इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन

Not to be confused with इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर.

इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन ऐसी विधि है जो डेड-एंड प्रक्रिया में झिल्ली निस्पंदन और इलेक्ट्रोफोरेसिस को जोड़ती है।

इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन को जैव बहुलक की सांद्रता और विभाजन के लिए उपयुक्त तकनीक माना जाता है। फ़िल्टर झिल्ली पर फिल्म का निर्माण है जो कि निस्पंदन में बाधा डालता है, उसे विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग द्वारा कम किया जा सकता है या पूरी तरह से टाला जा सकता है, जिससे निस्पंदन के प्रदर्शन में सुधार होता है और अंशांकन के स्थिति में चयनात्मकता बढ़ती है। यह दृष्टिकोण जैविक प्रक्रिया में धारा को विपरीत मोड़ने की प्रक्रिया के व्यव को अधिक कम कर देता है।

तकनीक

चित्र 1: इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन कक्ष का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन कोलाइडल पदार्थों को अलग करने और सांद्रित करने की तकनीक है - उदाहरण के लिए बायोपॉलिमर। इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन का सिद्धांत मानक डेड-एंड निस्पंदन पर विद्युत क्षेत्र को ओवरले करने पर आधारित है। इस प्रकार निर्मित ध्रुवता इलेक्ट्रोफोरेटिक बल की सुविधा प्रदान करती है जो निस्पंद प्रवाह के प्रतिरोध बल के विपरीत है और चार्ज किए गए बायोपॉलिमर को निर्देशित करती है। यह सूक्ष्म या अति-निस्पंदन झिल्लियों पर फिल्म निर्माण में अत्यधिक कमी प्रदान करता है और मानक निस्पंदन द्वारा निस्पंदन समय को विभिन्न घंटों से घटाकर इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन द्वारा कुछ मिनटों तक कर देता है। जो कि क्रॉस-फ्लो निस्पंदन की तुलना में इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन न केवल बढ़े हुए प्रवाह को प्रदर्शित करता है किन्तु कम कतरनी बल तनाव की आश्वासन भी देता है जो इसे समान्य रूप से अस्थिर बायोपॉलिमर को अलग करने के लिए विशेष रूप से हल्की तकनीक के रूप में योग्य बनाता है।

जैव प्रौद्योगिकी उत्पादों के शुद्धिकरण में आशाजनक अनुप्रयोग इस तथ्य पर आधारित है कि बायोपॉलिमर को छानना कठिन होता है किन्तु दूसरी ओर वे समान्य रूप से अमीनो और कार्बोक्सिल समूहों की उपस्थिति के परिणामस्वरूप चार्ज होते हैं। जिसमे इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन का उद्देश्य फिल्टर केक के निर्माण को रोकना और छानने में कठिन उत्पादों की निस्पंदन गतिज में सुधार करना है।

जब निस्पंदन प्रक्रिया विद्युत क्षेत्र से आच्छादित होती है तो कणों का वैद्युतकणसंचलन और विद्युत असमस आवश्यक हो जाता है। इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन द्वारा पारंपरिक निस्पंदन को विद्युत क्षेत्र (डीसी) के साथ मढ़ा जाता है जो फिल्टर के प्रवाह की दिशा के समानांतर काम करता है। जब इलेक्ट्रोफोरेटिक बल F_E, प्रवाह की विपरीत दिशा में, हाइड्रोडायनामिक प्रतिरोध बल F_W से आगे निकल जाता है, जिसके आवेशित कण फिल्टर माध्यम से चले जाते हैं, जिससे झिल्ली पर फिल्टर केक की मोटाई अधिक कम हो जाती है।

जब पृथक्करण के अधीन ठोस कण ऋणात्मक रूप से चार्ज होते हैं तो वे एनोड (सकारात्मक ध्रुव) की ओर चले जाते हैं और वहां स्थित फिल्टर कपड़े पर एकत्र हो जाते हैं। जिसके परिणामस्वरूप, कैथोड पक्ष की झिल्ली (ऋणात्मक ध्रुव) पर केवल बहुत पतली फिल्म होती है जो कि अनुमानित रूप से पूरे निस्पंद को इस झिल्ली के माध्यम से प्रवाहित करने की अनुमति देती है।

चित्र 1 फ्लशिंग इलेक्ट्रोड के साथ इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन कक्ष का योजनाबद्ध विवरण प्रस्तुत करता है। जो कि निस्तब्धता परिसंचरण के लिए बफर द्रावण का उपयोग किया जाता है। इस दृष्टिकोण का पेटेंट कराया गया है।

मूलतत्व

चित्र 2: ज़ैंथन के केक को फ़िल्टर प्लेट पर फ़िल्टर करें

स्टोक्स के नियम का पालन करते हुए हाइड्रोडायनामिक प्रतिरोध बल का मूल्यांकन किया जाता है।

$F_{W}=6\cdot \pi \cdot \eta \cdot {\text{r}}_{H}\cdot \nu$

कूलम्ब के नियम का पालन करते हुए इलेक्ट्रोफोरेटिक बल का मूल्यांकन किया जाता है।

$F_{E}=4\cdot \pi \cdot \varepsilon _{0}\cdot \varepsilon _{r}\cdot {\text{r}}_{H}\cdot \zeta \cdot {\text{E}}$

इन समीकरणों में r_H कोलाइड्स की हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या प्रस्तुत करता है, जो $\nu$ – इलेक्ट्रोफोरेटिक माइग्रेशन की गति, $\eta$ - समाधान की गतिशील श्यानता , $\varepsilon _{0}$ - निर्वात में परावैद्युत स्थिरांक, $\varepsilon _{r}$ 298 K पर पानी का सापेक्ष परावैद्युत स्थिरांक है, जिसे $\zeta$ जीटा विभव है, और E विद्युत क्षेत्र है। हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या कणों की त्रिज्या और स्थिर विलायक अंतरापृष्ठ का योग है।

आवेशित कोलाइड्स के स्थिर अवस्था इलेक्ट्रोफोरेटिक प्रवासन द्वारा इलेक्ट्रोफोरेटिक बल और हाइड्रोडायनामिक प्रतिरोध बल संतुलन में होते हैं, जिसका वर्णन इस प्रकार है:

F_W + F_E = 0

वे प्रभाव बायोपॉलिमर के इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन को प्रभावित करते हैं, जिसे न केवल हाइड्रोडायनामिक प्रतिरोध बल द्वारा किन्तु विद्युत क्षेत्र बल द्वारा भी चार्ज किया जा सकता है। कैथोड पक्ष पर ध्यान केंद्रित करने से पता चलता है कि ऋणात्मक चार्ज किए गए कण विद्युत क्षेत्र बल से प्रभावित होते हैं, जो हाइड्रोडायनामिक प्रतिरोध बल के विपरीत है। इस प्रकार इस तरफ फिल्टर केक बनने में बाधा आती है या आदर्श स्थिति में फिल्टर केक बनता ही नहीं है। इस स्थिति में विद्युत क्षेत्र को क्रांतिक विद्युत क्षेत्र E_crit कहा जाता है_t. उन बलों के संतुलन के परिणामस्वरूप, विद्युत बल के प्रभाव में आने वाले तरल पदार्थ आवेशित हो जाते हैं। जो की प्रयुक्त हाइड्रोलिक दबाव ∆pH के अतिरिक्त यह प्रक्रिया इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक दबाव P_e से भी प्रभावित होती है।

डार्सी के नियम को संशोधित करना या डार्सी का मूल समीकरण, इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक दबाव P_e के स्थिरांक का उपयोग करने की धारणा के अनुसार एकीकरण द्वारा इलेक्ट्रो-गतिज प्रभावों के साथ फिल्टर केक गठन का वर्णन करता है, जिसमे क्रांतिक विद्युत क्षेत्र E_krit और विद्युत क्षेत्र E परिणाम: बायोप्रोसेस इंजीनियरिंग विभाग, इंस्टीट्यूट ऑफ इंजीनियरिंग इन लाइफ साइंसेज, कार्लज़ूए विश्वविद्यालय में किए गए पिछले वैज्ञानिक कार्यों से पता चला है कि चार्ज किए गए बायोपॉलिमर की एकाग्रता के लिए इलेक्ट्रोफिल्ट्रेशन प्रभावी है। आवेशित बहुशर्करा ज़ैंथन के शुद्धिकरण के संबंध में बहुत आशाजनक परिणाम पहले ही प्राप्त हो चुके हैं। चित्र 2 ज़ैंथन फ़िल्टर केक को दर्शाता है।

साहित्य

• वोरोबिएव ई., लेबोव्का एन., (2008)। खाद्य पौधों और बायोमटेरियल से निष्कर्षण के लिए इलेक्ट्रोटेक्नोलॉजीज, ISBN 978-0-387-79373-3.