電滲流或電滲效應是于多孔介質(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)現象

領(lǐng)域

硬件

簡(jiǎn)介

圖1.玻璃毛細管內的電滲流

電滲流(electroosmoticflow，EOF)是一種電動(dòng)(electrokinetic)現象。當一個(gè)電場(chǎng)加在一個(gè)帶電荷的表面（例如pH>3的玻璃毛細管的內壁）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)生的庫侖力引起的。在兩種不同物質(zhì)的界面上，正負電荷分別排列成的面層。在溶液中，固體表面常因表面基團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量相等但符號相反的多余的反離子。帶電表面和反離子構成雙電層。當電場(chǎng)加在流體上時(shí)，雙電荷的凈電荷被庫侖力驅動(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電荷，液體中的正離子被吸引附著(zhù)于通道壁上，最靠近通道壁的正離子被吸引的力量最強，距離通道壁越遠，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，當在通道兩端施加電壓時(shí)，距離通道壁較遠的正離子（受壁的吸引力較弱，可自由移動(dòng)）游向負極，正離子帶著(zhù)吸附于其上的水分子以及因為摩擦力牽引著(zhù)其他水分子一齊游向負極，此即為電滲效應。

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近似成正比。對于不同的陰離子緩沖液，veo變化無(wú)明顯規律。測量醋酸鹽、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，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，但對于veo與緩沖液濃度的關(guān)系，不同的作者得到不同的結論。Altria等發(fā)現，當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1/C1/2成正比，他們認為分散層厚度k-1與1/C1/2成正比，而Y電勢正比于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。對于石英毛細管，pH增加，v逐漸增大，原因是緩沖液pH影響到石英毛細管內壁SiOH基團的解離。隨著(zhù)緩沖液pH增加，使SiO-數目增多，ζ電勢變負，v變大。反之，pH減小，v減小。Altria等認為veo隨pH呈線(xiàn)性增加，而多數作者發(fā)現，veo隨pH的變化類(lèi)似于強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“突躍”。

有機溶劑

當在緩沖液中加入某些有機溶劑后，可以增加某些分析物的溶解度，擴大CZE應用范圍。通常加入有機溶劑后，veo減小。有機溶劑對Y、X、Z均有影響，總的結果是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管內表面，使ζ電勢大小和符號發(fā)生改變，如陽(yáng)離子型表面活性劑能使ζ電勢減小至零，甚至使ζ電勢變成正值。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。

毛細管表面化學(xué)修飾的影響

對毛細管內表面進(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?；瘜W(xué)修飾一般有兩種方法，一種是在內表面直接涂漬一層聚合物，它對電滲流的影響決定于聚合物覆蓋的程度、聚合物的結構及帶電性質(zhì)，如，共價(jià)結合的聚乙二醇(PEG)使veo減小，而帶正電的聚乙烯亞胺(PEI)以靜電引力結合在內表面后，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表面的-SiOH進(jìn)行硅烷化反應，消除內表面因-SiOH解離所帶的負電荷，還可以在此基礎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管的影響

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

毛細管材料的影響

毛細管材料中有機材料均含一定數目的羧基，羧基可以發(fā)生解離，使得毛細管內壁帶上負電荷。

緩沖液溫度和焦耳熱的影響

veo應與電場(chǎng)強度E成正比，但當E超過(guò)某一數值后，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)高壓電源在毛細管外壁施加電壓，使外壁和相應的毛細管內部之間產(chǎn)生電勢。此電勢稱(chēng)為外加徑向電壓，以ΔV表示。ΔV能改變Y電勢的大小和符號。