Электрофорез
Электрокинетические явления
Электрокинетическими называют явления, происходящие в гетерогенных, дисперсных системах. Суть этих явлений заключается или в движении одной фазы относительно другой под действием внешнего электрического поля, или в появлении разности потенциалов в результате перемещения фаз под действием внешних механических сил. К электрокинетическим явлениям относят: электрофорез – движение в жидкости взвешенных в ней твердых частиц, капель инородной жидкости или газовых пузырьков под действием внешнего электрического поля; электроосмос – движение жидкости через капилляры или мембраны под действием внешнего электрического поля; эффект Дорна – возникновение разности потенциалов в жидкости в направлении оседания в ней взвешенных твердых частичек (в поле силы тяжести или в центрифугах) и возникновение разности потенциалов между концами капилляра или поверхностями пористой мембраны при проталкивании через них жидкости внешним давлением. Легко видеть, что последние два явления противоположны по отношению к электрофорезу и электроосмосу. Все электрокинетические явления обязаны своим происхождением двойному слою. Мы рассмотрим лишь электрофорез.
Внешнее электрическое поле, действуя на частицу, окруженную двойным электрическим слоем, приводит ее в движение (рис. а). Подвижность частицы зависит от величины дзета-потенциала, коэффициента вязкости жидкости и от напряженности поля. Если размер частицы значительно превышает толщину двойного слоя, то подвижность таких частиц не зависит от их формы и величины. К таким частицам относятся, например, эритроциты, лейкоциты, микроорганизмы. Если же размеры частиц сравнимы с диаметром ионов (например, белковые молекулы), то последний влияет на их электрофоретическую подвижность. Измерение электрофоретической подвижности позволяет вычислять дзета-потенциал. Так, было показано, что дзета-потенциал эритроцитов человека равен 16,8 мВ, свиньи– 12,5, кошки– 17,8 мВ и т. д. Интересно отметить, что если для различных видов животных дзета-потенциал различен, то у человека не обнаружено различия в величинах дзета-потенциалов эритроцитов у представителей различных рас.
Электрофорез широко применяют для разделения смесей некоторых веществ, например для разделения белковых фракций сыворотки крови. Пусть имеется смесь двух фракций А и Б. Если частицы этих фракций имеют различную электрофоретическую подвижность, то в электрическом поле одна из фракций, например А, будет обгонять фракцию Б, что и приведет к их разделению. Обычно электрофорез проводят на смоченной исследуемым раствором фильтровальной бумаге. Поскольку подвижность частиц невелика, то электрофорез продолжается длительное время, после чего высушенную бумагу помещают в раствор, который по-разному окрашивает белковые фракции. Полученную электрофореграмму исследуют, например, с помощью спектрофотометра, который позволяет по степени поглощения света вычислить относительное содержание белковых фракций в смеси. Электрофоретическое исследование состава белковых фракций сыворотки крови проводят при диагностике ряда заболеваний.
Проницаемость кожи весьма незначительна, поскольку поры кожи заполнены воздухом, а стенки имеют электрические заряды. Если кожа попадает в электрическое поле, то жидкость из нижележащей ткани под действием поля перемещается наружу (злектроосмос), воздух вытесняется из пор, они заполняются жидкостью, и ионы вещества, находящиеся на поверхности кожи, получают возможность перемещаться внутрь. Если прокладки под электродами, наложенными на кожу, смочить раствором лекарственных веществ, которые диссоциируют на ионы или содержат коллоидные частицы, заряжающиеся при адсорбции на них ионов из раствора, то при пропускании постоянного тока ионы и частицы будут перемещаться внутрь ткани. Одновременно из ткани в прокладку перемещаются ионы веществ, содержащихся во внеклеточных жидкостях. Возможность введения в организм различных веществ методом электрофореза была доказана опытом Ледюка.
Морским свинкам (рис.) удаляли на боках волосяной покров и прикладывали электроды, соединенные с источником тока. Под электродами Э были марлевые тампоны, смоченные физиологическим раствором. Если тампоны под электродами Т смочить раствором цианистого, калия, то погибала свинка 1, так как ядовитым был катион CN–, который двигался к аноду, т. е. к Э1 Если смочить тампоны под электродами Т раствором сернокислого стрихнина, то ядовитый анион стрихнина направлялся к электроду Э2 и погибала свинка 2.