थर्मोफोरेसिस

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थर्मोफोरेसिस (थर्मोमाइग्रेशन, थर्मोडिफ्यूजन, सॉरेट इफेक्ट या लुडविग-सोरेट इफेक्ट) गतिमान कणों के मिश्रण में देखी जाने वाली घटना है जहां विभिन्न कण प्रकार तापमान ढाल के बल पर अलग-अलग प्रतिक्रियाएं प्रदर्शित करते हैं। यह घटना हल्के अणुओं को गर्म क्षेत्रों में और भारी अणुओं को ठंडे क्षेत्रों में ले जाती है। शब्द थर्मोफोरेसिस अक्सर एयरोसोल मिश्रण पर प्रयुक्त होता है जिसका मतलब मुक्त पथ होता है इसकी विशेषता लंबाई माप के सामान्य है,[1] किन्तु सामान्यतः सभी चरणों (पदार्थ) में घटना को भी संदर्भित कर सकते हैं। सोरेट प्रभाव शब्द सामान्य रूप से तरल मिश्रण पर प्रयुक्त होता है, जो गैसीय मिश्रणों की तुलना में भिन्न, कम अच्छी तरह से समझे जाने वाले तंत्र के अनुसार व्यवहार करते हैं। थर्मोफोरेसिस ठोस पदार्थों, विशेष रूप से बहु-चरण मिश्र धातुओं में थर्मोमाइग्रेशन पर प्रयुक्त नहीं हो सकता है।[citation needed]

थर्मोफोरेटिक बल

घटना एक मिलीमीटर या उससे कम के माप पर देखी गई है। उदाहरण जिसे अच्छी प्रकाश में नग्न आंखों से देखा जा सकता है, जब विद्युत के हीटर की गर्म छड़ तम्बाकू के धुएं से घिरी होती है: धुआं गर्म छड़ के तत्काल आसपास से चला जाता है। जैसे ही गर्म छड़ के पास हवा के छोटे कण गर्म होते हैं, वे तापमान ढाल के नीचे, छड़ से तेज प्रवाह बनाते हैं। उन्होंने अपने उच्च तापमान के साथ उच्च गतिज ऊर्जा प्राप्त की है। जब वे तम्बाकू के धुएँ के बड़े, धीमी गति से चलने वाले कणों से टकराते हैं तो वे बाद वाले को छड़ से दूर धकेल देते हैं। वह बल जिसने धुएँ के कणों को रॉड से दूर धकेला है, थर्मोफोरेटिक बल का उदाहरण है, क्योंकि परिवेशी परिस्थितियों में वायु का औसत मुक्त पथ 68 nm है [2] और विशेषता लंबाई स्केल 100-1000 एनएम के बीच हैं।[3] थर्मोडिफ्यूजन को पॉजिटिव लेबल किया जाता है जब कण गर्म से ठंडे क्षेत्र में जाते हैं और रिवर्स सच होने पर ऋणात्मक।सामान्यतः पर मिश्रण में भारी/बड़ी प्रजातियां सकारात्मक थर्मोफोरेटिक व्यवहार प्रदर्शित करती हैं जबकि लाइटर/छोटी प्रजातियां नकारात्मक व्यवहार प्रदर्शित करती हैं। विभिन्न प्रकार के कणों के आकार और तापमान ढाल की स्थिरता के अतिरिक्त, गर्मी चालकता और कणों का ताप अवशोषण भूमिका निभाता है। वर्तमान में, ब्रौन और सहकर्मियों ने सुझाव दिया है कि अणुओं के हाइड्रेशन आवरण का आवेश और एन्ट्रापी जलीय घोलों में बायोमोलिक्यूल के थर्मोफोरेसिस के लिए प्रमुख भूमिका निभाते हैं।[4][5]

मात्रात्मक विवरण द्वारा दिया गया है:

