Подвійний іонний шар є причиною електрокінетичних явищ, тобто явищ відносного переміщення фаз в електричному полі або, навпаки, виникнення електричного поля в результаті переміщення фаз. Якщо в золь або суспензію помістити два електроди і пропустити постійний струм, заряджені часточки будуть рухатися до потрібного полюса. Таке спрямування руху твердих часточок у колоїдному розчині називається електрофорезом (див. рис. 6). У результаті електрофорезу виникає осідання часточок на електроді.
Значення електрокінетичного потенціалу, який виникає при електрофорезі, можна розрахувати за рівнянням
К ?p?h? U
x = --------------------- , В,
e?e0 ? H
де К – коефіцієнт, який залежить від форми частинок (для частинок сферичної форми К = 6, циліндричної – К = 4);
h - в’язкість середовища, Па?с; e - відносна діелектрична проникність середовища; e0 – абсолютна діелектрична проникність вакууму (8,85?10-12 Ф/м); U – електрофоре-тична швидкість, яка дорівнює (м/с)
де S - шлях, який проходить часточка за секунду; H - градієнт потенціалу зовнішнього електричного поля, В/М, який дорівнює Н = E/l, де Е – прикладена напруга, В; l – відстань між електродами, м.
Рух іонів дифузного шару в електричному полі крізь пористу систему з неоднорідною твердою фазою (наприклад, керамічна діаграма, целофанова діаграма, ґрунт) викликає напрямлену течію всього розчину крізь пори до потрібного електрода. Це явище називається електроосмосом (див. рис. 7).
При протискуванні під вагою розчину крізь мембрану внаслідок зміщення іонів дифузного шару виникає різниця електричних потенціалів між вхідним і вихідним розчинами. Ця різниця потенціалів – потенціал протікання (див. рис. 8). Описаний ефект протилежний електроосмосу.
Різниця потенціалів, що виникає між двома шарами, які розміщені на різних висотах, при осіданні завислих частинок (наприклад, піщинок у воді) називається потенціалом осаду (седиментації), або ефектом Дорна (див. рис. 9).
Рисунок 6 – Електрофорез
Рисунок 7 – Електроосмос
Рисунок 8 – Потенціал течії
Рисунок 9 – Потенціал осідання
Залежність між описаними вище електрокінетичними явищами можна зобразити схемою 1.
Найбільшого поширення серед електрокінетичних явищ набув електрофорез.
Метод електрофорезу широко використовується в медицині, наприклад, для видалення та дослідження деяких фракцій білків плазми крові, що дозволяє діагностувати багато захворювань. При створенні електричного поля кожний компонент дослідної суміші рухається зі швидкістю, пропорційною величині дзета-потенціалу, в результаті чого суміш поділяється на ряд фракцій. При реєстрації отримують електрофореграми, в яких висота піків відповідає кількісному вмісту кожної фракції.
Електрофореграми плазми крові в нормі для всіх людей однакові. При патології вони мають характерний, специфічний для кожного захворювання вигляд і можуть бути застосовані як для діагнозу, так і для контролю нормалізації білкового складу крові (див. рис. 10).
Схема 1
Явище
Суть явища
Причина явища
Електрофорез
Електроосмос
Потенціал течії
Потенціал осідання
Рух часточок твердого тіла, диспергованого в рідині
Рух рідинного середовища від-носно твердого тіла
Виникнення різниці потенці-алів між точками плинного диспер-сійного середо-вища відносно нерухомої фази
Виникнення різ-ниці потенціалів між точками, які знаходяться на різних висотах рухомої дисперс-ної фази
Додавання електричної напруги
Додавання електричної напруги
Переміщення рі-дини відносно твердого тіла крізь пористу перетинку або систему капілярів
Рух твердої фази в рідинному середовищі
Рисунок 10 – Електрофореграма плазми крові:а) в нормі; б) при нефриті
Електрофорез широко застосовують також для поділу амінокислот, антибіотиків, ферментів і т.ін. За допомогою електрофорезу встановлено, що всі біологічні поверхні мають негативний електрокінетичний потенціал, величина якого різна для різних плівок. Так, величина дзета-потенціалу еритроцитів у людини при рН = 7,4 дорівнює – 16,3 мВ і є величиною сталою.
Лейкоцити також мають негативний дзета-потенціал, але електрофоретична рухомість їх в два рази нижча, ніж у еритроцитів. За сучасними поглядами явище електрофорезу спостерігається при міграціях лейкоцитів у запальні осередки. При запальних процесах відбувається порушення біоструктур з утворенням продуктів кислого характеру, і внаслідок цього поверхні тканин заряджаються позитивно. Виникає значна різниця потенціалів між лейкоцитами і цими тканинами, і вона прискорює рух лейкоцитів до запалених ділянок.
