для электрофореза

Устройство для электрофореза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 558206

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетсхнх

Социалистически»

Республик (61) Дополнительное и апт. сгпд-ву (22) Заявлено 21.07.75 (21) 2159319/25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.05.77. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 20.06.77 (51) М. Кл.- "С 01N 27/2G

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 543.275 (088.8) по лелем изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Ю. С. Веселов и И. С. Лавров (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОФОРЕЗА

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ.

Известны устройства для электр офореза, которые применяются в практике изучения физических и кол лоидно-химических свойств систем с жидкой дисперсионной средой. Прибор для микроэлектрофореза основан на принципе ультрамикроскопического наблюдения за движением частиц в переменном электрическом поле и включает в себя плоскопараллельную прозрачную кювету, содержащую электродные камеры с неподвижными сетчатыми электродами, соединенными с источником переменного напряжения. Для замера напряженности поля в кювете размещены два щупа, соединенные с ламповым вольтметром. Прибор предназначен для измерения подвижности частиц в электрическом поле (1).

Однако прибор не позволяет измерять силу внешнего электрического поля, действующего на частицы в момент их передвижения в кювете.

Известно также устройство для изучения электрофореза (микрокамера АбрамсонаДорфмана), содержащее прозрачную плоскопараллельную ячейку, соединенную с ней буферные камера с электродами и кранами для подвода и отвода дисперсной пробы (2).

С помощью этого устройства также невозможно измерить силу внешнего электрического поля, действующую на отдельные дисперсные частицы в дисперсионной среде.

Целью изобретения является ооеспечение

5 возможности измерения силы внешнего электрического поля, действующей на частицы.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что электроды, закреплены на диэлектрических поршнях, установленных в буфер10 ных камерах с возможностью перемещения вдоль ячейки, а в донной части ячейки установлен пьезодатчик, электрически связанный с регистратором, На чертеже изображено устройство для

15 электрофореза, разрез.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

Силу внешнего электрического поля, действующую на одну дисперсную частицу, непо20 средственно замерить невозможно. Однако, если на эту частицу воздействовать другой силой (например, импульсом гидравлического давления) и обеспечить движение частицы на некотором малом пути S с такой же средней

25 скоростью, как и в случае воздействия электрического поля, то можно считать, что силы, двигающие частицы в первом и во втором случаях, равны между собой, при этом силы, препятствующие движению (сопротивление)

ЗО также одинаковы.

Устройство устроено следующим образом.

Плоскопараллельная ячейка 1, выполненная из стекла, боковыми частями соединена с буферными камерами 2 и 3 так, что полость ячейки служит связующим звеном полостей

4 и .5 буферных камер. Так как прибор paGoтает под напряжением, то буферная камера выполнена из диэлектрика и представляет собой цилиндры с тщательно обработанной внутренней поверхностью.

Внутри цилиндров находятся подвижные поршни 6 и 7, изготовленные также из диэлектрика. Поршни соединены со штоками 8, которые, в свою очередь, кинематически связаны с микрометрическими винтами 9. При повороте головок 10 и 11 поршни перемещаются вдоль цилиндров. К лобовой поверхности каждого поршня прикреплены (специальным клеем) плоские электроды 12 и 13, изготовленные из материала, нерастворимого в электрическом поле (например, из пластины, платинированного титана и др.) . Для подключения электродов к источнику питания служат тоководы 14 и 15, выведенные по каналам за пределы устройства.

В донной части плоскопараллельной я;ейки 1 установлен пьезодатчик 16, который подает электрические сигналы об изменении давления внутри ячейки, смонтированный таким образом, что не создает дополнительного гидравлического сопротивления и не препятствует передвижению дисперсных частиц вдоль ячейки. Датчик 16 каналами связи 17 соединен с измерительной аппаратурой: например, осциллографом 18, усилителем 19, вторичным (показывающим или регистрирующим) прибором 20.

Краны 21 и 22 заполняют рабочую полость устройства исследуемой дисперсной системы и осушают (промывают) его по окончании работы.

Для удобства определения скорости движения частиц на внутренней поверхности ячейки 1 нанесены штрихи и П, видимые под микроскопом. Расстояние S между штрихами используется в качестве базы для сравнения электрофоретической подвижности частицы с подвижностью этой же частицы под действием импульса гидравлического давления.

Величина S выбирается в зависимости от свойств дисперсной системы (размера, формы и природы частиц, природы дисперсионной среды и др. факторов) в пределах 10—

100 мкм. Вместо штрихов I и II можно использовать штрихи окулярной сетки микроскопа.

Устройство устанавливается на предметном столике микроскопа (на чертеже микроскоп изображен в виде объектива 23, окуляра 24 и осветительной системы 25).

Через поршни 6 и 7 при повороте головок микрометрических винтов 9 исследуемой пробе передается микроимпульс давления.

