विद्युत परासरण: Difference between revisions
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विद्युत परासरण प्रवाह (या इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक प्रवाह, प्रायः संक्षिप्त EOF; विद्युत परासरण या इलेक्ट्रोएन्डोसमोसिस का पर्यायवाची) एक सामग्री, केशिका नली, झिल्ली, माइक्रोचैनल, या किसी अन्य द्रव नाली में एक लागू क्षमता से प्रेरित तरल की गति है। क्योंकि विद्युत परासरण वेग नाली के आकार से स्वतंत्र होते हैं, जब तक कि विद्युत की दोहरी परत चैनल की विशेषता लंबाई के पैमाने से बहुत छोटी होती है, विद्युत परासरण प्रवाह का बहुत कम प्रभाव पड़ेगा। | विद्युत परासरण प्रवाह (या इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक प्रवाह, प्रायः संक्षिप्त EOF; विद्युत परासरण या इलेक्ट्रोएन्डोसमोसिस का पर्यायवाची) एक सामग्री, केशिका नली, झिल्ली, माइक्रोचैनल, या किसी अन्य द्रव नाली में एक लागू क्षमता से प्रेरित तरल की गति है। क्योंकि विद्युत परासरण वेग नाली के आकार से स्वतंत्र होते हैं, जब तक कि विद्युत की दोहरी परत चैनल की विशेषता लंबाई के पैमाने से बहुत छोटी होती है, विद्युत परासरण प्रवाह का बहुत कम प्रभाव पड़ेगा। छोटे चैनलों में विद्युत परासरण प्रवाह सबसे महत्वपूर्ण होता है। विद्युत परासरण प्रवाह रासायनिक पृथक्करण तकनीकों में एक आवश्यक घटक है, यह विशेष रूप से केशिका वैद्युतकण संचलन में उपयोगी है। विद्युत परासरण प्रवाह प्राकृतिक बिना फ़िल्टर के जल के साथ-साथ उभय प्रतिरोधित विलयनों में भी हो सकता है।। | ||
=== इतिहास === | === इतिहास === | ||
विद्युत परासरण प्रवाह की सूचना सबसे पहले 1807 में फर्डिनेंड फ्रेडरिक रीस (18 फरवरी 1778 (ट्यूबिंगन, जर्मनी) - 14 अप्रैल 1852 (स्टटगार्ट, जर्मनी)) द्वारा दी गई थी।<ref>Biographical information about F.F. Reuss is available (in German) at: [https://www.deutsche-biographie.de/pnd116453672.html#adbcontent Deutsche Biographie]</ref> | विद्युत परासरण प्रवाह की सूचना सबसे पहले 1807 में फर्डिनेंड फ्रेडरिक रीस (18 फरवरी 1778 (ट्यूबिंगन, जर्मनी) - 14 अप्रैल 1852 (स्टटगार्ट, जर्मनी)) द्वारा दी गई थी।<ref>Biographical information about F.F. Reuss is available (in German) at: [https://www.deutsche-biographie.de/pnd116453672.html#adbcontent Deutsche Biographie]</ref> मॉस्को की फिजिकल-मेडिकल सोसाइटी के समक्ष एक अप्रकाशित व्याख्यान में;<ref>A notice of Reuss' lecture appeared in: {{cite journal |last1=Reuss |first1=F.F. |title=Indicium de novo hucusque nondum cognito effectu electricitatis galvanicae |journal=Commentationes Societatis Physico-medicae, Apud Universitatem Literarum Caesaream Mosquensem Institutae (Memoirs of the Physical-Medical Society, Instituted at the Moscow Imperial University of Letters) |date=November 1807 |volume= '''1''', pt. 1 |page=xxxix |trans-title=Notice of a new, hitherto unknown effect of galvanic electricity |language=Latin}} Available at: [http://digital.onb.ac.at/OnbViewer/viewer.faces?doc=ABO_%2BZ179661503 Österreichische Nationalbibliothek (Austrian National Library)]</ref> रूस ने पहली बार 1809 में मास्को के इंपीरियल सोसाइटी ऑफ नेचुरलिस्ट्स के संस्मरण में इलेक्ट्रो-आसमाटिक प्रवाह का एक खाता प्रकाशित किया।