वैद्युतकणसंचलन

1. वैद्युत कण संचलन का चित्रण

2. वैद्युतकणसंचलन मंदता का चित्रण

वैद्युतकणसंचलन एक स्थानिक समान विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में तरल के सापेक्ष परिक्षेपित हुए कणों की गति है। सकारात्मक रूप से आवेशित कणों (धनायन) के वैद्युत कण संचलन 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 विद्युत् गतिक परिघटना पहली बार 1807 में मास्को विश्वविद्यालय में रूसी प्राध्यापक पीटर इवानोविच स्ट्रैखोव और फर्डिनेंड फ्रेडरिक रीस द्वारा देखी गई थी, जिन्होंने देखा कि एक स्थिर विद्युत क्षेत्र के प्रयोग से पानी में परिक्षिप्त हुई मिट्टी के कण पानी में परिक्षिप्त हो जाते हैं। यह अंततः कण की पृष्‍ठ और आसपास के तरल पदार्थ के मध्य चार्ज किए गए अंतरापृष्ठ की उपस्थिति के कारण होता है। यह आकार, आवेश या बाध्यकारी संबंध द्वारा अणुओं को अलग करने के लिए रसायन विज्ञान में प्रयुक्त विश्लेषणात्मक तकनीकों का आधार है।

आकार के आधार पर वृहदणु को अलग करने के लिए वैद्युतकणसंचलन का उपयोग प्रयोगशालाओं में किया जाता है। तकनीक एक ऋणात्मक चार्ज उपयोजित करती है इसलिए प्रोटीन एक सकारात्मक चार्ज की तरफ़ बढ़ता है। डीएनए, आरएनए और प्रोटीन विश्लेषण में वैद्युतकणसंचलन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

इतिहास

Main article: वैद्युत कण संचलन का इतिहास

सिद्धांत

निलंबित कणों में एक विद्युत पृष्‍ठ आवेश होता है, जो पृष्‍ठ पर अधिशोषित प्रजातियों द्वारा दृढ़ता से प्रभावित होता है, जिस पर एक बाहरी विद्युत क्षेत्र स्थिर वैद्युत कूलम्ब बल लगाता है। द्विस्तर सिद्धांत के अनुसार, तरल पदार्थ में सभी पृष्‍ठ आवेश आयनों की एक विसरित परत द्वारा प्रदर्शित होते हैं, जिसमें समान निरपेक्ष आवेश होता है लेकिन पृष्‍ठ आवेश के संबंध में विपरीत प्रतीक होते है। विद्युत क्षेत्र भी विसरित परत में आयनों पर एक बल लगाता है जिसकी दिशा पृष्‍ठ के आवेश पर कार्य करने के विपरीत होती है। यह बाद वाला बल वास्तव में कण पर उपयोजित नहीं होता है, लेकिन कण की पृष्‍ठ से कुछ दूरी पर स्थित विसरित परत में आयनों के लिए होता है, और इसका एक भाग श्यान प्रतिबल के माध्यम से कण की पृष्‍ठ पर अंतरित हो जाता है। बल के इस भाग को विद्युत कण संचलन मंदता बल या संक्षेप में ईआरएफ भी कहा जाता है। जब विद्युत क्षेत्र उपयोजित 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 शक्ति E के प्रकरण में, फैलाने वाले की श्यानता के कारण गतिमान कणों पर ड्रैग को ध्यान में रखते हुए, एक परिक्षिप्त हुए कण v का ड्रिफ्ट वेग उपयोजित क्षेत्र के समानुपाती होता है, जो विद्युत कण संचलन गतिशीलता μ_e को इस प्रकार परिभाषित करता है:

$\mu _{e}={v \over E}$

वैद्युत कण संचलन का सबसे प्रसिद्ध और व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला सिद्धांत 1903 में स्मोलुचोव्स्की द्वारा विकसित किया गया था:

$\mu _{e}={\frac {\varepsilon _{r}\varepsilon _{0}\zeta }{\eta }}$,

जहां ε_r परिक्षेपण माध्यम का परावैद्युत हुआ स्थिरांक है, ε₀ मुक्त स्थान की विधतशीलता (C² N^-1 M⁻²) है, η परिक्षेपण माध्यम (Pa s) की गतिशील श्यानता है, और ζ जीटा क्षमता है (अर्थात, दोहरी परत, इकाइयाँ mV या V में सर्पी स्तर की विद्युतगतिक क्षमता)।

