Electroforeza pe hartie

Electroforeza pe hartie

Migrarea electrolotilor in camp electric

1.Notiuni teoretice

Electroforeza reprezinta migrarea unor particule purtatoare de sarcini electrice sub influenta campului electric exterior. Ea este utila pentru separarea unor specii de molecule din amestecuri complexe fiind curent aplicata in cazurile solutiilor de proteine si aminoacizi. Cu ajutorul electroforezei se poate determina compozitia calitativa si cantitativa a unor lichide si extracte biologice.

Daca o solutie data se introduce intr-un camp electric si daca in aceasta solutie exista paricule incarcate cu sarcini electrice, acestea vor fi antrenate de campul electric, producandu-se deplasarea lor prin solutie. Viteza cu care se face deplasarea depinde ca marime atat de caracteristicile particulare ale ionului precum si de cele ale mediului prin care are loc deplasarea. De asemenea, conteaza, si caracteristicile campului electric. Sensul de deplasare va fi dat de semnul sarcinii electrice: ionii pozitivi spre catod (borna negativa), iar cei negativi spre anod (borna pozitiva) (Fig.17):

Ca urmare a deplasarii in sens opus are loc o separare a particulelor cu sarcini diferite. Daca particulele au si mase diferite, poate sa apara o separare a lor si daca au sarcini electrice de acelasi semn, vitezele de deplasare fiind diferite.

Dependenta vitezei de deplasare atat de solvent cat si de solvit se inglobeaza in mobilitatea electrolitica: m. Ea se defineste ca viteza cu care se deplaseaza tipul de molecula studiata daca intensitatea campului electric este unitara: E=1V/m; m=v/E, cu unitatea de masura m _SI=m²/Vs

In caz ideal definit ca: solutie diluata de molecule sferice de dimensiuni mult mai mari decat dimensiunile moleculelor de solvent, se gaseste experesia:

m=q/(6phr) unde q-sarcina particulei; h-vascozitatea solutiei in care are loc migrarea; r-raza particulei ce se deplaseaza.

Separarea electroforetica a particulelor dintr-un amestec, depinde de trei grupe mari de factori:

Factori ce caracterizeaza particula ce migreaza: marimea si semnul sarcinii electrice, masa si forma particulei, existenta si marimea momentului de dipol;

Factori ce caracterizeaza mediul: pH, compozitia si taria ionica, vascozitatea, temperatura, proprietatile dielectrice, interactiunile ce se pot stabili intre solvent si suportul acestuia;

Factori ce depind de caracteristicile campului electric: intensitatea si distributia liniilor de camp.

EXEMPLU: Pentru molecule proteice sarcina electrica neta depinde de compozitia in aminoacizi a acesteia, de pH-ul mediului si de compozitia si taria lui ionica. Astfel, la un un pH izoelectric (pHi) al moleculei, molecule proteice se incarca pozitiv si migreaza spre catod, iar la un pH mai mic decat pHi se incarca negativ si migreaza spre anod. La un pH=pHi, moleculele sunt neutre si au mobilitate nula. Intre ionii din solutie apar forte de interactiune, putand aparea fenomenul de ecranare electrostatica, ceea ce poate produce si modificarea sarcinii moleculei proteice.

1.Principiul metodei

Se studiaza electroforeza pe hartie de filtru ca suport pentru deplasarea ionilor. Substantele supuse electroforezei sunt CuSO₄ si KMnO₄ in solutii apoase sau slab saline. Consideram ca hartia de filtru, avand dimensiuni bine stabilite si imbibata cu solvent se supune unei diferente de potential U, cu ajutorul unei surse de tensiune. In absenta solventului, hartia de filtru are o rezistenta foarte mare, practic actioneaza ca un izolator, neavand purtatori liberi de sarcina electrica. Imbibata cu solvent, apar ioni pozitivi si negativi liberi in urma fenomenului de disociatie electrolitica, ex.:

NaCl Na⁺ + Cl^-

Se mentioneaza, ca si in apa apar ioni pozitivi si negativi, intr-o pondere mica. Un ampermetru legat in circuit va indica trecerea unui curent electric..