<ref>{{cite journal |last1=Reuss |first1=F. F. |title=Notice sur un nouvel effet de l'électricité galvanique |journal=Mémoires de la Société Impériale des Naturalistes de Moscou |date=1809 |volume=2 |pages=327–337 |url=https://www.biodiversitylibrary.org/item/234594#page/375/mode/1up |trans-title=Notice of a new effect of galvanic electricity |language=French}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Biscombe |first1=Christian J.C. |title=The discovery of electrokinetic phenomena: setting the record straight |journal=Angewandte Chemie International Edition |date=2017 |volume=56 |issue=29 |pages=8338–8340|doi=10.1002/anie.201608536 |pmid=27902877 |doi-access=free }} Available at: [https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201608536 Wiley.com]</ref> उन्होंने दिखाया कि विद्युत वोल्टेज लगाकर मिट्टी के एक प्लग के माध्यम से पानी को प्रवाहित किया जा सकता है। मिट्टी सिलिका और अन्य खनिजों के सघन कणों से बनी होती है, और जल इन कणों के बीच की संकरी जगहों से वैसे ही बहता है जैसे यह एक संकीर्ण कांच की नली के माध्यम से बहता है। विद्युत् अपघट्य (एक तरल पदार्थ जिसमें घुले हुए आयन होते हैं) और एक रोधक ठोस का कोई भी संयोजन इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक प्रवाह उत्पन्न करेगा, यद्यपि जल/सिलिका के लिए प्रभाव विशेष रूप से विस्तृत है। फिर भी, प्रवाह की गति प्रायः केवल कुछ मिलीमीटर प्रति सेकंड होती है। | ||
विद्युत परासरण की खोज 1814 में स्वतंत्र रूप से की गई थी<ref>{{cite journal |last1=Porrett |first1=R. Jr. |title=जिज्ञासु गैल्वेनिक प्रयोग|journal=Annals of Philosophy |date=1816 |volume=8 |pages=74–76 |url=https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=hvd.hxh3l7;view=1up;seq=92}}</ref><ref>(Biscombe, 2017), p. 8339.</ref> | विद्युत परासरण की खोज 1814 में स्वतंत्र रूप से की गई थी<ref>{{cite journal |last1=Porrett |first1=R. Jr. |title=जिज्ञासु गैल्वेनिक प्रयोग|journal=Annals of Philosophy |date=1816 |volume=8 |pages=74–76 |url=https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=hvd.hxh3l7;view=1up;seq=92}}</ref><ref>(Biscombe, 2017), p. 8339.</ref> | ||
=== कारण === | === कारण === | ||
विद्युत परासरण प्रवाह एक विलयन में शुद्ध गतिशील विद्युत आवेश पर विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रेरित कूलम्ब बल के कारण होता है। क्योंकि एक ठोस सतह और एक विद्युत् अपघट्य विलयन के बीच रासायनिक संतुलन पर प्रायः एक शुद्ध निश्चित विद्युत आवेश प्राप्त करने वाले | विद्युत परासरण प्रवाह एक विलयन में शुद्ध गतिशील विद्युत आवेश पर विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रेरित कूलम्ब बल के कारण होता है। क्योंकि एक ठोस सतह और एक विद्युत् अपघट्य विलयन के बीच रासायनिक संतुलन पर प्रायः एक शुद्ध निश्चित विद्युत आवेश प्राप्त करने वाले अंतरापृष्ठ की ओर जाता है, गतिशील आयनों की एक परत, जिसे विद्युत द्वीपरत या डेबी परत के रूप में जाना जाता है, अंतरापृष्ठ के पास के क्षेत्र में बनती है। जब एक विद्युत क्षेत्र द्रव पर लागू होता है (प्रायः इनलेट् और आउटलेट् पर रखे इलेक्ट्रोड के माध्यम से), विद्युत दोहरी परत में शुद्ध आवेश परिणामी कूलम्ब बल द्वारा स्थानांतरित करने के लिए प्रेरित होता है। परिणामी प्रवाह को विद्युत परासरण प्रवाह कहा जाता है। | ||
=== विवरण === | === विवरण === | ||