कण एकाग्रता; प्रसार गुणांक; और थर्मोडिफ्यूजन गुणांक। दोनों गुणांकों का भागफल

सॉरेट गुणांक कहा जाता है।

थर्मोफोरेसिस कारक की गणना ज्ञात आणविक मॉडल से प्राप्त आणविक अंतःक्रियात्मक क्षमता से की गई है [6]


अनुप्रयोग

थर्मोफोरेटिक बल में कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं। अनुप्रयोगों का आधार यह है कि, क्योंकि विभिन्न प्रकार के कण तापमान प्रवणता के बल के तहत अलग-अलग गति करते हैं, कण प्रकारों को एक साथ मिलाने के बाद उस बल द्वारा अलग किया जा सकता है, यदि वे पहले से ही अलग हो गए हों तो मिश्रण से रोका जा सकता है।

अशुद्धता आयन एक वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) के ठंडे पक्ष से गर्म पक्ष की ओर जा सकते हैं, क्योंकि उच्च तापमान परमाणु छलांग के लिए आवश्यक संक्रमण अवस्था संरचना को अधिक प्राप्त करने योग्य बनाता है। विसारक प्रवाह किसी भी दिशा में हो सकता है (या तो तापमान प्रवणता ऊपर या नीचे), सम्मिलित सामग्रियों पर निर्भर करता है। व्यावसायिक इलेक्ट्रोस्टैटिक अवक्षेपक के समान अनुप्रयोगों के लिए थर्मोफोरेटिक बल का उपयोग किया गया है। निर्वात जमाव प्रक्रियाओं में प्रकाशित तंतु के निर्माण में इसका उपयोग किया जाता है। यह अवरोधन में परिवहन तंत्र के रूप में महत्वपूर्ण हो सकता है। थर्मोफोरेसिस को लक्षित अणु की बाउंड बनाम अनबाउंड गति की तुलना द्वारा अप्टामेर बाइंडिंग का पता लगाने की अनुमति देकर दवा की खोज को सुविधाजनक बनाने में भी दिखाया गया है।[7] इस दृष्टिकोण को सूक्ष्म थर्मोफोरेसिस कहा गया है।[8][9] इसके अतिरिक्त, जीनोमिक-लम्बाई डीएनए और एचआईवी वायरस जैसे एकल जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स में हेरफेर करने के लिए थर्मोफोरेसिस को बहुमुखी विधिं के रूप में प्रदर्शित किया गया है। [10][11] प्रकाश-प्रेरित स्थानीय ताप के माध्यम से सूक्ष्म और नैनोचैनलों में।[12] थर्मोफोरेसिस क्षेत्र प्रवाह विभाजन में विभिन्न बहुलक कणों को अलग करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधियों में से एक है।[13]


इतिहास

गैस मिश्रण में थर्मोफोरेसिस पहली बार 1870 में जॉन टिंडल द्वारा देखा और रिपोर्ट किया गया था और 1882 में जॉन स्ट्रट, तीसरे बैरन रेले (बैरन रेले) द्वारा समझा गया था।[14] तरल मिश्रण में थर्मोफोरेसिस पहली बार 1856 में कार्ल लुडविग द्वारा देखा और रिपोर्ट किया गया था और आगे 1879 में चार्ल्स छवि द्वारा समझा गया था।

जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने 1873 में विभिन्न प्रकार के अणुओं के मिश्रण के बारे में लिखा था (और इसमें अणुओं से बड़ा छोटा एरोसोल सम्मिलित हो सकता है):

विसरण की यह प्रक्रिया... गैसों और द्रवों में और यहां तक ​​कि कुछ ठोस पदार्थों में भी चलती है... गतिकीय सिद्धांत हमें यह भी बताता है कि यदि विभिन्न द्रव्यमानों के अणुओं को एक साथ दस्तक देने दिया जाए तो क्या होगा। बड़े द्रव्यमान छोटे लोगों की तुलना में धीमी गति से जाएंगे, जिससे औसतन, प्रत्येक अणु, बड़ा या छोटा, गति की समान ऊर्जा होगी। इस गतिशील प्रमेय का प्रमाण, जिसमें मैं प्राथमिकता का दावा करता हूं, वर्तमान में डॉ. लुडविग बोल्ट्जमैन द्वारा काफी विकसित और उत्तम किया गया है।[15]

सिडनी चैपमैन (गणितज्ञ) द्वारा इसका सैद्धान्तिक विश्लेषण किया गया है।

स्कोएन एट अल द्वारा ठोस इंटरफेस पर थर्मोफोरेसिस को संख्यात्मक रूप से खोजा गया था। 2006 में [16] और बैरेइरो एट अल द्वारा प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी।[17]

1967 में ड्वायर द्वारा पहली बार तरल पदार्थों में नकारात्मक थर्मोफोरेसिस देखा गया था[18] एक सैद्धांतिक समाधान में, और नाम सोन द्वारा गढ़ा गया था।[19] ठोस इंटरफेस पर नकारात्मक थर्मोफोरेसिस पहली बार 2016 में लेंग एट अल द्वारा देखा गया था।[20] बड़े द्रव्यमान छोटे लोगों की तुलना में धीमी गति से जाएंगे, जिससे औसतन, प्रत्येक अणु, बड़ा या छोटा, गति की समान ऊ

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Talbot L, Cheng RK, Schefer RW, Willis DR (1980). "एक गर्म सीमा परत में कणों का थर्मोफोरेसिस". J. Fluid Mech. 101 (4): 737–758. Bibcode:1980JFM...101..737T. doi:10.1017/S0022112080001905.
  2. ↑ Jennings, S (1988). "हवा में औसत मुक्त पथ". Journal of Aerosol Science. 19 (2): 159–166. Bibcode:1988JAerS..19..159J. doi:10.1016/0021-8502(88)90219-4.
  3. ↑ Keith CH, Derrick JC (April 1960). ""कोनिफ्यूज" द्वारा कण आकार वितरण और सिगरेट के धुएं की एकाग्रता का मापन". Journal of Colloid Science. 15 (4): 340–356. doi:10.1016/0095-8522(60)90037-4.
  4. ↑ Duhr S, Braun D (December 2006). "अणु एक तापमान प्रवणता के साथ क्यों चलते हैं". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103 (52): 19678–19682. Bibcode:2006PNAS..10319678D. doi:10.1073/pnas.0603873103. PMC 1750914. PMID 17164337.
  5. ↑ Reineck P, Wienken CJ, Braun D (January 2010). "एकल फंसे हुए डीएनए का थर्मोफोरेसिस". Electrophoresis. 31 (2): 279–286. doi:10.1002/elps.200900505. PMID 20084627. S2CID 36614196.
  6. ↑ J. Chem. Phys., 50, 4886, (1960)
  7. ↑ Baaske P, Wienken CJ, Reineck P, Duhr S, Braun D (February 2010). "आप्टामर बाइंडिंग की बफर निर्भरता को मापने के लिए ऑप्टिकल थर्मोफोरेसिस". Angewandte Chemie International Edition. 49 (12): 2238–2241. doi:10.1002/anie.200903998. PMID 20186894. S2CID 42489892.
  8. ↑ Wienken CJ, et al. (2010). "माइक्रोस्केल थर्मोफोरेसिस का उपयोग करके जैविक तरल पदार्थों में प्रोटीन-बाध्यकारी जांच". Nature Communications. 1 (7): 100. Bibcode:2010NatCo...1..100W. doi:10.1038/ncomms1093. PMID 20981028.
  9. ↑ An illustration of a device based on microscale thermophoresis at NanoTemper.de
  10. ↑ Zhao, Chao; Oztekin, Alparslan; Cheng, Xuanhong (24 Nov 2013). "माइक्रोफ्लुइडिक चिप में कृत्रिम और जैविक कणों के थर्मल प्रसार गुणांक को मापना". Bulletin of the American Physical Society. 58. Bibcode:2013APS..DFD.D6002Z. Retrieved 7 April 2015.
