वैद्युतकणसंचलन

वैद्युतकणसंचलन एक स्थानिक रूप से समान विद्युत क्षेत्र के प्रभाव के तहत एक द्रव के सापेक्ष इंटरफ़ेस और कोलाइड विज्ञान की गति है।    सकारात्मक रूप से आवेशित कणों (धनायन) के वैद्युतकणसंचलन को कभी-कभी कैटफोरेसिस कहा जाता है, जबकि नकारात्मक रूप से आवेशित कणों (आयनों) के वैद्युतकणसंचलन को कभी-कभी एनाफोरेसिस कहा जाता है।

वैद्युतकणसंचलन की इलेक्ट्रोकाइनेटिक घटनाएं पहली बार 1807 में मास्को विश्वविद्यालय में रूसी प्रोफेसरों पीटर इवानोविच स्ट्रैखोव और फर्डिनेंड फ्रेडरिक रीस द्वारा देखी गई थी। जिन्होंने देखा कि एक स्थिर विद्युत क्षेत्र के प्रयोग से पानी में बिखरी हुई मिट्टी के कण पलायन कर जाते हैं। यह अंततः कण की सतह और आसपास के तरल पदार्थ के बीच चार्ज किए गए इंटरफ़ेस की उपस्थिति के कारण होता है। यह आकार, आवेश या बंधन बंधन द्वारा अणुओं को अलग करने के लिए रसायन विज्ञान में प्रयुक्त विश्लेषणात्मक तकनीकों का आधार है।

आकार के आधार पर मैक्रो मोलेक्यूल ्स को अलग करने के लिए वैद्युतकणसंचलन का उपयोग प्रयोगशालाओं में किया जाता है। तकनीक एक ऋणात्मक आवेश लागू करती है इसलिए प्रोटीन एक धनात्मक आवेश की ओर बढ़ता है। डीएनए, आरएनए और प्रोटीन विश्लेषण में वैद्युतकणसंचलन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

सिद्धांत
निलंबित कणों में एक विद्युत सतह आवेश होता है, जो सतह पर सोखने वाली प्रजातियों से अत्यधिक प्रभावित होता है, जिस पर एक बाहरी विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रोस्टैटिक कूलम्ब बल लगाता है। दोहरी परत (इंटरफेसियल) सिद्धांत के अनुसार, तरल पदार्थ में सभी सतह आवेश आयनों की एक विसरित परत द्वारा प्रदर्शित होते हैं, जिसमें समान निरपेक्ष आवेश होता है लेकिन सतह आवेश के संबंध में विपरीत संकेत होता है। विद्युत क्षेत्र भी विसरित परत में आयनों पर एक बल लगाता है जिसकी दिशा सतह के आवेश पर कार्य करने के विपरीत होती है। यह बाद वाला बल वास्तव में कण पर लागू नहीं होता है, बल्कि कण की सतह से कुछ दूरी पर स्थित विसरित परत में आयनों के लिए होता है, और इसका एक हिस्सा श्यानता  स्ट्रेस (भौतिकी) के माध्यम से कण की सतह पर स्थानांतरित हो जाता है। बल के इस हिस्से को इलेक्ट्रोफोरेटिक मंदता बल या संक्षेप में ईआरएफ भी कहा जाता है। जब विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है और विश्लेषण किया जाने वाला आवेशित कण विसरित परत के माध्यम से स्थिर गति पर होता है, तो कुल परिणामी बल शून्य होता है:
 * $$ F_{tot} =  0  =  F_{el}  +  F_{f} +  F_{ret}$$

कम रेनॉल्ड्स संख्या और मध्यम विद्युत क्षेत्र की ताकत ई के मामले में, फैलाव की चिपचिपाहट के कारण गतिमान कणों पर ड्रैग (भौतिकी) को ध्यान में रखते हुए, एक छितरे हुए कण v का बहाव वेग केवल लागू क्षेत्र के समानुपाती होता है, जो छोड़ देता है इलेक्ट्रोफोरेटिक विद्युत गतिशीलता μe के रूप में परिभाषित:
 * $$\mu_e = {v \over E}.$$

वैद्युतकणसंचलन का सबसे प्रसिद्ध और व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला सिद्धांत 1903 में मैरियन स्मोलुचोव्स्की द्वारा विकसित किया गया था:
 * $$\mu_e = \frac{\varepsilon_r\varepsilon_0\zeta}{\eta}$$,

जहां ईr परिक्षेपण माध्यम का परावैद्युतांक है, ε0 वैक्यूम परमिटिटिविटी (C² N-1 मि−2), η फैलाव माध्यम (Pa s) की गतिशील चिपचिपाहट है, और ζ जीटा क्षमता है (यानी, दोहरी परत (इंटरफेसियल), यूनिट mV या V में फिसलने वाला विमान  की इलेक्ट्रोकाइनेटिक क्षमता)।

Smoluchowski सिद्धांत बहुत शक्तिशाली है क्योंकि यह किसी भी एकाग्रता पर किसी भी आकार के बिखरे हुए कणों के लिए काम करता है। इसकी वैधता पर सीमाएं हैं। उदाहरण के लिए, इसमें डेबी की लंबाई κ शामिल नहीं है-1 (इकाइयां मी)। हालांकि, इलेक्ट्रोफोरेसिस के लिए डेबाई की लंबाई महत्वपूर्ण होनी चाहिए, जैसा कि चित्र 2 से तुरंत निम्नानुसार है, दोहरी परत (डीएल) की बढ़ती मोटाई कण सतह से आगे मंदता बल के बिंदु को हटाने की ओर ले जाती है। डीएल जितना मोटा होगा, मंदता बल उतना ही कम होगा।
 * 1) चित्र 2| वैद्युतकणसंचलन मंदता का चित्रण।

विस्तृत सैद्धांतिक विश्लेषण ने साबित किया कि स्मोलुचोव्स्की सिद्धांत केवल पर्याप्त पतले डीएल के लिए मान्य है, जब कण त्रिज्या डेबी लंबाई से बहुत अधिक है:


 * $$ a \kappa \gg 1$$.