वोल्टेज लगाने से परिणामी प्रवाह एक प्लग प्रवाह है। एक दबाव अंतर से उत्पन्न परवलयिक पार्श्व चित्र प्रवाह के विपरीत, एक प्लग प्रवाह का वेग पार्श्व चित्र लगभग समतलीय होता है, जिसमें विद्युत दोहरी परत के पास थोड़ी भिन्नता होती है। यह कम हानिकारक फैलाव प्रभाव प्रदान करता है और वाल्व के बिना नियंत्रित किया जा सकता है, द्रव पृथक्करण के लिए एक उच्च-प्रदर्शन विधि की पेशकश करता है, यद्यपि कई जटिल कारक इस नियंत्रण को कठिन साबित करते हैं।माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों में प्रवाह को मापने और निगरानी करने में कठिनाइयों के कारण, मुख्य रूप से प्रवाह नमूने को बाधित करते हुए, अधिकांश विश्लेषण संख्यात्मक तरीकों और अनुकरण के माध्यम से किया जाता है।<ref>{{cite book |last1=Yao |first1=G.F. |title=Technical Proceedings of the 2003 Nanotechnology Conference and Trade Show [23–27 February 2003; San Francisco, California] |date=2003 |publisher=Computational Publications |location=Boston, Massachusetts, U.S.A. |isbn=978-0-9728422-0-4 |volume=1 |pages=218–221 |chapter=A computational model for simulation of electroosmotic flow in microsystems |chapter-url=https://www.nsti.org/publications/Nanotech/2003/pdf/M7215.pdf}}</ref>माइक्रोचैनल् के माध्यम से विद्युत परासरण प्रवाह को नवियर-स्टोक्स समीकरण के बाद विद्युत क्षेत्र और दबाव अंतर से उत्पन्न होने वाली चालन बल के साथ तैयार किया जा सकता है। इस प्रकार यह निरंतरता समीकरण द्वारा शासित है | वोल्टेज लगाने से परिणामी प्रवाह एक प्लग प्रवाह है। एक दबाव अंतर से उत्पन्न परवलयिक पार्श्व चित्र प्रवाह के विपरीत, एक प्लग प्रवाह का वेग पार्श्व चित्र लगभग समतलीय होता है, जिसमें विद्युत दोहरी परत के पास थोड़ी भिन्नता होती है। यह कम हानिकारक फैलाव प्रभाव प्रदान करता है और वाल्व के बिना नियंत्रित किया जा सकता है, द्रव पृथक्करण के लिए एक उच्च-प्रदर्शन विधि की पेशकश करता है, यद्यपि कई जटिल कारक इस नियंत्रण को कठिन साबित करते हैं।माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों में प्रवाह को मापने और निगरानी करने में कठिनाइयों के कारण, मुख्य रूप से प्रवाह नमूने को बाधित करते हुए, अधिकांश विश्लेषण संख्यात्मक तरीकों और अनुकरण के माध्यम से किया जाता है।<ref>{{cite book |last1=Yao |first1=G.F. |title=Technical Proceedings of the 2003 Nanotechnology Conference and Trade Show [23–27 February 2003; San Francisco, California] |date=2003 |publisher=Computational Publications |location=Boston, Massachusetts, U.S.A. |isbn=978-0-9728422-0-4 |volume=1 |pages=218–221 |chapter=A computational model for simulation of electroosmotic flow in microsystems |chapter-url=https://www.nsti.org/publications/Nanotech/2003/pdf/M7215.pdf}}</ref> माइक्रोचैनल् के माध्यम से विद्युत परासरण प्रवाह को नवियर-स्टोक्स समीकरण के बाद विद्युत क्षेत्र और दबाव अंतर से उत्पन्न होने वाली चालन बल के साथ तैयार किया जा सकता है। इस प्रकार यह निरंतरता समीकरण द्वारा शासित है | ||
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=== अनुप्रयोग === | === अनुप्रयोग === | ||
विद्युत परासरण प्रवाह का उपयोग प्रायः माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में किया जाता है,<ref name="Bruus">{{cite book | author=Bruus, H. | title=सैद्धांतिक माइक्रोफ्लुइडिक्स| year= 2007 | isbn=978-0-19-923509-4}}</ref><ref name="Kirby">{{cite book | year=2010 | publisher=Cambridge University Press | author=Kirby, B. J. | title=Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices: Chapter 6: Electroosmosis | url=http://www.kirbyresearch.com/index.cfm/wrap/textbook/microfluidicsnanofluidicsch6.html}}</ref> मिट्टी विश्लेषण और प्रसंस्करण,<ref name="Wise">{{cite book | author=Wise, D. L. and Trantolo, D. J., eds. | title=Remediation of Hazardous Waste Contaminated Soils}}</ref> और रासायनिक विश्लेषण,<ref name="Skoog">{{cite book | author=Skoog | title=वाद्य विश्लेषण के सिद्धांत| isbn=978-0-495-12570-9 | year=2007 }}</ref> | विद्युत परासरण प्रवाह का उपयोग प्रायः माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में किया जाता है,<ref name="Bruus">{{cite book | author=Bruus, H. | title=सैद्धांतिक माइक्रोफ्लुइडिक्स| year= 2007 | isbn=978-0-19-923509-4}}</ref><ref name="Kirby">{{cite book | year=2010 | publisher=Cambridge University Press | author=Kirby, B. J. | title=Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices: Chapter 6: Electroosmosis | url=http://www.kirbyresearch.com/index.cfm/wrap/textbook/microfluidicsnanofluidicsch6.html}}</ref> मिट्टी विश्लेषण और प्रसंस्करण,<ref name="Wise">{{cite book | author=Wise, D. L. and Trantolo, D. J., eds. | title=Remediation of Hazardous Waste Contaminated Soils}}</ref> और रासायनिक विश्लेषण,<ref name="Skoog">{{cite book | author=Skoog | title=वाद्य विश्लेषण के सिद्धांत| isbn=978-0-495-12570-9 | year=2007 }}</ref> जिनमें से सभी नियमित रूप से अत्यधिक आवेशित सतहों वाले निकाय को सम्मिलित करते हैं, जो प्रायः ऑक्साइड होते हैं। एक उदाहरण केशिका वैद्युतकण संचलन है,<ref name="Kirby" /><ref name="Skoog" /> जिसमें विद्युत क्षेत्र का उपयोग प्रायः सिलिका से बनी एक संकीर्ण केशिका में विद्युत क्षेत्र को लागू करके उनकी इलेक्ट्रोफोरेटिक गतिशीलता के अनुसार रसायनों को अलग करने के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रोफोरेटिक अलगाव में, विद्युत परासरण प्रवाह एनालिटिक्स के [[क्षालन समय]] को प्रभावित करता है। | ||
एक जंक्शन के माध्यम से द्रव प्रवाह को विद्युत् रूप से नियंत्रित करने के लिए फ्लोएफईटी में इलेक्ट्रो-आसमाटिक प्रवाह को क्रियान्वित किया जाता है। | एक जंक्शन के माध्यम से द्रव प्रवाह को विद्युत् रूप से नियंत्रित करने के लिए फ्लोएफईटी में इलेक्ट्रो-आसमाटिक प्रवाह को क्रियान्वित किया जाता है। | ||
Revision as of 21:27, 30 May 2023
विद्युत परासरण प्रवाह (या इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक प्रवाह, प्रायः संक्षिप्त EOF; विद्युत परासरण या इलेक्ट्रोएन्डोसमोसिस का पर्यायवाची) एक सामग्री, केशिका नली, झिल्ली, माइक्रोचैनल, या किसी अन्य द्रव नाली में एक लागू क्षमता से प्रेरित तरल की गति है। क्योंकि विद्युत परासरण वेग नाली के आकार से स्वतंत्र होते हैं, जब तक कि विद्युत की दोहरी परत चैनल की विशेषता लंबाई के पैमाने से बहुत छोटी होती है, विद्युत परासरण प्रवाह का बहुत कम प्रभाव पड़ेगा। छोटे चैनलों में विद्युत परासरण प्रवाह सबसे महत्वपूर्ण होता है। विद्युत परासरण प्रवाह रासायनिक पृथक्करण तकनीकों में एक आवश्यक घटक है, यह विशेष रूप से केशिका वैद्युतकण संचलन में उपयोगी है। विद्युत परासरण प्रवाह प्राकृतिक बिना फ़िल्टर के जल के साथ-साथ उभय प्रतिरोधित विलयनों में भी हो सकता है।।
इतिहास
