वैद्युтокणसंचलन

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Fig2

वैद्युтокणसंचलन (Electrophoresis) किसी दिकस्थान में एकसमान वैद्युत क्षेत्र के प्रभाव में किसी तरल के सापेक्ष आवेशित परिक्षिप्त कणों या घुले हुए आवेशित अणुओं की गति है। नियम के अनुसार, इन ज्विटेर आयनिक (zwitterionic) कणों और अणुओं पर या तो धनात्मक या ऋणात्मक कुल आवेश होता है, जिसे अक्सर ज़ीटा विभव (zeta potential) द्वारा लक्षित किया जाता है।[1][2]

वैद्युтокणसंचलन का उपयोग प्रयोगशालाओं में बृहदणुओं (macromolecules) को उनके आवेश के आधार पर अलग करने के लिए किया जाता है। यह तकनीक सामान्यतः एक ऋणात्मक आवेश लागू करती है (कैथोड के माध्यम से) जिससे ऋणायनिक (anionic) अणु धनात्मक आवेश (एनोड) की ओर बढ़ते हैं।[3] इसलिए, धनात्मक आवेशित कणों या अणुओं (कैटायन) के वैद्युтокणसंचलन को कभी-कभी कैटैफोरेसिस (cataphoresis) कहा जाता है, जबकि ऋणात्मक आवेशित कणों या अणुओं (ऋणायनों) के वैद्युтокणसंचलन को कभी-कभी एनाफोरेसिस (anaphoresis) कहा जाता है।[4][5][6][7][8][9][10]

वैद्युтокणसंचलन जैव रसायन (biochemistry) और आणविक जीव विज्ञान (molecular biology) में प्रयुक्त विश्लेषणात्मक तकनीकों का आधार है, जिसके द्वारा कणों, अणुओं या आयनों को आकार, आवेश, रूप, या बंधन आत्मीयता (binding affinity) के आधार पर, या तो स्वतंत्र रूप से या एक सहायक माध्यम के माध्यम से विद्युत आवेश के एक-दिशात्मक प्रवाह का उपयोग करके अलग किया जाता है।[11] इसका व्यापक रूप से DNA, RNA और प्रोटीन विश्लेषण में उपयोग किया जाता है।Cite error: Closing </ref> missing for <ref> tag

इतिहास

History of electrophoresis

सिद्धांत

निलंबित कणों पर एक विद्युत सतह आवेश होता है, जो सतह पर अधिशोषित प्रजातियों से काफी प्रभावित होता है,[12] जिस पर एक बाहरी विद्युत क्षेत्र एक इलेक्ट्रोस्टैटिक कूलॉम बल लगाता है। द्विपरत (double layer) सिद्धांत के अनुसार, तरल पदार्थों में सभी सतह आवेश आयनों की एक विसरित परत (diffuse layer) द्वारा परिरक्षित होते हैं, जिसका सतह आवेश के निरपेक्ष समान लेकिन विपरीत चिह्न वाला आवेश होता है। विद्युत क्षेत्र विसरित परत में आयनों पर एक ऐसा बल भी लगाता है जिसकी दिशा सतह आवेश पर कार्य करने वाले बल के विपरीत होती है। यह बाद वाला बल वास्तव में कण पर नहीं लगाया जाता है, बल्कि कण सतह से कुछ दूरी पर स्थित विसरित परत के आयनों पर लगाया जाता है, और इसका कुछ हिस्सा श्यान प्रतिबल (viscous stress) के माध्यम से कण सतह तक स्थानांतरित होता है। बल के इस हिस्से को वैद्युтокणसंचलन मंदन बल (electrophoretic retardation force), या संक्षेप में ERF भी कहा जाता है। जब विद्युत क्षेत्र लगाया 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:

Ftext=0=Fel+Ff+Fret

परिक्षेपण माध्यम की श्यानता के कारण गतिमान कणों पर लगने वाले कर्षण (drag) को ध्यान में रखते हुए, कम रेनॉल्ड्स संख्या और मध्यम विद्युत क्षेत्र की शक्ति E के मामले में, परिक्षिप्त कण का अपवाह वेग (drift velocity) v केवल लागू क्षेत्र के समानुपाती होता है, जो वैद्युтокणसंचलन विद्युत गतिशीलता μe को इस प्रकार परिभाषित करता है:[13]

μe=vE.