पतली दोहरी परत का यह मॉडल न केवल वैद्युतकणसंचलन सिद्धांत के लिए बल्कि कई अन्य इलेक्ट्रोकाइनेटिक सिद्धांतों के लिए जबरदस्त सरलीकरण प्रदान करता है। यह मॉडल अधिकांश जलीय प्रणालियों के लिए मान्य है, जहां डेबी की लंबाई आमतौर पर केवल कुछ नैनोमीटर होती है। यह केवल पानी के करीब आयनिक शक्ति वाले घोल में नैनो-कोलोइड्स के लिए टूटता है।

Smoluchowski सिद्धांत भी सतह चालकता से योगदान की उपेक्षा करता है। यह आधुनिक सिद्धांत में छोटी दुखिन संख्या की स्थिति के रूप में व्यक्त किया गया है:


 * $$    Du \ll 1    $$

वैद्युतकणसंचलन सिद्धांतों की वैधता की सीमा का विस्तार करने के प्रयास में, विपरीत स्पर्शोन्मुख मामले पर विचार किया गया था, जब डेबी की लंबाई कण त्रिज्या से बड़ी होती है:


 * $$    a \kappa < \!\, 1$$.

एक मोटी दोहरी परत की इस स्थिति के तहत, एरिच हकेल|हुकेल इलेक्ट्रोफोरेटिक गतिशीलता के लिए निम्नलिखित संबंध की भविष्यवाणी की:


 * $$\mu_e = \frac{2\varepsilon_r\varepsilon_0\zeta}{3\eta}$$.

यह मॉडल कुछ नैनोकणों और गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थों के लिए उपयोगी हो सकता है, जहां डेबी की लंबाई सामान्य मामलों की तुलना में बहुत बड़ी होती है।

ऐसे कई विश्लेषणात्मक सिद्धांत हैं जो सतह की चालकता को शामिल करते हैं और ओवरबीक द्वारा अग्रणी, एक छोटी दुखिन संख्या के प्रतिबंध को समाप्त करते हैं। और बूथ। किसी भी ज़ेटा क्षमता के लिए मान्य आधुनिक, कठोर सिद्धांत और अक्सर कोई भी ज्यादातर दुखिन-सेमेनिखिन सिद्धांत से उपजा है। थिन डबल लेयर लिमिट में, ये सिद्धांत ओ'ब्रायन और व्हाइट द्वारा प्रदान की गई समस्या के संख्यात्मक समाधान की पुष्टि करते हैं। अधिक जटिल परिदृश्यों के अधिक मॉडलिंग के लिए, ये सरलीकरण गलत हो जाते हैं, और विद्युत क्षेत्र को इसके परिमाण और दिशा को ट्रैक करते हुए, स्थानिक रूप से प्रतिरूपित किया जाना चाहिए। प्वासों के समीकरण का उपयोग इस स्थानिक रूप से भिन्न विद्युत क्षेत्र को मॉडल करने के लिए किया जा सकता है। द्रव प्रवाह पर इसके प्रभाव को स्टोक्स समीकरण के साथ प्रतिरूपित किया जा सकता है, <रेफरी नाम = पैक्सटन सेन मलौक 2005 पीपी। 6462-6470 >{{cite journal | last=Paxton | first=Walter F. | last2=Sen | first2=Ayusman | last3=Mallouk | first3=Thomas E. | title=स्व-निर्मित बलों के माध्यम से उत्प्रेरक नैनोकणों की गतिशीलता| journal=Chemistry - A European Journal | publisher=Wiley | volume=11 | issue=22 | date=2005-11-04 | issn=0947-6539 | doi=10.1002/chem.200500167 | pages=6462–6470} जबकि विभिन्न आयनों के परिवहन को नर्नस्ट-प्लैंक समीकरण का उपयोग करके प्रतिरूपित किया जा सकता है। इस संयुक्त दृष्टिकोण को पोइसन-नर्नस्ट-प्लैंक-स्टोक्स समीकरण के रूप में जाना जाता है। रेफरी नाम = मोरानपोस्नर 2011 > इस दृष्टिकोण को कणों के वैद्युतकणसंचलन को मान्य किया गया है।

यह भी देखें
• Affinity electrophoresis

• Electrophoretic deposition

• Electronic paper

• Capillary electrophoresis

• Dielectrophoresis

• Electroblotting

• Gel electrophoresis

• Gel electrophoresis of nucleic acids

• Immunoelectrophoresis

• Isoelectric focusing

• Isotachophoresis

• Pulsed-field gel electrophoresis

• Nonlinear frictiophoresis

• Stokes flow

बाहरी संबंध

 * List of relative mobilities