Устройство для электрофореза

Союз Советских Социалистически Республик(51) М, Кл,- "С 01 М 27 2) Заявле дпненнем заявкис присо Государственный комнте Совета Министров СССР(23) Приоритет18 15.05.77. Бюллет 53) УДК 543.275 (088,8) уоликов елам нзобретенни открытий Дата опубликования описания 2 6.77) Заявител РОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОФОРЕ(54 вете. Известно также электрофореза (м Дорфмана), содерж параллельную ячей ферные камера с эл подвода и отвода д С помощью этогодля изученияАбрамсоначную плоскоую с ней букранами для обы 2.также невозустроиство икрокамера ащее прозр у, соединен ектродами и исперсной прустройства Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ.Известны устройства для электрофореза, 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 кюможно измерить силу внешнего электрического поля, действующую на отдельные днсперсные частицы в дисперснонной среде.Целью изобретения является ооеспечение5 возможности измерения силы внешнего электрического поля, действующей на частицы.Поставленная цель достигается благодарятому, что электроды, закреплены на диэлектрических поршнях, установленных в буфер 0 ных камерах с возможностью перемещениявдоль ячейки, а в донной части ячейки установлен пьезодатчик, электрически связанныйс регистратором,На чертеже изображено устройство для5 электрофореза, разрез.Принцип действия устройства заключаетсяв следчощем.Силу внешнего электрического поля, действующую на одну дисперсную частицу, непо 0 средственно замерить невозможно. Однако,если на эту частицу воздействовать другойсилой (например, импульсом гидравлическогодавления) и обеспечить движение частицы нанекотором малом пути 5 с такой же средней5 скоростью, как и в случае воздействия электрического поля, то можно считать, что силы,двигающие частицы в первом и во второмслучаях, равны между собой, при этом силы,препятствующие движению (сопротивление)0 также одинаковы.3Устройство 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 работает 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 ячейки 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 1 и 11, видимые под микроскопом. Расстояние 5 между штрихами используется в качестве базы для сравнения электрофоретической подвижности частицы с подвижностью этой же частицы под действием импульса гидравлического давления.Величина 5 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 1 и 11 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, микро- импульсное давление Р передвигает ее вдоль 5582064ячейки. Величина Р на участке пути 5 измеряется с помощью пьезодатчика и комплексаизмерительных приборов.Регулируя импульсы давления Р, можно5 подобрать скорость движения истицы,пуго скорости электрофореза этой же частицы.Зная величину давления Ри измерив размер частицы, можно вычислить внешнюю силу, псредвигающую частицу вдоль ячейки.Р= РГ,где Р - лобовая поверхность частицы, воспринимающая усилие Р. Определенная таким образом сила Р эквивалентна силе электри ческого поля Р Сила Р, представляет собойлиоо электрофоретическую силу (в случае отсутствия электроосмоса), либо геометрическую сумму электрофоретической и электроосмотрической силы (при наличи;1 электроос моса).Определение силы электричсского поля Р спомощью описанного устройства осуществляют в два этапа с выполнением следующих операций.25 Псрвый этап: устройство закрепляют напредметном столике микроскопа; через краны 21 и 22 прибор заполняют исследуемой дисперсной систсмои; затем объектив 23 микроскопа фокусируют на стационарный уро4вснь ( - илп - глубины ячейки), в котором5 5отсутствует электроосмотичсскос движение жидкости и, следовательно, на частицу не действует электроосмотическия сила; регулируют 35 и измеряют с помощью микрометрических винтов 9 расстояние между электродами, обеспечивая тем самьм требуем 1 о напряженность электрического поля; подключают электроды к источнику тока и приступают к наблгоде нию в окуляр 24 за движением частицы наотрезке 5; несколько раз замеряют время 11, в течение которого частица проходит путь от риски 1 до риски 11; вычисляют среднюю величину этого времени:45где ц - число из;,герений; определяют среди:ою скорость движения частицы на участке 5 под действием электрического поля5Срфнапряжение с электродов снимают, открывад 5 ют краны для выпуска газов из буферных камер и несколько минут дисперсной системе дают успокоиться,Во втором этапе датчик 16 подключают кприборам 18 - 20; краны закрывают и продол жают наблюдение на окуляр за той же частицей, что и в 1 этапе, измеряют размер частицы а, поворотом головки 10 через поршень на жидкость передают микроимпульсное давление, под действием которого частица передви гается вдоль ячейки; замеряют время, за ко 5торое частица проходит путь (от риски 1 до риски 11) и регистрируют импульсное давление 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 движения частицы, при которой время 1 перемещения ее от риски 1 до риски 11 оказывается равным среднему времени 1 электрофоретического перемещения частицы на том же расстоянии.По показаниям приборов записывают импульсное давление Рв режиме 12=11,; вычисляют внешнюю силу, передвигающую частицу:Р= РЕ. Сила Р эквивалентна искомой электрофоретической силе Рт. е. Р=РПриборы 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 ЯО 2) характеризовалась следующими показателями а=0,32 - 0,48 мкм,- потенциал= ( - )32 мВ. 5582066Измеренную электрофоретическую силу Р,сравнивали с теоретической электрофоретической силой Р вычисленной по формулеетеорРэ =е,.- г Е,5 этеоргде в - диэлектрическая проницаемость среды;- - электрокинетпческпй потенциал;г - радиус частицы;10 Е - напряженность поля.Расхождение результатов не превышало25%, что подтверждает принципиальную работоспособность устройства. Формула изобретенияУстройство для электрофореза, содержащеепрОзранмО плоскопаралле:1 ь 11 уО ячейку, соединенные с ней буферные камеры с электро 20 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 электрическогопОля, дс 1 ству 101 цеи на частицы, электроды25 закреплены на диэлектрических поршнях, установленных в буферных камерах с возможностью перемещения вдоль ячейки, а в доннойчасти ячейки установлен пьсзодатчпк, электрически связанный с регистратором,Зд Источники информации, принятые во вниман 11 е при экспертизе заявки.1.;1 акокрасочные материалы и их применение, 1970, М 3, 51 - 53,2. Руководство к практическим работам поЗ 5 коллоидной химии М-.1., 1964, О. Н. Григоров стр, 202,