वैद्युтокणसंचलन का सबसे प्रसिद्ध और व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला सिद्धांत 1903 में मारियन स्मोलुचोव्स्की (Marian Smoluchowski) द्वारा विकसित किया गया था:[14]

μe=εrε0ζη,

जहाँ εr परिक्षेपण माध्यम का परावैद्युतांक (dielectric constant) है, ε0 मुक्त आकाश की पारगम्यता (Vacuum permittivity) (C2 N−1 m−2) है, η परिक्षेपण माध्यम की गतिक श्यानता (dynamic viscosity) (Pa s) है, और ζ ज़ीटा विभव है (अर्थात, द्विपरत में फिसलन तल का इलेक्ट्रोकाइनेटिक विभव, इकाइयाँ mV या V)।

स्मोलुचोव्स्की का सिद्धांत बहुत प्रभावशाली है क्योंकि यह किसी भी आकार के परिक्षिप्त कणों पर किसी भी सांद्रता पर काम करता है। इसकी वैधता पर कुछ सीमाएँ हैं। उदाहरण के लिए, इसमें डिबाय लंबाई (Debye length) κ−1 (इकाइयाँ m) शामिल नहीं है। हालाँकि, डिबाय लंबाई वैद्युтокणसंचलन के लिए महत्वपूर्ण होनी जैसा कि चित्र 2 से तुरंत स्पष्ट होता है, "वैद्युтокणसंचलन मंदन का चित्रण"। द्विपरत (DL) की बढ़ती मोटाई कण सतह से मंदन बल के बिंदु को दूर ले जाती है। DL जितनी मोटी होगी, मंदन बल उतना ही कम होना चाहिए।

विस्तृत सैद्धांतिक विश्लेषण से यह सिद्ध हुआ कि स्मोलुचोव्स्की का सिद्धांत केवल पर्याप्त रूप से पतली DL के लिए मान्य है, जब कण की त्रिज्या a डिबाय लंबाई से बहुत बड़ी होती है:

aκ≫1.

"पतली दोहरी परत" (thin double layer) का यह मॉडल न केवल वैद्युतकणसंचलन (electrophoresis) सिद्धांत के लिए बल्कि कई अन्य इलेक्ट्रोकाइनेटिक सिद्धांतों के लिए भी अत्यधिक सरलीकरण प्रदान करता है। यह मॉडल अधिकांश जलीय प्रणालियों के लिए मान्य है, जहाँ डिबाय लंबाई (Debye length) आमतौर पर केवल कुछ नैनोमीटर होती है। यह पानी के करीब आयनिक शक्ति (ionic strength) वाले विलयन में नैनो-कोलॉइड्स के लिए ही विफल होता है।

स्मोलुखोव्स्की सिद्धांत सतह चालकता (surface conductivity) के योगदान की भी उपेक्षा करता है। आधुनिक सिद्धांत में इसे छोटे डुखिन संख्या (Dukhin number) की शर्त के रूप में व्यक्त किया जाता है:

Du≪1

वैद्युतकणसंचलन सिद्धांतों की वैधता के दायरे का विस्तार करने के प्रयास में, इसके विपरीत स्पर्शोन्मुख (asymptotic) मामले पर विचार किया गया, जब डिबाय लंबाई कण की त्रिज्या से बड़ी होती है:

aκ<1.

"मोटी दोहरी परत" की इस स्थिति के तहत, एरिच हकेल (Erich Hückel)[15] ने वैद्युतकणसंचलन गतिशीलता (electrophoretic mobility) के लिए निम्नलिखित संबंध का अनुमान लगाया:

μe=2εrε0ζ3η.

यह मॉडल कुछ नैनोकणों (nanoparticles) और अध्रुवीय द्रवों के लिए उपयोगी हो सकता है, जहाँ डिबाय लंबाई सामान्य मामलों की तुलना में काफी बड़ी होती है।

कई ऐसे विश्लेषणात्मक सिद्धांत हैं जो सतह चालकता को शामिल करते हैं और छोटे डुखिन संख्या की सीमा को समाप्त करते हैं, जिसकी शुरुआत थियोडोर ओवरबीक (Theodoor Overbeek)[16] और एफ. बूथ (F. Booth)[17] ने की थी। आधुनिक, कठोर सिद्धांत जो किसी भी ज़ीटा विभव (Zeta potential) और अक्सर किसी भी aκ के लिए मान्य हैं, वे ज्यादातर दुखिन-सेमेखिन सिद्धांत से उत्पन्न होते हैं[18][1]।

पतली दोहरी परत की सीमा में, ये सिद्धांत रिचर्ड डब्ल्यू. ओ'ब्रायन और ली आर. व्हाइट द्वारा प्रदान की गई समस्या के संख्यात्मक समाधान की पुष्टि करते हैं।[19]

अधिक जटिल परिदृश्यों के मॉडलिंग के लिए, ये सरलीकरण अशुद्ध हो जाते हैं, और विद्युत क्षेत्र को इसके परिमाण और दिशा को ट्रैक करते हुए स्थानिक (spatially) रूप से मॉडल किया जाना चाहिए। इस स्थानिक रूप से भिन्न होने वाले विद्युत क्षेत्र को मॉडल करने के लिए पॉसों समीकरण (Poisson's equation) का उपयोग किया जा सकता है। द्रव प्रवाह पर इसके प्रभाव को स्टोक्स के नियम (Stokes' law) के साथ मॉडल किया जा सकता है,[20] जबकि विभिन्न आयनों के परिवहन को नर्स्ट-प्लैंक समीकरण (Nernst–Planck equation) का उपयोग करके मॉडल किया जा सकता है। इस संयुक्त दृष्टिकोण को पॉसों-नर्स्ट-प्लैंक-स्टोक्स समीकरणों के रूप में जाना जाता है। कणों के वैद्युतकणसंचलन के लिए इसे सत्यापित किया गया है।[21]