  11. ↑ Zhao, Chao; Fu, Jinxin; Oztekin, Alparslan; Cheng, Xuanhong (1 Oct 2014). "तनु निलंबन में नैनोकणों के सोरेट गुणांक को मापना". Journal of Nanoparticle Research. 16 (10): 2625. Bibcode:2014JNR....16.2625Z. doi:10.1007/s11051-014-2625-6. PMC 4160128. PMID 25221433.
  12. ↑ Thamdrup LH, Larsen NB, Kristensen A (February 2010). "पॉलिमर माइक्रो- और नैनोचैनल्स में डीएनए के थर्मोफोरेटिक मैनिपुलेशन के लिए लाइट-इंड्यूस्ड लोकल हीटिंग". Nano Letters. 10 (3): 826–832. Bibcode:2010NanoL..10..826T. doi:10.1021/nl903190q. PMID 20166745.
  13. ↑ An illustration of a Thermal Field Flow Fractionation Machine based on thermophoresis used to separate mixed polymers at Postnova.com
  14. ↑ A brief history of thermophoresis studies is in Encyclopedia of Surface And Colloid Science, Volume 2, published by Taylor & Francis, year 2006. John Tyndall's original article in year 1870 is online at Archive.org.
  15. ↑ "Molecules" by James Clerk Maxwell, published in September 1873 in Nature (magazine). Reproduced online at Victorianweb.org.
  16. ↑ Schoen, Philipp A. E.; Walther, Jens H.; Arcidiacono, Salvatore; Poulikakos, Dimos; Koumoutsakos, Petros (2006-09-01). "Nanoparticle Traffic on Helical Tracks: Thermophoretic Mass Transport through Carbon Nanotubes". Nano Letters. 6 (9): 1910–1917. Bibcode:2006NanoL...6.1910S. doi:10.1021/nl060982r. ISSN 1530-6984. PMID 16968000. S2CID 29154934.
  17. ↑ Barreiro, Amelia; Rurali, Riccardo; Hernández, Eduardo R.; Moser, Joel; Pichler, Thomas; Forró, László; Bachtold, Adrian (2008-05-09). "कार्बन नैनोट्यूब के साथ थर्मल ग्रेडियेंट द्वारा संचालित कार्गो की सुब्नानोमीटर गति". Science. 320 (5877): 775–778. Bibcode:2008Sci...320..775B. doi:10.1126/science.1155559. ISSN 1095-9203. PMID 18403675. S2CID 6026906.
  18. ↑ Dwyer, Harry A. (1967-05-01). "Thirteen‐Moment Theory of the Thermal Force on a Spherical Particle". Physics of Fluids. 10 (5): 976–984. Bibcode:1967PhFl...10..976D. doi:10.1063/1.1762250. ISSN 0031-9171.
  19. ↑ Sone, Yoshio (1972-07-15). "दुर्लभ गैस में थर्मल तनाव से प्रेरित प्रवाह". Journal of the Physical Society of Japan. 33 (1): 232–236. Bibcode:1972JPSJ...33..232S. doi:10.1143/JPSJ.33.232. ISSN 0031-9015.
  20. ↑ Leng, Jiantao; Guo, Zhengrong; Zhang, Hongwei; Chang, Tienchong; Guo, Xingming; Gao, Huajian (2016-10-12). "सांद्रिक कार्बन नैनोट्यूब नैनो उपकरणों में नकारात्मक थर्मोफोरेसिस". Nano Letters. 16 (10): 6396–6402. Bibcode:2016NanoL..16.6396L. doi:10.1021/acs.nanolett.6b02815. ISSN 1530-6984. PMID 27626825.


बाहरी संबंध

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