понятие об электрокинетических явлениях. Электроосмос. Электрофорез. Биологическое значение. Потенциалы течения, седиментация.

Все электрокинетические явления основаны на наличии двойного электрического слоя на границе твердой и жидкой фаз. К электрокинетическим явлениям относят эффекты, связанные либо с относительным движением двух фаз под действием постоянного элек-трического поля, либо с возникновением разности потенциалов при отно-сительном смещении двух фаз, на границе между которыми существует двойной электрический слой. Электрокинетические явления основаны на взаимосвязи между элек-трическими и кинетическими свойствами дисперсных систем. Эти явле-ния подразделяют на две группы.

Это явление перемещения частиц дисперсной фазы в постоянном электрическом поле было названо электрофорезом.

Электрофорез – направленное движение заряженных частиц дис- персной фазы относительно дисперсионной среды под действием электрического тока. Скорость электрофореза и величина электрокинетического потенци- ла связаны уравнением Гельмгольца-Смолуховского:

 

Электрофорез можно наблюдать в седиментационно устойчивых дисперсных системах. Диффузная часть ДЭС, слабо связанная с частицей, движется в одну сторону, а дисперсная частица, которая несет на себе противоположный заряд, – в другую сторону. Скорость перемещения час- тиц дисперсной фазы определяется значением δ – потенциала на частицах твердой фазы. Отношение скорости движения дисперсной фазы к напря- женности электрического поля u/E при электрофорезе называют электро- форетической подвижностью.

При электрофорезе возможно возникновение релаксационного эф- фекта, который проявляется в нарушении симметрии диффузного слоя вокруг частицы при относительном движении фаз в противоположные стороны. Возникает внутреннее электрическое поле (диполь), направлен- ное против внешнего поля (рис.25). Для восстановления равновесного со- стояния системы требуется некоторое время, называемое временем релак- сации. Время релаксации достаточно велико, и система не успевает прий- ти в равновесие, в связи с чем эффективная напряженность электрическо- го поля Е уменьшается, а, следовательно, определяемое экспериментально значение uэф и расчетное значение δ – потенциала получаются занижен- ными.

Эффект электрофоретического торможения обусловлен сопро- тивлением движению частицы обратным потоком противоионов, который увлекает за собой жидкость. Вследствие этого электрофоретическая ско- рость уменьшается.

Явление электрофореза наблюдается при миграции лейкоцитов в очаги воспаления, в которых происходит накопление кислых продуктов, в основном, органических кислот, рН снижается, на границе воспаленного и невоспаленного участков возникает разность потенциалов 100-150 мВ, причем лейкоциты, имеющие отрицательный заряд устремляются в зону очага воспаления, имеющего положительный заряд. Методом электрофореза установлено, что внутренняя поверхность биологических мембран заряжена отрицательно. Электрофорез применяют для очистки различных фармацевтических препаратов, установления степени чистоты по электрофоретической одно-родности ряда антибиотиков, витаминов и других веществ. Электрофорез является одним из методов введения лечебных препаратов в организм че-ловека. Широкое применение как аналитический и препаративный метод разделения и выделения различных лекарственных веществ и биологиче-ски активных соединений нашел электрофорез на бумаге, а также в агаро-вом или крахмальном геле. Эти методы применяют также при диагностике ряда заболеваний путем сравнения фракционного состава (по числу и ин-тенсивности зон на электрофореграмме) нормальных и патологических биологических жидкостей. Иммуноэлектрофорез широко используют для изучения антигенов. антител в иммунологических исследованиях.

В опыте Ф. Рейсса (рис.26) средняя часть U-образной трубки, содер-жащей воду, была заполнена толченым кварцем, в каждое колено трубки помещен электрод и пропущен электрический ток. Через некоторое время в колене, где находился отрицательный элек-трод, наблюдалось поднятие уровня воды, в другом колене – опускание. После выключения электрического тока уровни воды в коленах трубки уравнивались. Это явление перемещения дисперсионной среды относи-тельно неподвижной дисперсной фазы в постоянном электрическом поле получило название электроосмос.