Воздействуя на дисперсную частицу, микроимпульсное давление P„передвигает ее вдоль

5582064 ячейки. Величина Р„ на участке пути S измеряется с помощью пьезодатчика и комплекса измерительных приборов.

Регулируя импульсы давления Р„, можно

5 IIo oGpaTb скорость QPHJKBIlHH частицы, ную скорости электрофореза этой же частицы.

Знак величину давления Р„и измерив размер частицы, можно вычислить внешнюю силу, псредвигaþùóIo частицу вдоль ячейки.

Р= Р„Г, где f. — лобовая поверхность частицы, воспринимающая усилие Р. Определенная таким образом сила t эквивaëåíòíà силе электри-!

5 ческого поля Р,. Сила Р, представляет собой лиоо электрофоретическую силу (в случае отсутствия электроосмоса), либо геометрическую сумму электрофоретической и электроос IoTIpII«ecI(ot силы (при наличи;I электроос20 моса) .

Определение силы электрпчсского поля Р, с помощью описанного устройства осуществляют в два этапа с выполнение:ë следующих операций.

25 Псрвый этап: устройство закрепляют на предметном столике микроскопа; через краны 21 и 22 прибор заполняют исследуемой дисперсной систсмои; затем объектив 23 микроскоп а фокусируют на стационарный уро30 4 вснь (— илп — глубины ячейки), в котором

5 5 отсутствует электроосмотичсскос движение жидкости и, следовательно, на частицу не действует электроосмотическия сила; регулируют

35 и измеряют с помощью микрометрических винтов 9 расстояние между электродами, обеспе III a ÿ тем сам ым Т1)ебуему10 напряженность электрического поля; подключают электроды к источнику тока и приступают к наблюде40 нию в окуляр 24 за движением частицы на отрезке S; несколько раз замеряют время tI, в течение которого частица проходит путь от риски 1 до риски II; вычисляют среднюю величину этого времени:

45 где ц — число измерений; определяют среди:ою скорость движения частицы на участке S под действием электрического поля

U,, напряжение с электродов снимают, открыва 5 ют краны для выпуска газов из буферных камер и несколько минут дисперсной системе дают «успокоиться».

Во втором этапе датчик 16 подключают к приборам 18 — 20; краны закрывают и продол60 жают наблюдение на окуляр за той же частицей, что и в I этапе, измеряют размер частицы а, поворотом головки 10 через поршень на жидкость передают микроимпульсное давление, под действием которого частица передвиG5 IaeTcII oJII II eHIIH; замеряют время, за ко5 торое частица проходит путь (от риски 1 до риски II) и регистрируют импульсное -iaaëåние по показаниям приборов 18 или 20; поворотом головки 11 частицу возвращают в исходное положение и опыт повторяют.

Регулируя микроимпульсное давление, величина которого зависит от угла и скорости поворота головок 10 и 11, за несколько проходов (3 — 5) подбирают такую скорость дви>кения частицы, при которой время fq перемещения ее от риски 1 до риски II оказывается равным среднему времени t„электрофоретического перемещения частицы на том же расстоянии.

По показаниям приборов записывают импульсное давление Р„в режиме 4=1!, вычисляют внешнюю силу, передвигающую частицу:

Р= P„F.

Сила Р эквивалентна искомой электрофоретической силе Р„т. е. P--P,.

Приборы 18 — 20 отключают от датчика 16.

Открывают краны 21 и 22, осушают и промывают прибор.

Для проверки предлагаемого конструктивного решения изготовлен и испытан макет описанного устройства.

В качестве дисперсной системы использовалась пресная вода, длительно хранящаяся в цементированных цистернах. Дисперсная фаза (частицы SIO>) характеризовалась следующими показателями а=0,32 — 0,48 мкм, — потенциал= (— )32 мВ.

558206

Измеренную электрофоретическую силу Р, сравнивали с теоретической электрофоретической силой Р,, вычисленной по формуле етеор

Рэ = е,.- г Е, 5 этеор где в — диэлектрическая проницаемость среды;

„- — элcêòðокиHåòè÷åñêèé потенциал;

r — радиус частицы;

11 Š— напряженность поля.

Расхождение результатов не превышало

25% что подтверждает принципиальную работоспособность устройства.

Формула изобретения

Устройство для электрофореза, содержащее прозрачн ю плоскопараллельн!ую ячейку, соединенные с ней буферные камеры с электро20 дами и кранами для подвода и отвода дисперсной исследуемой пробы, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения силы внешнего электрического поля, депству1ощеи на частицы, электроды

25 закреплены на диэлектрических поршнях, установленных в буферных камерах с возможностью перемещения вдоль ячейки, а в донной части ячейки установлен пьсзодатчпк, электрически связанный с регистратором.

33 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе заявки:

1..1акокрасочные материалы и их применение, 1970, ¹ 3, 51 — 53.

2. Руководство к практическим работам по

35 коллоидной химии М-.1., 1964, О. Н. Григоров стр. 202.