CÁC HIỆN TƯỢNG ĐIỆN ĐỘNG HỌC docx

CÁC HIỆN TƯỢNG ĐIỆN ĐỘNG HỌC

MỞ ĐẦU
Các tế bào, các tổ chức của hệ thống sống là 1 hệ keo dị thể, bao gồm nhiều
pha khác nhau.
1. Đặt vào hệ 1 điện trường không đổi  xuất hiện sự chuyển động của các
pha trong hệ.
2. Khi các pha trong hệ chuyển động cơ học  tạo nên 1 điện thế trong hệ
Các hiện tượng điện động học xuất hiện khi:
Khái niệm: - dung dịch, dung môi và chất hòa tan
- hệ dị thể, pha phân tán & môi trường phân tán

+
_
Chuyển động của hạt
đất sét mang điện âm
Chuyển dịch của nước
1908, Reis là người đầu tiên phát hiện thấy các hiện tượng điện động học khi
nghiên cứu sự chuyển động của các hạt đất sét dưới tác dụng của dòng điện
1 chiều
Thí nghiệm của Reis

I. PHÂN LOẠI CÁC HIỆN TƯỢNG ĐIỆN ĐỘNG HỌC
1. Điện di
2. Điện thẩm
3. Điện thế chảy
4. Điện thế lắng
Các pha của hệ dị thể chuyển động khi đặt vào
hệ một điện trường
Bản thân sự chuyển động tương đối của các

pha trong hệ dị thể tạo ra 1 điện trường trong hệ

1. Điện di
Sự chuyển động của các hạt của pha phân tán trong điện trường hướng tới
điện cực trái dấu – hiện tượng điện di.
2. Điện thẩm
Hiện tượng chuyển động của môi trường phân tán dưới tác dụng của điện
trường tới điện cực cùng dấu – điện thẩm
Đặt lên hệ dị thể 1 điện trường không đổi, các pha của hệ sẽ chuyển
động

3. Điện thế chảy
Xuất hiện khi chất lỏng chuyển động do tác dụng của áp suất thuỷ tĩnh qua
các mao quản, hoặc qua các lỗ mà thành lỗ mang điện tích  sự chuyển
động của môi trường phân tán tạo nên 1 điện thế trong hệ.
Đây là hiện tượng ngược với hiện tượng điện thẩm
P

4. Điện thế lắng
Xuất hiện giữa lớp trên và lớp dưới của hệ dị thể trong quá trình lắng các hạt của
pha phân tán dưới tác dụng của trọng lực.
Tất cả các hiện tượng điện động đều dẫn đến việc hình thành điện thế
giữa pha phân tán và môi trường phân tán  điện thế động
P
Quá trình lắng máu
Các ion dương dễ bị
hydrate hóa hơn nên
khó lắng hơn

II. BẢN CHẤT ĐIỆN THẾ ĐỘNG

1. Nguồn gốc điện tích bề mặt.
Việc xuất hiện của điện thế động có liên quan tới sự tồn tại của các điện tích tự
do trên bề mặt của pha phân tán.
Theo 2 cơ chế:
1. Ion hoá các nhóm phân ly
thường xảy ra trên bề mặt của phân tử protein or phân tử hữu cơ do sự có
mặt của các nhóm hydroxyl, cacboxyl, amin…
Ion nghịch: là những ion rời bỏ hạt phân tán và đi vào dung dịch
Ion tạo thế: là các ion cố định trên bề mặt của hạt phân tán, và chúng sẽ xác
định dấu của điện tích bề mặt.
2. Hấp phụ các ion lên bề mặt của pha phân tán

Xét phân tử protein:
Do sự có mặt cùng lúc của nhóm acid cũng như nhóm kiềm, nên phân tử
protein là phân tử lưỡng cực.
Trong dung dịch acid, phân tử protein giữ vai trò là ion dương
Trong dung dịch kiềm, phân tử protein giữ vai trò là 1 ion âm,
R
COO
-
COOH
NH
2
R
NH
3
+
+ Cl
-
NH

3
+
NH
2
R
COOH
+ HCl
R
COOH
COO
-
+ NaOH + Na
+
+ H
2
O
COOH
NH
2
R
NH
2
R

Kết quả của quá trình ion hoá các nhóm –NH
2
và –COOH tạo ra 2
loại ion:

1. Ion tạo thế, nằm trên bề mặt pha phân tán

2. Ion nghịch nằm trong môi trường phân tán
>>> Xuất hiện lớp điện kép, các điện tích đã bị phân ly mặc dù toàn bộ
hệ vẫn trung hoà về điện.

+
2. Cấu trúc lớp điện kép
Toàn bộ ion tạo thế nằm trên
bề mặt hạt keo
Những ion ngược dấu chia
thành 2 lớp: lớp thứ nhất cách
bề mặt hạt keo 1 khoảng d cỡ
kích thước phân tử, và được
giữ sát bề mặt hạt keo nhờ lực
hút tĩnh điện – tạo nên lớp hấp
phụ.
Lớp thứ hai: chuyển động tự do
trong môi trường phân tán, tạo
thành lớp khuếch tán.
d- kích thước lớp điện kép
E – thế nhiệt động
d
ξ
E
Ion nghịch
Ion tạo thế

Dzeta- ξ điện thế
ξ- điện thế -hay còn gọi là điện thế
điện động, chỉ xuất hiện do quá
trình chuyển động của các pha

trong hệ dị thể.
d
+
ξ
E
ξ- điện thế - hay bước nhảy thế
xuất hiện giữa lớp hấp phụ và lớp
khuếch tán
Điện thế này hình thành trên ranh
giới giữa màng dung môi cực
mỏng (lớp hấp phụ) trên bề mặt
của hạt và toàn bộ phần còn lại
của chất lỏng


Những yếu tố ảnh hưởng đến ξ điện thế
Bất cứ yếu tố nào ảnh hưởng đến lớp điện kép đều ảnh hưởng đến
ξ điện thế:
-
Nồng độ các ion trong hệ
-
Nhiệt độ dung dịch
-
Bản chất môi trường phân tán: lớp điện kép chỉ có thể tồn tại trong
môi trường phân cực và tỷ lệ thuận với mức độ phân cực của môi
trường.

