21568

21568

مدل‌سازي اثر جدايش يوني در الكتروفورز ذرات نرم

دكتري

مهندسي شيمي

1398-99

1398/8/1

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده

دكتر آرمان صادقي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

دراين پژوهش به بررسي اثر جدايش يوني بر الكتروفورز ذرات نرم (ذرات كروي صلبي كه با لايه‌اي از پلي‌الكتروليت پوشيده شده‌اند) پرداخته شده است. جدايش يوني كه عبارت است از تمايل يون‌هاي متحرك سيال الكتروليتي به باقي ماندن در محيط با ضريب گذردهي بالاتر (الكتروليت)، معمولا زماني رخ مي‌دهد كه لايه نرم بسيار فشرده بوده و يا اينكه از مولكول‌هايي با ضريب گذردهي پايين تشكيل شده باشد. اين پژوهش به سه فاز تقسيم شده است. در فاز نخست به بررسي اثر جدايش يوني بر الكترواستاتيك ذرات نرم و آرايش يون‌هاي متحرك الكتروليت پرداخته شده است. در فاز دوم، تاثير پذيري الكتروفورز ذرات نرم از جدايش، در محيط نامحدود مطالعه شده، و در فاز سوم، به بررسي الكتروفورز مويينه ذرات نرم و اثر جدايش يوني بر آن پرداخته شده است. به طور خلاصه، مشاهده شد كه جدايش يوني به افزايش پتانسيل الكتريكي در ناحيه لايه نرم انجاميده و منجر به كاهش غلظت يون‌هاي متحرك در ناحيه مذكور مي‌گردد. نتايج به دست آمده نشان داد كه تاثيرپذيري الكترواستاتيك ذرات نرم ضعيف (pH-regulated soft particles) از جدايش يوني 2 برابر شديدتر است، چراكه در چنين شرايطي علاوه بر آرايش يون‌هاي متحرك، بار لايه نرم هم تابع جدايش يوني مي‌باشد. چنين نتيجه‌گيري شد كه هم پويايي الكتروفورزي در محيط نامحدود و هم پويايي الكتروفورز مويينه در اثر وقوع جدايش يوني افزايش مي‌يابد (در موضوعات مورد بررسي، تا حدود 1/5 برابر) در حالي كه شدت افزايش پويايي در اثر جدايش در شعاع¬هاي بي بعد تك رقمي بيشتر است. اين امر را مي‌توان چنين توجيه كرد كه با وقوع جدايش يوني، يون‌هاي ناهمنام بار ذره كمتر در داخل لايه نرم حاضر شده و اثر پوشش الكتريكيِ بار ذره نرم كاهش مي‌يابد و نيروي بيشتري در اثر ميدان الكتريكي خارجي به ذره وارد مي‌شود. در نهايت، با توجه به نتايج به دست آمده، اين تحقيق پيشنهاد مي‌كند كه به خصوص در شرايطي كه لايه نرم متراكم است (كسر حجمي آن بيش از 0/2 است) ، اثرات جدايش يوني وارد محاسبات الكتروفورز شود.

1398/10/20

Effect of Ion Partitioning on the Electrophoresis of Soft Particles

10/22/2020 12:00:00 AM

Modeling of electrophoresis as a common separation, detecting, sorting and sequencing method used in micro/nano fluidic system has attracted lots of attentions. Each day a new analytical and semianalytical expressions is suggested by the scientists for description of the electrophoretic behavior of charged particles, which improves the accuracy of the former expressions. However, it can be said that there still exist some phenomena overlooked in modeling electrophoresis. In this thesis, we have taken into account the effect of ion partitioning phenomena on the electrophoresis soft particles, i.e. rigid spherical particles covered with a polyelectrolyte layers (PEL). Ion partitioning steming from the fact that the electrolyte movable ions prefer to stay inside the medium of higher dielectric permittivity, is a common phenomena taking place in the cases that the PEL is either very dense, or been made up of molecules of very low dielectric permittivity. We have devided this project into three phases: first we have studied the effect of ion partitioning on the electrostatics of the soft particles and the movable ions arrangement. Then, in the second phase, the electrophoretic mobility of soft particles under the influence of ion partitioning and in the absence of any external wall has been studied. Ultimately, in the third phase, the effect of ion partitioning on the capillary electrophoresis of soft particles is investigated. Briefly, we have found that ion partitioning leads to a significant rise in the electric potential inside the PEL and makes the concentration profile discountinous. The impact of ion partitioning on the electrostatics of weak soft particles was found to be more notable, as in such systems besides the ions arrangement, the charge of the PEL is a function of ion portioning. Finally, the electrophoretic mobility both in unbounded medium and inside the capillaries was found to be increased as a result of ion partitioning. This was attributed to the fact that the decrease in the ions concentration inside the PEL region leads to the decrease of the shielding effect of the particle charge. According to the results gained, this research strongly recommends inclusion of ion partitioning effect in the calculations of electrophoresis especially in the cases of dense PEL.