ФОРМИРОВАНИЕ ПОГРАНИЧНЫХ СЛОЕВ ПРИ ЭЛЕКТРОФОРЕЗЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЫ В СИЛЬНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Автор: Елизавета Александровна Франц
Соавторы: Крылов А.А., Шелистов В.С., Демехин Е.А.
Организация: Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации
В течение 20-го века основное внимание в исследовании электрофореза диэлектрических частиц уделялось линейному электрофорезу. Однако в последние десятилетия наблюдается прогресс в изучении нелинейных электрокинетических эффектов, включая нелинейный электрофорез [1]. Это связано, прежде всего, с разнообразием областей применения электрофореза, таких как микрофлюидика, коллоидная химия и секвенирование ДНК. Недавние исследования показали, что электрофорез в микрожидкостных чипах может быть использован для быстрого и эффективного обнаружения бактерий [2]. Как теоретические, так и экспериментальные исследования выявили более высокую скорость электрофореза в трех случаях: высокая напряженность электрического поля E, высокая плотность поверхностного заряда 𝜎 и наличие гидрофобных свойств поверхности.
Распределение плотности заряда ρ показывает несимметричную картину с формированием зоны пространственного заряда в области набегающего потока. На распределении суммарной концентрации ионов K видно формирование области обессоливания в области набегающего потока жидкости и формировании структуры повышенной концентрации с противоположной стороны частицы. Если посмотреть сечения для угла 180 градусов, что соответствует переднему фронту частицы, увидим наличие характерного максимума заряда, что соответствует области пространственного заряда и наличие области пониженной концентрации, которая падает примерно до K = 0,3 при равновесном значении в растворе K = 2. Если наложить распределения К и ρ на один график, можно четко выделить структуру пограничных слоев в области набегающего потока. Сначала идет двойной электрический слой с резким падением обоих функций, затем область пространственного заряда, где функции стабилизируются и лишь незначительно изменяются и затем диффузионных слой, в котором функции выходят на свои равновесные значения в объеме электролита. Ранее было показано, что аналогичная структура тонких пограничных слоев формируется около поверхности ионообменной частицы.