Solutiile mentionate anterior sunt la randul lor solutii de electroliti de anumite concentratii, contin ioni pozitivi Cu²⁺ si K⁺ si negativi SO₄^2- si MnO₄^-. Dintre acestia ionii cupri, sulfat si permanganat au o cloratie specifica, in ordine verde-albastru, galben, violet, ceea ce ii face mai usor de urmarit vizual.

Pentru concentratii de electroliti mici se poate neglija efectul interactiunilor de respingere electrostatica. Solventul de pe hartia de filtru este de asemenea cu concentratia de clorura de sodiu foarte mica, astfel incat ionii disociati sa nu influenteze puternic ionii solutiei studiate. (Fig. 18, a,b).

Se aplica pe hartia de filtru, solutia de studiat si se determina distanta pe care o parcurg diferiti ioni in intervale de timp date, urmarind deplasarea coloratiei corespunzatoare.

Deplasarile, x, celor doua tipuri de ioni sunt diferite in acelasi interval de timp, ceea ce denota ca au mobilitati diferite. 'Petele de culoare' sunt formate dintr-un numar mare de ioni de acelasi tip. Experimantal se poate determina doar viteza medie cu care se deplaseaza ansamblul de ioni si nu viteza unui singur ion, aceasta coincizand cu viteza unui ion daca concentratia electronului este suficient de mica.

Mobilitatea fiecaruia tip de ion se estimeaza in felul urmator:

v_I = x_I/t = m_i.E cu E=U/L T m_i = (x_i.L)/(U.t)

unde indicele I reprezinta unul din ionii studiati: cupru, sulfat, permanganat.

Metoda de lucru

Se foloseste cuva.

a.      Se pregateste cuva de separare punand in compartimentele A si B volume egale de solutie apoasa, cca. 50 ml.

b.     Se pregatesc cateva benzi din hartie de filtru, de lungime L₀=10 cm si latime l=1,5 cm;

c.      Se aseaza maximum 4 benzi pe portiunea de lungime L=6 cm, cu capetele introduse in compartimentele A si B.

d.     Se asteapta cateva minute pana cand benzile de hartie de filtru se umecteaza prin capilarite;

e.      Se realizeaza montajul electric, folosind sursa de tensiune continua. Aceasta are inglobat un volumetru ce va indica tensiunea furnizata si un ampermetru ce va indica intensitatea curentului ce trece prin sursa. Tensiunea U, ce se aplica la exteremitatile hartiei de filtru de pe suportul cuvei se masoara cu un alt voltmetru legat in paralel cu suportul pentru hartie al cuvei;

f.      Cu o seringa gradata in cm³ se aplica intr-un punct al fiecarei dintre benzile de hartie o cantitate mica de solutie de studiat, marcandu-se locul de aplicare. Pe cele 4 benzi se aplica solutii de electroliti de concentratii diferite.

g.     Se mercheaza intervalele de timp egale de cca. 3-5 minute, pozitiile petelor de culoare de pe fiecare banda.

h.     Dupa un interval de timp de cca. 30-45 minute se inrerupe circuitul electric si apoi se scot benzile de hartie si se usuca.

i.       Masuratorile se repeta folosind concentratii de solvent diferite.

Notarea si prelucrarea datelor

Pe fiecare banda de hartie se noteaza polaritatea tensiunii aplicate si sensul de deplasare al ionilor. De asemenea se fac notatiile minime necesare pentru a nu se incurca benzile. Se masoara distantele x, pe care le parcurg ionii. Se calculeaza mobilitatile diferitilor ioni: se calculeaza vitezele medii pentru diferite intervale de timp, si pentru calculul mobilitatii se va lua valoarea medie a vitezelor calculate la diferite intervale de timp si valoarea intensitatii campului electric.

v_j = x_j/t v=(v₁+v₂+v₃+ +v_n)/n (pentru n intervale de timp).

E=U/L cu L=6 cm

v/E

Se reprezinta grafic variatia mobilitatilor diferitilor ioni cu concentratia de electroliti de studiat, respectiv cu concentratia de sare a solventului.

Datele se trec in tabelul urmator: