電滲流或電滲效應(yīng)是于多孔介質(zhì)、微通道、及其它流體管道兩端施加電壓時(shí)造成的流體流動(dòng)。電滲流速度與管道尺寸無(wú)關(guān)，但是尺寸大的管道中流體與壓力梯度的關(guān)系會(huì)更明顯。電滲流對(duì)小尺寸流動(dòng)意義更為重大。電滲流是化學(xué)分離技術(shù)中的重要技術(shù)，特別是毛細(xì)管電泳。電滲流可以發(fā)生在自然的未過(guò)濾的水中，如緩沖溶液

外文名

electroosmotic flow

性質(zhì)

電動(dòng)(electrokinetic)現(xiàn)象

領(lǐng)域

硬件

簡(jiǎn)介

圖1.玻璃毛細(xì)管內(nèi)的電滲流

電滲流(electroosmoticflow，EOF)是一種電動(dòng)(electrokinetic)現(xiàn)象。當(dāng)一個(gè)電場(chǎng)加在一個(gè)帶電荷的表面（例如pH>3的玻璃毛細(xì)管的內(nèi)壁）或者多孔的固體介質(zhì)的兩端，同時(shí)該表面或介質(zhì)處在電解質(zhì)溶液中的時(shí)候，溶液會(huì)以某一固定的速度流動(dòng)（圖1）。電滲流是由溶液中施加在凈移動(dòng)電荷上電場(chǎng)產(chǎn)生的庫(kù)侖力引起的。在兩種不同物質(zhì)的界面上，正負(fù)電荷分別排列成的面層。在溶液中，固體表面常因表面基團(tuán)的解離或自溶液中選擇性地吸附某種離子而帶電。由于電中性的要求，帶電表面附近的液體中必有與固體表面電荷數(shù)量相等但符號(hào)相反的多余的反離子。帶電表面和反離子構(gòu)成雙電層。當(dāng)電場(chǎng)加在流體上時(shí)，雙電荷的凈電荷被庫(kù)侖力驅(qū)動(dòng)而移動(dòng)。這種流動(dòng)即電滲流。

起因

由于多孔介質(zhì)材料、微通道壁或其它流體管道材料表面帶負(fù)電荷，液體中的正離子被吸引附著于通道壁上，最靠近通道壁的正離子被吸引的力量最強(qiáng)，距離通道壁越遠(yuǎn)，正離子所受的吸引力越弱。水分子因具偶極性而吸附于正離子上，當(dāng)在通道兩端施加電壓時(shí)，距離通道壁較遠(yuǎn)的正離子（受壁的吸引力較弱，可自由移動(dòng)）游向負(fù)極，正離子帶著吸附于其上的水分子以及因?yàn)槟Σ亮恳渌肿右积R游向負(fù)極，此即為電滲效應(yīng)。

影響因素

緩沖液組成的影響

種類(lèi)的影響

不同種類(lèi)的緩沖液導(dǎo)致不同的Y、X、Z值，因而電滲流速度v不同。在堿金屬醋酸鹽緩沖液中，v隨Li、Na、K、Rb、Cs半徑遞增而逐漸減小，v與這五種離子的晶格半徑倒數(shù)近似成正比。對(duì)于不同的陰離子緩沖液，veo變化無(wú)明顯規(guī)律。測(cè)量醋酸鹽、磷酸鹽、檸檬酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽、硼酸鹽、亞硝酸鹽等七種緩沖液中的veo值發(fā)現(xiàn)，在前四種陰離子緩沖液中，v大致相同，在硼酸鹽緩沖液中，v較小。

濃度的影響

通常v隨緩沖液濃度增加而減小，但對(duì)于veo與緩沖液濃度的關(guān)系，不同的作者得到不同的結(jié)論。Altria等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磷酸鹽緩沖液的濃度C從0.0002增加到0.02mol/L，v與log1/C存在直線(xiàn)關(guān)系。Issaq等指出，v與緩沖液濃度的平方根倒數(shù)1/C1/2成正比，他們認(rèn)為分散層厚度k-1與1/C1/2成正比，而Y電勢(shì)正比于k-1，故v與1/C1/2成正比。