III. NGUYÊN TẮC CỦA PP ĐIỆN DI
Pp điện di dùng để:
Tách chiết , phân tích thành phần hỗn hợp protein

Nghiên cứu tính di động của các hạt, tế bào hoặc bào quan trong điện trường
 tính chất điện hoá của bề mặt đối tượng nghiên cứu.
1. Hiện tượng điện di:
Một hạt mang điện tích q đặt trong điện trường đều E sẽ chịu lực tác dụng f
ε
f
ε
= qE
Dưới tác dụng của điện trường, các hạt tích điện dương chuyển động cùng
chiều điện trường, các hạt tích điện âm chuyển động ngược chiều.

Có 2 loại hạt mang điện:
•
Các ion dương hoặc âm phân ly từ các phân tử chất điện phân (acid, kiềm,
muối tan trong nước)
•
Các hạt keo, vi khuẩn, hồng cầu, bạch cầu, các phân tử protein…
Vận tốc chuyển động của các hạt trong điện trường đều:
t
x
v =
x-quãng đường chuyển động, t- thời gian
Tác dụng lên hạt còn có lực ma sát: f
ms
=fv
(f – hệ số ma sát, phụ thuộc vào kích thước, hình dạng phân tử và độ nhớt môi
trường)
Khi hạt chuyển động đều : qE = fv  v = qE/f

Cơng thức Stokes (đối với hạt hình cầu), hệ số ma sát

f=6πηr η-độ nhớt; r-bán kính hạt
Ta có:
r
qE
v
πη
6
=
Hệ số U=v/E=q/f - độ linh động điện di
Tốc độ điện di tỷ lệ thuận với cường độ điện trường.
Độ linh động U có giá trị bằng tốc độ điện di v khi cường độ điện trường E
bằng 1 đơn vị.
Mặt khác, ta có mối liên hệ
r
q
hay
r
q
==
ξε
ε
ξ
ε- hằng số điện mơi của dung dịch,
(2)
(1)

Thay (2) vào (1), ta có:
v
E
suyra

E
v
ε
πη
ξ
πη
ξε
6
,
6
==
Công thức Smolukhovski
Theo đó, nếu biết tốc độ điện di v của hạt (các thông số η, ε, E coi như đã
biết), có thể tính được ξ- điện thế .

2. Các phương pháp điện di
1. Điện di trong dung dịch tự do
3. Điện di trên các chất giá
2. Vi điện di

1. Điện di trong dung dịch tự do
Bộ phận chính: cuvet hình chữ U
Dưới tác dụng của điện trường, các hạt sẽ chuyển động tới các điện
cực trái dấu với chúng  ranh giới giữa dung dịch nghiên cứu và dung
dịch đệm sẽ chuyển động.
Quãng đường đi của mỗi loại hạt sẽ phụ thuộc vào điện tích của hạt 
mỗi hạt sẽ ứng với 1 vị trí riêng.
Chụp ảnh cuvet ở những thời điểm khác nhau (t
1
, t

2
)  ứng với
quãng đường dịch chuyển trong thời gian Δt sẽ tính được vận tốc
điện di  độ linh động điện di của hạt.

Điện di trong dung dịch tự do cho phép xác định:
1. Độ linh động
2. Điểm đẳng điện
3. Nhận dạng protein
4. Phát hiện những thay đổi hóa học trong phân tử protein
Điện di trong dung dịch tự do đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu
protein.

2. Điện di trên các chất giá
Dung dịch nghiên cứu được làm ổn định trên các giá. Các giá ổn định là
tinh bột, thạch, gel, polyacrilamit …
Điện di trên giấy: phổ biến và có nhiều ứng dụng
Nguyên lý của điện di trên giấy giống với điện di trong dung dịch tự do:
dung dịch nghiên cứu được chấm trên giấy như một giá mang. Các hạt
mang điện sẽ chuyển động về phía điện cực trái dấu.
+
-

Nhuộm màu:
Cố định và nhuộm màu bằng phẩm
nhuộn thích hợp.
Định tính và định lượng protein thông
qua các vết protein trên giấy.
Ứng dụng: phân tích các thành phần và tách
chiết protein, DNA…

Điện di mao quản
Điện di mao quản – hệ thống giải trình tự CEQ 8000
Tách ADN trên cột mao quản và phát hiện bằng huỳnh quang
Gel tách mẫu
Hệ 8 mao quản, thành mao quản được phủ hóa chất giúp gỉam thiểu sự
bám dính của ADN.
Hoạt động tự động từ việc bơm gel tới phân tích kết quả.
Ứng dụng:
-
Giải trình tự ADN
-
So sánh giải trình tự gen
-
Định lượng ADN…

3.Vi điện di
Có sự hỗ trợ của kính hiển vi.
Được sử dụng để xác định thế điện động của các hạt có kích thước nhỏ
(các hạt keo sinh vật, tế bào động thực vật, vi khuẩn, hồng cầu…)
Qua kính hiển vi có thể quan sát được sự chuyển động của các hạt
riêng lẻ  tính được tốc độ di chuyển của hạt dưới tác dụng của điện
trường trong các điều kiện thí nghiệm cụ thể.