КАТАФОРЕЗ

КАТАФОРЕЗ, движение взвешенных частиц под влиянием внешнего электрического поля. — Электр о кинетические явления. Если в жидкости взвешены частицы, несущие на своей поверхности электрический заряд, то при пропускании электрического тока взвесь будет переноситься к противоположно заряженному полюсу. Это явление, замеченное уже в начале прошлого века Рейсом (Reuss), получило название К. или электрофореза. Направление К. определяется знаком электрического заряда взвешенных частиц: положительные частицы переносятся к катоду, отрицательные—к аноду. Скорость К. зависит от величины пограничной разности потенциалов. Если твердое тело укреплено неподвижно в виде пористой пробки или диафрагмы, перегораживающей сосуд между электродами, то при пропускании тока перемещается жидкость: вместо К. получается электроосмос. Изучение электрокинетических явлений (движения жидкости или взвешенных в ней частиц в электрическом поле) позволяет даже у мельчайших частиц исследовать электрические свойства их по^ граничной поверхности, величину и знак пограничной разности потенциалов.—Теория электрокинетических явлений была количественно разработана гл. обр. Гельм-гольцем (Helmholtz), а затем Смолуховским и Переном (Smoluchowski, Perrin). Скорость К. выражается формулой: где Е—разность потенциалов (в вольтах на см), вызванная внешней электродвижущей силой, г—разность потенциалов на границе твердой частицы и жидкости, г\—вязкость и D—диэлектрическая постоянная жидкости. В этой формуле нет ни одной величины, зависящей от размеров частицы. Объясняется это тем, что с увеличением поверхности частицы ее заряд (а следовательно и действующая на нее сила) возрастает в такой же мере, как встречаемое ею при движении сопротивление. Т. о. скорость К. прямо пропорциональна пограничному потенциалу и не зависит от величины частиц. При одинаковом значении пограничного потенциала все взвешенные в данной жидкости частицы, независимо от их размеров, движутся в постоянном электрическом поле с равной скоростью. Опыт показывает, что в воде тела самой различной хим. природы (клетки бактерий и простейших, микроскоп, частицы суспенсий и ультрамикроскоп, коллоидные частицы) имеют приблизительно одинаковую скорость К. Очевидно самые различные тела заряжаются в воде до приблизительно одинакового потенциала, равного, как показывают вычисления, нескольким десяткам милливольт. Во внешнем поле, дающем разность потенциалов в 1 вольт на 1 см, скорость движения взвешенных частиц равняется в среднем 2—4 fi/сек. Интересно отметить, что скорость электрического переноса большинства ионов имеет приблизительно такую же величину, к-рая остается т. о. неизменной при увеличении размеров в несколько тысяч раз. Абсолютная величина электрического заряда при этом конечно во много раз возрастает. Заряд коллоидной частицы может в несколько тысяч раз превышать заряд одновалентного иона. Согласно теории Гельмгольца пограничная разность потенциалов зависит от неравномерного распределения ионов на границе раздела фаз. Ионы одного знака преобладают близ поверхности твердого тела, создавая здесь электрический заряд. Силы электростатического притяжения вызывают в непосредственно прилегающем слое жидкости накопление совершенно одинакового избытка ионов противоположного знака. Такое распределение ионов Гельмгольц назвал электрическим «двойным слоем» (см.). Одна половина двойного слоя непосредственно прилегает к поверхности твердого тела, другая лежит в свободно подвижном слое воды. Если твердое тело неподвижно, внешний ионный слой увлекает в своем движении прилежащие частицы жидкости. Разность потенциалов между внутренней и наружной частями двойного слоя представляет электрокинетическую разность потенциалов, от к-рой зависят явления К. и электроосмоса. Т. о. электрокйнетическая разность потенциалов связана с узкой зоной двойного слоя и, как показал Фрейндлих (Freundlich), может сильно отличаться от измеряемой при помощи других методов общей разности между потенциалами, господствующими в середине каждой фазы. Методы измерения. Для измерения скорости К. исследуемую взвесь помещают в U-образную трубку и осторожно наслаи- вают поверх нее чистую воду, в которую погружают оба электрода. Между взвесью и водой сохраняется резкая граница, скорость перемещения к-рой легко измерить. Измерение значительно усложняется в тех случаях, когда исследованию подвергаются не однородные взвеси в целом, а отдельные ми-кроскопич. объекты, напр. изолированные клетки или даже мельчайшие микроскопич. или ультрамикроскопич. частицы. Для изучения под микроскопом таких мелких частиц сконструированы специальные камеры, например камера Нортропа (Northrop). При пользовании такими микроскоп, камерами необходимо однако учитывать один серьезный источник ошибок: на различных расстояниях от стеклянного дна взвешенные частицы движутся с неодинаковой скоростью. У отрицательно заряженных частиц она достигает максимальной величины на средней глубине камеры и постепенно уменьшается по мере приближения к обеим стеклянным пластинкам. В непосредственной близости к последним движение частиц может происходить даже в обратном направлении. Эта неоднородность обусловлена накладывающимися на К. явлениями электроосмоса. Вода на границе со стеклом заряжается положительно и, перемещаясь к катоду, увлекает с собой отрицательно заряженные частицы. В середине замкнутой камеры переносимая током вдоль стенок вода оттекает обратно к аноду, суммируя здесь свою скорость со скоростью самого К. (для положительно заряженных частиц, наоборот, скорость повышена на границе со стеклом, понижена на середине камеры). Истинная скорость последнего равняется среднему из скоростей во всех последовательных слоях. На практике можно ограничиться измерением скорости в двух слоях—на Ve ^и ^на Vs высоты камеры и с достаточным приближением принять для скорости К. значение: U = ³/₄ Un,) -j- V₄ P(i/ )• В некоторых случаях, когда главный интерес представляет не абсолютная величина, а лишь знак заряда, можно ограничиться быстрым определением направления К. (не измеряя его скорости). Для этого желательно возможно сильнее его ускорить. Как показывает приведенная выше формула, К. идет с тем большей скоростью, чем значительнее вызванная внешним электрическим полем разность потенциалов. Вместе с тем электрический ток, проходящий через исследуемый раствор, должен быть возможно более слаб, чтобы избежать вторичных изменений, наступающих при электролизе. Такое сочетание большой разности потенциалов и слабого тока достигается применением т. н. «полупроводников», дающих большое сопротивление. В качестве электродов в раствор погружают напр. две полоски пергаментной бумаги или же две палочки из необожженной глины, пропитанной дестилированной водой. Если исследуемым веществом является к.-н. коллоидальная краска, то уже через несколько минут или даже секунд можно видеть ее осаждение на соответствующем электроде под влиянием резкой разницы потенциалов, устанавливающейся на его границе с раствором (Fiirth). Влияние электролитов. Как указано выше, скорость К. определяется величиной пограничного потенциала. Поэтому все факторы, изменяющие величину последнего, соответственным образом влияют и на К., причем может измениться не только скорость К., но и самое направление его. Здесь имеет значение и соотношение диэлектрических постоянных (см. Диэлектрики) взвешенной частицы и жидкости и характер диссоциации взвешенного тела; наибольшее значение имеет однако адсорпция частицей тех или иных ионов. Если даже диэлектрическая постоянная или же хим. состав взвешенного тела вызывают появление определенного поверхностного заряда, то наличие в растворе достаточного количества сильно адсорбируемых ионов может изменить его абсолютную величину или даже его знак. Многочисленные наблюдения показали, что для уменьшения существующего электрокинетического потенциала или даже—при достаточно сильном действии электролита—для обращения его-знака (для «перезарядки») решающее значение имеет адсорпция иона, противоположного по знаку заряду поверхности твердого тела. В случае отрицательно заряженной поверхности изменение знака поверхностного заряда производится катионами, при положительно заряженной—анионами. Из одновалентных ионов большой активностью обладают Н- и ОН-ионы. Поэтому, в случае отрицательно заряженной поверхности щелочи усиливают заряд, между тем как кислоты его уменьшают, а при более высокой концентрации даже перезаряжают поверхность, сообщая ей отрицательный заряд. На поверхность, заряженную положительно, к-ты и щелочи оказывают обратное влияние. Прибавление кислот или щелочей может поэтому изменить не только скорость, но и направление К. Подробнее об изменении заряда поверхностей—-см. Потенциалы. Лит.: Шредер В., Влияние электролитов на пограничную разность потенциалов у живых клеток, Журн. экспер. биол. и мед., 1926, №4;Ettisch F. u. D eutsch D., Zur Methodlk der Kataphorese, Physikal. Ztschr., Band XXVIII, 1927; Loeb J., The influence of electrolytes on the cataphoretic charge of colloidal particles and the stability of their suspensions, Journal of gener. physiol., v. V, 1922; North-гор J., A convenient cell for microscopic catapho-resis experiments, ibidem, v. IV, 1922; P e t о w H., Elektrokinese (Handbuch d. biol. Arbeitsmethoden, herausgegeben v. Abderhalden, Abt. 3, T. A, B.—Wien, 1925); Wins low C.-E., Falk J. а. С a u 1-field M., Electrophoresis of bacteria as influenced by hydrogen ion concentration and the presence of sodium and calcium salts, Journ. of gener. physiol., v. VI, 1923; Winslow C,-E. a. Upton M., The electrophoretic migration of various types of vegetable cells, Journ. of bact., v. XI, 1926. Д. Рубинштейн.

Смотрите также:

КАТЕТЕРИЗАЦИЯ, введение катетера в открывающиеся наружу каналы человеческого тела; чаще всего применяется в клинике мочевых путей. К. должна произво-. диться всегда со строжайшим соблюдением всех правил хирургич. асептики как в ...
КАТЕТЕРЫ (от греч. kathiemi—опускаю), инструменты трубкообразной формы, сделанные из металла, стекла, эбонита, мягкой резины, шелковой и иной ткани, пропитанной лаком. Они служат для введения в естественные ходы и полости человеческого тела: ...
КАТЕТОМЕТР, инструмент, позволяющий точно определять вертикальные расстояния двух предметов. К. в существенных чертах состоит из подставки АВ (см. рисунок), опирающейся тремя подъемными винтами на горизонтальную плоскость и устанавливаемой при помощи ...
КАТЕХУ (Catechu), засохший сок или экстракт из растения Acacia catechu Will-denow (сем. Leguminosae) и Uncaria gam-bir Roxb. (сем. Rubiaceae-Cinchoneae). Обладает сильно вяжущими свойствами. Различают 2 вида К.: черное, или пегу-катеху, и ...
КАТИОН, название, данное Фарадеем (Faraday) атому илихимич. радикалу, несущему положительный электрический заряд и передвигающемуся при электролизе к отрицательному полюсу (катоду). Заряд К. может равняться одному, .двум или большему числу элементарных ...