PH的影響

緩沖液的pH能明顯改變veo。對(duì)于石英毛細(xì)管，pH增加，v逐漸增大，原因是緩沖液pH影響到石英毛細(xì)管內(nèi)壁SiOH基團(tuán)的解離。隨著緩沖液pH增加，使SiO-數(shù)目增多，ζ電勢(shì)變負(fù)，v變大。反之，pH減小，v減小。Altria等認(rèn)為veo隨pH呈線(xiàn)性增加，而多數(shù)作者發(fā)現(xiàn)，veo隨pH的變化類(lèi)似于強(qiáng)堿滴定弱酸的滴定曲線(xiàn)，即在pH<3或pH>8時(shí)，veo隨pH變化較平緩，在pH5～6之間，veo變化很快，呈現(xiàn)“突躍”。

有機(jī)溶劑

當(dāng)在緩沖液中加入某些有機(jī)溶劑后，可以增加某些分析物的溶解度，擴(kuò)大CZE應(yīng)用范圍。通常加入有機(jī)溶劑后，veo減小。有機(jī)溶劑對(duì)Y、X、Z均有影響，總的結(jié)果是veo下降。

表面活性劑

將少量表面活性劑加入緩沖液，能明顯改變電滲流大小，甚至使其改變方向。表面活性劑的作用是它特性吸附于毛細(xì)管內(nèi)表面，使ζ電勢(shì)大小和符號(hào)發(fā)生改變，如陽(yáng)離子型表面活性劑能使ζ電勢(shì)減小至零，甚至使ζ電勢(shì)變成正值。緩沖液中加入0.02mol/L的S-芐锍脲鹽(BTC)能完全消除電滲流，溴化十二、十四、十六烷基三甲基銨這三種陽(yáng)離子表面活性劑均能改變電滲流的方向。

毛細(xì)管表面化學(xué)修飾的影響

對(duì)毛細(xì)管內(nèi)表面進(jìn)行化學(xué)修飾主要用于減少蛋白質(zhì)等物質(zhì)的吸附，但同時(shí)也改變了電滲流的大小。化學(xué)修飾一般有兩種方法，一種是在內(nèi)表面直接涂漬一層聚合物，它對(duì)電滲流的影響決定于聚合物覆蓋的程度、聚合物的結(jié)構(gòu)及帶電性質(zhì)，如，共價(jià)結(jié)合的聚乙二醇(PEG)使veo減小，而帶正電的聚乙烯亞胺(PEI)以靜電引力結(jié)合在內(nèi)表面后，使電滲流方向發(fā)生了改變，涂漬一層非極性的聚甲基硅氧烷(MS)則能增大電滲速度。第二種方法是使三甲基氯硅烷(TMCS)、十八烷基三氯硅烷等硅烷化試劑和內(nèi)表面的-SiOH進(jìn)行硅烷化反應(yīng)，消除內(nèi)表面因-SiOH解離所帶的負(fù)電荷，還可以在此基礎(chǔ)上再涂漬一層聚合物。這種方法通常使電滲流減小或消除。

酸和堿清洗石英毛細(xì)管的影響

稀鹽酸(pH=2)洗滌石英毛細(xì)管后，veo總是小于用NaOH溶液(pH=12)洗滌后的。

毛細(xì)管材料的影響

毛細(xì)管材料中有機(jī)材料均含一定數(shù)目的羧基，羧基可以發(fā)生解離，使得毛細(xì)管內(nèi)壁帶上負(fù)電荷。

緩沖液溫度和焦耳熱的影響

veo應(yīng)與電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比，但當(dāng)E超過(guò)某一數(shù)值后，veo明顯增加而偏離線(xiàn)性關(guān)系，這是由于通過(guò)毛細(xì)管的電流產(chǎn)生了明顯的焦耳熱，使緩沖液溫度升高，粘度(降低所致，在X、Z、Y三個(gè)量中，X、和Y隨溫度變化很小，而Z受溫度影響較大，每升高1℃，Z值可減小2%。

外加徑向電壓的影響

CZE中，通過(guò)另外一個(gè)高壓電源在毛細(xì)管外壁施加電壓，使外壁和相應(yīng)的毛細(xì)管內(nèi)部之間產(chǎn)生電勢(shì)。此電勢(shì)稱(chēng)為外加徑向電壓，以ΔV表示。ΔV能改變Y電勢(shì)的大小和符號(hào)。