स्मोलुचोव्स्की सिद्धांत बहुत शक्तिशाली है क्योंकि यह किसी भी सांद्रता पर किसी भी आकार के परिक्षेपित हुए कणों के लिए काम करता है। इसकी वैधता पर सीमाएं हैं। उदाहरण के लिए, इसमें डिबाई लंबाई κ⁻¹ (इकाइयां मीटर) सम्मिलित नहीं है। हालांकि, चित्र 2,"वैद्युत कण संचलन मंदता का चित्रण" उसी समय निम्नानुसार वैद्युत कण संचलन के लिए डेबाई की लंबाई महत्वपूर्ण होनी चाहिए। दोहरी परत (डीएल) की बढ़ती मोटाई कण पृष्‍ठ से आगे मंदता बल के बिंदु को निवारक की ओर ले जाती है। डीएल जितना मोटा होगा, मंदता बल उतना ही कम होगा।

विस्तृत सैद्धांतिक विश्लेषण ने प्रमाणित 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 वैद्युत कण संचलन सिद्धांत के लिए बल्कि कई अन्य विद्युतगतिक सिद्धांतों के लिए विलक्षण सरलीकरण प्रदान करता है। यह मॉडल अधिकांश जलीय प्रणालियों के लिए मान्य है, जहां डेबी की लंबाई सामान्यतः केवल कुछ नैनोमीटर होती है। यह केवल पानी के करीब आयनी सामर्थ्य वाले विलयन में नैनो-कोलोइड्स के लिए समाप्त होता है।

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

$Du\ll 1$

वैद्युत कण संचलन सिद्धांतों की वैधता की सीमा का विस्तार करने के प्रयास में, विपरीत स्पर्शोन्मुख प्रकरण 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 अंतर्गत, हुकेल ने विद्युत कण संचलन 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 सकती है, जहां डेबी की लंबाई सामान्य प्रकरणो की तुलना में बहुत बड़ी होती है।

ऐसे कई विश्लेषणात्मक सिद्धांत हैं जो पृष्‍ठ की चालकता को सम्मिलित करते हैं और ओवरबीक और बूथ द्वारा अग्रणी, एक छोटी दुखिन संख्या के प्रतिबंध को समाप्त करते हैं। किसी भी ज़ेटा क्षमता के लिए मान्य आधुनिक, कठोर सिद्धांत और प्रायः कोई भी ज्यादातर दुखिन-सेमेनिखिन सिद्धांत से उत्पन्न हुआ है।

पतली दोहरी परत की सीमा 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। तरल प्रवाह पर इसके प्रभाव को स्टोक्स समीकरण के साथ प्रतिरूपित किया जा सकता है, 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। इस दृष्टिकोण को कणों के वैद्युत कण संचलन को मान्य किया गया है।

यह भी देखें

• आत्मीयता वैद्युतकणसंचलन
• विद्युतकणसंचलन निक्षेपण
• इलेक्ट्रॉनिक कागज
• केशिका वैद्युतकणसंचलन
• डाइइलेक्ट्रोफोरेसिस
• इलेक्ट्रोब्लॉटिंग
• जेल वैद्युतकणसंचलन
• न्यूक्लीक अम्ल के जेल वैद्युतकणसंचलन
• इम्यूनोइलेक्ट्रोफोरेसिस
• समवैद्युत फोकसन
• आइसोटाकोफोरेसिस
• स्पंदित-क्षेत्र जेल वैद्युतकणसंचलन
• अरैखिक फ्रिकियोफोरेसिस
• स्टोक्स प्रवाह

अग्रिम पठन

• Voet and Voet (1990). Biochemistry. John Wiley & Sons.
• Jahn, G.C.; D.W. Hall; S.G. Zam (1986). "A comparison of the life cycles of two Amblyospora (Microspora: Amblyosporidae) in the mosquitoes Culex salinarius and Culex tarsalis Coquillett". J. Florida Anti-Mosquito Assoc. 57: 24–27.
• Khattak, M.N.; R.C. Matthews (1993). "Genetic relatedness of Bordetella species as determined by macrorestriction digests resolved by pulsed-field gel electrophoresis". Int. J. Syst. Bacteriol. 43 (4): 659–64. doi:10.1099/00207713-43-4-659. PMID 8240949.
• Barz, D.P.J.; P. Ehrhard (2005). "Model and verification of electrokinetic flow and transport in a micro-electrophoresis device". Lab Chip. 5 (9): 949–958. doi:10.1039/b503696h. PMID 16100579.
• Shim, J.; P. Dutta; C.F. Ivory (2007). "Modeling and simulation of IEF in 2-D microgeometries". Electrophoresis. 28 (4): 527–586. doi:10.1002/elps.200600402. PMID 17253629. S2CID 23274096.

बाहरी संबंध

• List of relative mobilities