Устройство для электрофореза Советский патент 1977 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ.

Известны устройства для электрофореза, которые применяются в практике изучения физических и коллоидно-химических свойств систем с жидкой дисперсионной средой. Прибор для микроэлектрофореза основан на иринципе 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, дейстБуюш,ю на отдельные дисперсные частицы в дисперсионной среде.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения силы внешнего электрического поля, действующей на частицы.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что электроды, закреплены на диэлектрических поршнях, установленных в буферных камерах с возможностью перемещения вдоль ячейки, а в донной части ячейки установлен иьезодатчик, электрически связанный с регистратором.

На чертеже изображено устройство для

электрофореза, разрез.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

Силу внешнего электрического поля, действующую на одну дисперсную частицу, непосредствеино замерить невозможно. Однако, если на эту частицу воздействовать другой силой (например, импульсом гидравлического давления) и обеспечить движение частицы на некотором малом пути 5 с такой же средней

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

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 нолостер 4 и .5 буферных камер. Так как прибор работает под напряжением, то буферная камера выполнена из диэлектрика и нредставляет собой цилиндры с тщательно обработанной внутренней новерхностью.

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

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

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

Для удобства определения скорости движения частиц иа внутренней поверхности ячейки 1 нанесены штрихи I и И, 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 порщни 6 и 7 при повороте головок микрометрических винтов 9 исследуемой пробе передается микроимпульс давления.

Воздействуя на дисперсную частицу, микроимпульсное давление РИ передвигает ее вдоль

ячейки. Величина РЛ на участке пути 5 измеряется с помощью пьезодатчика и комплекса измерительных приборов.

Регулируя импульсы давления Р„, можно подобрать скорость движения частицы, равную скорости электрофореза этой же частицы.

Зная величину давления PU и измерив размер частицы, можно вычислить внещнюю силу, передвигающую частицу вдоль ячейки.

Р- Р Г

- и /

где / - лобовая поверхность частицы, воспринимающая усилие Р. Определенная таким образом сила Р эквивалентна силе электрического поля РЭ. Сила РЭ представляет собой либо электрофоретическую силу (в случае отсутствия электроосмоса), либо геометрическую сумму электрофоретической и электроосмотрической силы (при наличии электроосмоса).

Определение силы электрического поля Р с помощью описанного }стройства осуществляют в два этапа с выполнением следующих операций.

Первый этап: )стройство закрепляют на предметном столике микроскопа; через краны 21 и 22 прибор заполняют исследуемой дисперсной системой; затем объектив 23 микроскопа фокусируют па стационарный уровень (- НЛП -глубины ячейки), в котором 55

отсутствует электроосмотическое движение жидкости и, следовательно, на частнцу не действует электроосмотическия сила; регулируют

и измеряют с помощью микрометрических винтов 9 расстояние между электродами, обеспечивая тем самым требуемую напряженность электрического поля; подключают электроды к источнику тока и приступают к наблюдению в окуляр 24 за движением частицы на отрезке 5; несколько раз замеряют время /j, в течение которого частица проходит путь от риски I до риски II; вычисляют среднюю величину этого времени:

/

ср -- -1Г

где п - число измерений; определяют среднюю скорость движения частицы на участке 5 под действием электрического поля

и

ср 1.„

напряжение с электродов снимают, открывают крапы для выпуска газов из буферных камер и несколько минут дисперсной еистеме дают «успокоиться.

Во втором этапе датчик 16 подключают к приборам 18-20; краны закрывают и продолжают наблюдение на окуляр за той же частицей, что и в I этапе, измеряют размер частицы а, поворотом головки 10 через порщень на жидкость передают микроимпульсное давление, под действием которого частица передвигается вдоль ячейки; замеряют время, за ко