इन्हें भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 (2025). Zeta Potential: Fundamentals, Methods, and Applications. Academic Press. ISBN 978-0443334436.
  2. ↑ Michov, B.. (2022). Electrophoresis Fundamentals: Essential Theory and Practice. De Gruyter, ISBN 9783110761627. ISBN 9783110761627. doi:10.1515/9783110761641.
  3. ↑ Kastenholz, B.. (2006). "Comparison of the electrochemical behavior of the high molecular mass cadmium proteins in Arabidopsis thaliana and in vegetable plants on using preparative native continuous polyacrylamide gel electrophoresis (PNC-PAGE)". Electroanalysis. 18 (1) 103–6. doi:10.1002/elan.200403344.
  4. ↑ Lyklema, J.. (1995). "Fundamentals of Interface and Colloid Science". 2 3.208.
  5. ↑ Hunter, R.J.. (1989). "Foundations of Colloid Science". Oxford University Press.
  6. ↑ (1974). "Electrokinetic Phenomena". J. Wiley and Sons.
  7. ↑ (1989). Colloidal Dispersions. Cambridge University Press. ISBN 9780521341882.
  8. ↑ Kruyt, H.R.. (1952). "Colloid Science". 1, Irreversible systems. Elsevier.
  9. ↑ (2017). Characterization of liquids, nano- and micro- particulates and porous bodies using Ultrasound. Elsevier. ISBN 978-0-444-63908-0.
  10. ↑ Anderson, J.L.. (January 1989). "Colloid Transport by Interfacial Forces". Annual Review of Fluid Mechanics. 21 (1) 61–99. doi:10.1146/annurev.fl.21.010189.000425.
  11. ↑ Malhotra, P.. (2023). "Analytical Chemistry: Basic Techniques and Methods". 346. Springer, ISBN 9783031267567.
  12. ↑ (2012). "The effects of carboxylic acids on the aqueous dispersion and electrophoretic deposition of ZrO2". Journal of the European Ceramic Society. 32 (1) 235–244. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2011.08.015.
  13. ↑ (2011). "Anodic aqueous electrophoretic deposition of titanium dioxide using carboxylic acids as dispersing agents". Journal of the European Ceramic Society. 31 (6) 1041–1047. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2010.12.017.
  14. ↑ von Smoluchowski, M.. (1903). "Contribution à la théorie de l'endosmose électrique et de quelques phénomènes corrélatifs". Bull. Int. Acad. Sci. Cracovie. 184.
  15. ↑ Hückel, E.. (1924). "Die kataphorese der kugel". Phys. Z.. 25 204.
  16. ↑ Overbeek, J.Th.G. (1943). "Theory of electrophoresis — The relaxation effect". Koll. Bith.. 287.
  17. ↑ Booth, F.. (1948). "Theory of Electrokinetic Effects". Nature. 161 (4081) 83–86. doi:10.1038/161083a0.
  18. ↑ Dukhin, S.S. and Semenikhin N.V. "Theory of double layer polarization and its effect on electrophoresis", Koll.Zhur. USSR, volume 32, page 366, 1970.
  19. ↑ O'Brien, R.W.. (1978). "Electrophoretic mobility of a spherical colloidal particle". J. Chem. Soc. Faraday Trans.. 2 (74) 1607. doi:10.1039/F29787401607.
  20. ↑ (2005-11-04). "Motility of Catalytic Nanoparticles through Self-Generated Forces". Chemistry - A European Journal. 11 (22) 6462–6470. doi:10.1002/chem.200500167.
  21. ↑ (2011-06-13). "Electrokinetic locomotion due to reaction-induced charge auto-electrophoresis". Journal of Fluid Mechanics. 680 31–66. doi:10.1017/jfm.2011.132.

अतिरिक्त पठन

  • Barz, D.P.J.. (2005). "Model and Verification of Electrokinetic Flow and Transport in a Micro-Electrophoresis Device". Lab Chip. 5 (9) 949–958. doi:10.1039/b503696h.
  • Jahn, G.C.. (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.. (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.
  • Shim, J.. (2007). "Modeling and Simulation of IEF in 2-D Microgeometries". Electrophoresis. 28 (4) 527–586. doi:10.1002/elps.200600402.
  • Voet and Voet. (1990). Biochemistry. John Wiley & Sons.October 2024

बाहरी कड़ियाँ

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Electrophoresis” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrophoresis यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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