विद्युत परासरण प्रवाह की सूचना सबसे पहले 1807 में फर्डिनेंड फ्रेडरिक रीस (18 फरवरी 1778 (ट्यूबिंगन, जर्मनी) - 14 अप्रैल 1852 (स्टटगार्ट, जर्मनी)) द्वारा दी गई थी।[1] मॉस्को की फिजिकल-मेडिकल सोसाइटी के समक्ष एक अप्रकाशित व्याख्यान में;[2] रूस ने पहली बार 1809 में मास्को के इंपीरियल सोसाइटी ऑफ नेचुरलिस्ट्स के संस्मरण में इलेक्ट्रो-आसमाटिक प्रवाह का एक खाता प्रकाशित किया।[3][4] उन्होंने दिखाया कि विद्युत वोल्टेज लगाकर मिट्टी के एक प्लग के माध्यम से पानी को प्रवाहित किया जा सकता है। मिट्टी सिलिका और अन्य खनिजों के सघन कणों से बनी होती है, और जल इन कणों के बीच की संकरी जगहों से वैसे ही बहता है जैसे यह एक संकीर्ण कांच की नली के माध्यम से बहता है। विद्युत् अपघट्य (एक तरल पदार्थ जिसमें घुले हुए आयन होते हैं) और एक रोधक ठोस का कोई भी संयोजन इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक प्रवाह उत्पन्न करेगा, यद्यपि जल/सिलिका के लिए प्रभाव विशेष रूप से विस्तृत है। फिर भी, प्रवाह की गति प्रायः केवल कुछ मिलीमीटर प्रति सेकंड होती है।
विद्युत परासरण की खोज 1814 में स्वतंत्र रूप से की गई थी[5][6]
कारण
विद्युत परासरण प्रवाह एक विलयन में शुद्ध गतिशील विद्युत आवेश पर विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रेरित कूलम्ब बल के कारण होता है। क्योंकि एक ठोस सतह और एक विद्युत् अपघट्य विलयन के बीच रासायनिक संतुलन पर प्रायः एक शुद्ध निश्चित विद्युत आवेश प्राप्त करने वाले अंतरापृष्ठ की ओर जाता है, गतिशील आयनों की एक परत, जिसे विद्युत द्वीपरत या डेबी परत के रूप में जाना जाता है, अंतरापृष्ठ के पास के क्षेत्र में बनती है। जब एक विद्युत क्षेत्र द्रव पर लागू होता है (प्रायः इनलेट् और आउटलेट् पर रखे इलेक्ट्रोड के माध्यम से), विद्युत दोहरी परत में शुद्ध आवेश परिणामी कूलम्ब बल द्वारा स्थानांतरित करने के लिए प्रेरित होता है। परिणामी प्रवाह को विद्युत परासरण प्रवाह कहा जाता है।
विवरण
वोल्टेज लगाने से परिणामी प्रवाह एक प्लग प्रवाह है। एक दबाव अंतर से उत्पन्न परवलयिक पार्श्व चित्र प्रवाह के विपरीत, एक प्लग प्रवाह का वेग पार्श्व चित्र लगभग समतलीय होता है, जिसमें विद्युत दोहरी परत के पास थोड़ी भिन्नता होती है। यह कम हानिकारक फैलाव प्रभाव प्रदान करता है और वाल्व के बिना नियंत्रित किया जा सकता है, द्रव पृथक्करण के लिए एक उच्च-प्रदर्शन विधि की पेशकश करता है, यद्यपि कई जटिल कारक इस नियंत्रण को कठिन साबित करते हैं।माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों में प्रवाह को मापने और निगरानी करने में कठिनाइयों के कारण, मुख्य रूप से प्रवाह नमूने को बाधित करते हुए, अधिकांश विश्लेषण संख्यात्मक तरीकों और अनुकरण के माध्यम से किया जाता है।[7] माइक्रोचैनल् के माध्यम से विद्युत परासरण प्रवाह को नवियर-स्टोक्स समीकरण के बाद विद्युत क्षेत्र और दबाव अंतर से उत्पन्न होने वाली चालन बल के साथ तैयार किया जा सकता है। इस प्रकार यह निरंतरता समीकरण द्वारा शासित है
और गति
कहाँ U वेग वेक्टर है, ρ द्रव का घनत्व है, सामग्री व्युत्पन्न है, μ द्रव की चिपचिपाहट है, ρe विद्युत आवेश घनत्व है, ϕ लागू विद्युत क्षेत्र है, ψ दीवारों पर जीटा क्षमता के कारण विद्युत क्षेत्र है और p तरल दबाव है।
लाप्लास का समीकरण बाहरी विद्युत क्षेत्र का वर्णन कर सकता है
जबकि विद्युत दोहरी परत के भीतर की क्षमता किसके द्वारा नियंत्रित होती है
कहाँ ε इलेक्ट्रोलाइट विलयन का ढांकता हुआ स्थिरांक है और ε0 निर्वात पारगम्यता है।देब्ये -हुकल प्रमेय देब्ये -हकल सन्निकटन का उपयोग करके इस समीकरण को और सरल बनाया जा सकता है
कहाँ 1 / k डिबाई लंबाई है, जिसका उपयोग विद्युत् द्विपरत की विशिष्ट मोटाई का वर्णन करने के लिए किया जाता है। दोहरी परत के भीतर संभावित क्षेत्र के समीकरणों को इस रूप में जोड़ा जा सकता है
अंतरिक्ष में आयनों के परिवहन को नर्नस्ट-प्लैंक समीकरण का उपयोग करके प्रतिरूपित किया जा सकता है:[8]
कहाँ आयन एकाग्रता है, चुंबकीय वेक्टर क्षमता है, रासायनिक प्रजातियों का द्रव्यमान प्रसार है, आयनिक प्रजातियों की संयोजकता है, प्राथमिक शुल्क है, बोल्ट्जमैन स्थिरांक है, और