Электроосмос – направленное движение дисперсионной среды (жидкости) в капиллярной системе относительно неподвижной дис-персной фазы под действием электрического тока. Электроосмотическое движение жидкости может происходить через поры брыжейки млекопитающих, через капилляры, стенки которых обла-дают электрическим зарядом. В организме электроосмос возникает при работе секретирующих клеток, а также в канальцах почек при образова-нии мочи. В клетках проксимального канальца нефрона за счет механизма активного переноса ионов Na+ и K+, а также за счет пассивного движения ионов между апикальной и базальной поверхностями клеток канальца возникает разность потенциалов величиной 50–60 мВ. Поэтому через стенку проксимального канальца наряду с обычным осмосом происходит и электросмотический ток жидкости. На явлении электроосмоса один из широко используемых физиоте-рапевтических методов лечения многих заболеваний – ионофорез, сущ-ность которого заключается в проникновении жидкости, соержащей ле-чебные ионы и молекулы через капиллярную систему под действием элек-трического тока. Метод электроосмоса имеет большое практическое применение в процессах обезвоживания и сушки многих пористых материалов или весьма концентрированных коллоидных систем. В результате относительного перемещения дисперсной фазы и дис-персионной среды в дисперсных системах возникает потенциал седимен-тации (оседания) и потенциал течения. Потенциал седиментации (Ф. Дорн, нем., 1878) – это разность по-тенциалов, возникающая при оседании частиц дисперсной фазы в жидкой дисперсионной среде. С возникновением потенциала седиментации связано известное при-родное явление – грозовые разряды в атмосфере, молнии. Величина потециала седиментации (оседания) влияет на скорость оседания эритроцитов (СОЭ). Удельная масса эритроцитов превышает удельную массу плазмы крови, поэтому эритроциты оседают медленно. Скорость, с которой происходит оседание эритроцитов, в основном, определяется степенью их агрегации, т. е. их способностью слипаться вместе. Из-за того, что при образовании агрегатов уменьшается отноше-ние площади поверхности частиц к их объѐ му, сопротивление агрегатов эритроцитов трению оказывается меньше, чем суммарное сопротивление отдельных эритроцитов; в связи с этим скорость оседания увеличивается. Агрегация эритроцитов главным образом зависит от их электриче-ских свойств и белкового состава плазмы крови. В норме эритроциты не-сут отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга. Степень агрега-ции (а значит и СОЭ) повышается при увеличении концентрации в плазме так называемых белков острой фазы — маркеров воспалительного про-цесса. В первую очередь — фибриногена, С-реактивного белка, иммуног-лобулинов и других. Напротив, СОЭ снижается при увеличении концен-трации альбуминов.

Потенциал течения – это разность потенциалов, возникающая на концах капиллярной системы при протекании через систему жидкой дисперсионной среды под действием гидростатического давления. Впервые это явление наблюдал немецкий ученый Г. Квинке (1859). Возникновение потенциала течения связано с наличием ДЭС в ка-пиллярной системе: жидкая дисерсионная среда увлекает за собой под-вижные противоионы диффузного слоя, вследствие чего на одном конце капилляров накапливается заряд противоионов, а на противоположном конце – заряд противоположного знака за счет избытка потенциалопреде-ляющих ионов. При течении крови по капиллярам возникают потенциалы течения (протекания). При сокращении сердечной мышцы кровь проталкивается через капилляры, при этом возникает потенциал течения, как компонент сумммарного электрического потенциала, регистрируемого при электро-кардиографии. Зубец Q на ЭКГ обусловлен потенциалами течения в коро-нарной системе. Полезно знать, что потенциалы течения могут вызвать искровые разряды, приводящие к пожарам при транспортировке жидкого горючего.

⇐ Предыдущая12345678

Поделиться: