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造成的流體流動。電滲流速度與管道尺寸無關(guān)，但是尺寸大的管道中流體與壓力梯度的關(guān)系會更明顯。電滲流對小尺寸流動意義更為重大。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)生在自然的未過濾的水中，如緩沖溶液

外文名

electroosmotic flow

性質(zhì)

電動(electrokinetic)現(xiàn)象

領(lǐng)域

硬件

簡介

圖1.玻璃毛細(xì)管內(nèi)的電滲流

電滲流(electroosmoticflow，EOF)是一種電動(electrokinetic)現(xiàn)象。當(dāng)一個電場加在一個帶電荷的表面（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，同時該表面或介質(zhì)處在電解質(zhì)溶液中的時候，溶液會以某一固定的速度流動（圖1）。電滲流是由溶液中施加在凈移動電荷上電場產(chǎn)生的庫侖力引起的。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)電場加在流體上時，雙電荷的凈電荷被庫侖力驅(qū)動而移動。這種流動即電滲流。

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，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）游向負(fù)極，正離子帶著吸附于其上的水分子以及因為摩擦力牽引著其他水分子一齊游向負(fù)極，此即為電滲效應(yīng)。

影響因素

緩沖液組成的影響

種類的影響

不同種類的緩沖液導(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。對于不同的陰離子緩沖液，veo變化無明顯規(guī)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(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(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電勢變負(fù)，v變大。反之，pH減小，v減小。Altria等認(rèn)為veo隨pH呈線性增加，而多數(shù)作者發(fā)現(xiàn)，veo隨pH的變化類似于強(qiáng)堿滴定弱酸的滴定曲線，即在pH<3或pH>8時，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電勢大小和符號發(fā)生改變，如陽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(nèi)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(jié)構(gòu)及帶電性質(zhì)，如，共價結(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)與電場強(qiáng)度E成正比，但當(dāng)E超過某一數(shù)值后，veo明顯增加而偏離線性關(guān)系，這是由于通過毛細(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，通過另外一個高壓電源在毛細(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。此電勢稱為外加徑向電壓，以ΔV表示。ΔV能改變Y電勢的大小和符號。