Elektrokinetikai jelenségek erős elektromos terekben
Title in English
Electrokinetic phenomena in strong electric fields
Panel
Chemistry 1
Department or equivalent
Kémiai Intézet (University of Miskolc)
Participants
Báder, Imre Shilov, Vladimir Nyikolájevics
Starting date
2003-01-01
Closing date
2007-12-31
Funding (in million HUF)
3.394
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
A klasszikus elméletekben leírt elektroforézist főleg gyenge elektromos terekben vizsgálták, ahol a részecskék vándorlási sebessége (V) egyenesen arányos a külső tér feszültségével (E). Az E növekedésével a linearitástól való eltérés egyre erősebb és elképzeléseink szerint a nem-lineáris tartományban a V a térerősség harmadik hatványával arányos. Kidolgoztuk a nem-lineáris ef új, az erős elektromos terekre és tetszőleges felületi vezetéssel rendelkező részecskékre érvényes elméletét az elektromos kettősréteg nem-lineáris polarizációjának figyelembevételével. Erős elektromos terekben megvalósuló elektroforézis mérésére alkalmas, elektromos impulzusok és nagy felbontású képelemző rendszeren alapuló új módszert fejlesztettünk ki. Részletesen vizsgáltuk polisztirol, grafit, aluminium-oxid-és biokolloidok (élesztősejt) elekroforézisét a térerősség (50-500 V/cm), részecske-méret, pH és ionerősség függvényében, ill. adszorbeált polimerek jelenlétében. Kimutattuk, hogy- ellentétben a klasszikus elmélettel- E =100 V/cm és erősebb terekben: (1) jelentős nem-lineáris effektusok figyelhetők meg és jó az összhang az elméleti és kísérleti V(E) görbék lefutása között, (2) az ef sebesség a részecskemérettel jelentősen növekszik, (3) a polimer-adszorpció csak kismértékben változtatja meg a részecskék ef sebességét. Ez azt jelenti, hogy a nem-lineáris ef független a részecskék zéta-potenciáljától és értékét a felületi vezetés és kettősréteg Dukhin (Du)-számmal jellemzett polarizációra való képessége határozza meg.
Results in English
Classical theories describe the electrophoresis (ef) in weak electric fields where the electrophoretic velocity of particles (V) is proportional to the electric field gradient (E). With increasing E, the deviation from the linear V(E) proportionality increases and, according to our ideas, V is proportional to the third power of the field voltage. We have developed a new theory of non-linear ef that is valid for strong electric fields and particles with arbitrary surface conductivity, which takes into account the non-linear polarization of the electrical double layer (EDL). A new method to measure the ef velocity in strong electric fields based on the use of short electric pulses and an image analyser equipment of high resolution has been developed. We have measured in detail the electrophoresis of polystyrene, graphite, aluminium-oxide particles and biocolloids (yeast cells) as a function of the electric field gradient (50-500 V/cm), particle size, pH and ionic strength as well as vs. the adsorbed polymer amount. It has been shown that, in contrast to classical electrophoresis: (1) in electric fields higher than 100 V/cm substantial non-linear effects are observed and there is good accordance between theoretical and experimental V(E) plots, (2) the ef velocity substantially increases with the particles size, (3) the polymer adsorption only slightly changes the ef velocity of particles. This means that non-linear ef is independent of the zeta-potential of particles and it is determined by the surface conductivity and the electric double layer polarization characterized by the so-called Dukhin (Du) number.
Sandor Barany, Ferenc Madai, Vladimir Shilov: Study of nonlinear electrophoresis, Progr. Colloid Poly. Sci., v.128, 14-20, 2004
S. Barany, F. Madai and V.Shilov: Effect of adsorbed polymers on electrophoresis of dispersed particles in strong electric fields, Book of Abstracts XVIIth European Chemistry at Interfaces Conference ECIC-XVII, 27 JUne-1 July, 2005, Loughborough Univ. UK, 2005
Bárány Sándor: Az elektrokinetikai potenciál számítására használt Smoluchowski egyenlet alkalmazhatóságáról, Magyar Kémiai Folyóirat-Közlemények, 111. évf, 105-109, 2005
Sandor Barany, Ferenc Madai: Effect of non-ionic polymers on electrophoresis of dispersed particles in strong and weak electric fields, 20th Confer. Europ. Colloid a. Interf.Society, Sept. 17-22, 2006, Bp., Book of Abstacts, p. 212, 2006
Bárány S., Mészáros R.: Alumínium sók hidrolízis termékeinek nanorészecskéi és alkalmazásuk a víztisztításban, Magyar Kémiai Folyóirat, 112. évf. 2. szám, 2006
Sándor Barany: Electrophoresis in strong electric fields, Advances in Colloid a. Interface Science, 2008
Vladimir Shilov, Sandor Barany, Constantino Grosse: Field-induced disturbance of the double layer electro-neutrality and non-linear electrophoresis, Advances in Colloid a. Interface Sci., v.104 (2003) 159-173, 2003
Sandor Barany, Boris Eremenko, Mariya Malysheva: Stability of SiC and TiC suspensions in electrolyte, PEO and PEO-surfactant solutions, Journal Colloid a. Interface Sci., v.275 (2004) 148-157, 2004
S. Barany, F. Madai, V. Shilov, C. Grosse: Electrophoresis in strong electric fields, Am.Chem.Soc. 77th Colloid a.Surface Sci, Symp. June 15-18,2003, Atlanta, USA, Book of Abstracts, abstract No 136, 2003
S. Barany, V. Shilov,: Study of Non-linear Electrophoresis, 11th Intern. Conf. on Surface a. Colloid Sci., Sept 15-19, 2003, Iguassu Falls, Brasil, Book of Abstracts, p.74, 2003
S. Barany, F. Madai, V. Shilov,: Effect of adsorbed non-ionic polymers on electrophoresis of dispersed particles in strong electric fields, 13th Intrn. Conf. on Surface Forces, June 28-July 4, 2006, Moscow, Book of Abstracts, p.45, 2006
S. Barany, F. Madai, V. Shilov,: Study of Non-linear Electrophoresis, MicroCad 2003 Intern. Scientific Conference, 6-7 March, 2003, Univ. of Miskolc, Proceedings p.9-14, 2003
S. Barany, F. Madai, V. Shilov,: Effect of adsorbed polymers on electrophoresis of dispersed particles in strong electric fields, Colloids a. Surfaces A, 300 (2007) 353-358, 2007
S. Barany: Electrophoresis in strong electric fields, 22th Conference of European Colloid a. Surface Chemistry Society, Cracow, Aug. 31-Sept. 4, 2008
