Giáo trình - Lý sinh học - chương 6

114Chương 6ĐIỆN ĐỘNG HỌCI. Các hiện tượng điện động học.Các tế bào, các tổ chức sống, các cơ quan của hệ thống sống là một hệ keo dị thể phức tạp bao gồm nhiều pha khác nhau. Do tác động của điện trường ngoài không đổi đã làm xuất hiện sự chuyển động tương đối giữa các pha trong hệ, ngược lại nếu các pha có thành phần chất hoà tan khác nhau thì dưới chuyển động cơ học của các ion cũng sẽ tạo nên trong hệ một hiệu điện thế nào đó. Các hiện tượng điện xuất hiện...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình - Lý sinh học - chương 6 114Chương 6 ĐIỆN ĐỘNG HỌC I. Các hiện tượng điện động học. Các tế bào, các tổ chức sống, các cơ quan của hệ thống sốnglà một hệ keo dị thể phức tạp bao gồm nhiều pha khác nhau. Do tácđộng của điện trường ngoài không đổi đã làm xuất hiện sự chuyểnđộng tương đối giữa các pha trong hệ, ngược lại nếu các pha có thànhphần chất hoà tan khác nhau thì dưới chuyển động cơ học của các ioncũng sẽ tạo nên trong hệ một hiệu điện thế nào đó. Các hiện tượngđiện xuất hiện trong quá trình này được gọi là các hiện tượng điệnđộng và chúng được phân thành các loại sau đây như: điện di, điệnthẩm, điện thế chảy, điện thế lắng... Năm 1809 Reis là người đầu tiên phát hiện thấy các hiệntượng điện động học khi nghiên cứu chuyển động của các hạt đất sétdưới tác dụng của dòng điện một chiều. Qua thí nghiệm của mình,Reis thấy rằng các hạt keo mang điện tích cũng có khả năng vậnchuyển được trong điện trường, đồng thời cùng với quá trình biến đổiđó thì môi trường phân tán cũng sẽ chuyển động theo. Như vậy trongthí nghiệm trên, Reis đã phát hiện ra hai hiện tượng đặc biệt quantrọng, là khi các hạt tích điện sẽ dịch chuyển dưới tác dụng của điệntrường ngoài, đó là hiện tượng điện di hay điện thẩm. 1. Điện thẩm. Là sự chuyển động của các môi trường phân tán tới phía điệncực cùng dấu với diện tích bề mặt của pha phân tán. Dựa vào sự dịchchuyển của các ion trong điện trường ta dễ dàng phân tích một hỗnhợp polime sinh vật bằng hiện tượng điện thẩm hay điện chuyển trênbăng ghi. Dịch sinh vật là các dung dịch điện ly có nhiều thành phần,với độ hoà tan khác nhau. Do đó dưới tác dụng của điện trườngngoài, các dung dịch loãng và các đại phân tử ion hoá có tốc độ dịchchuyển khác nhau. Hiện tượng điện thẩm dễ dàng phân biệt được đólà sự chuyển động của dòng chất lỏng, trong khi đó dòng chuyểnđộng của các hạt (phân tử và các đại phân tử ion hoá) là do hiệntượng điện di tạo nên. Qúa trình điện thẩm có thể xảy ra trong nhiềutrường hợp và qua các tổ chức sinh học khác nhau, chẳng hạn như daếch, màng tế bào, thành động mạch, mao quản, vách mao mạch... 115 Dựa vào giá trị hiệu số điện thế điện hoá của lớp điện tích kép( ξ ), Smolukhovski đã đưa ra công thức để xác định tốc độ chuyểnđộng tương đối của các hạt giữa hai lớp là: ξε (6.1) v= E 4πη ε là hằng số điện môi của môi trường Trong đó: η là hệ số nội ma sát của dung dịch, E là cường độ điện trường tĩnh (ξ và E được tính theo đơn vị mV ) 2. Điện thế chảy. Điện thế chảy xuất hiện khi chất lỏng chuyển động dưới tácdụng của áp suất thuỷ tĩnh qua các mao quản, hoặc các lỗ nhỏ củamàng, mà thành lỗ có mang điện tích. Hiện tượng dịch chuyển củacác chất làm xuất hiện điện thế chảy theo chiều hướng ngược lại sovới hiện tượng điện thẩm. Ở đây sự chuyển động của môi trườngphân tán sẽ tạo nên một hiệu điện thế trong bản thân hệ. Để thấy rõ điều này, ta tiến hành thí nghiệm như sau: -Dùngmột bình thuỷ tinh hai ngăn chứa dung dịch sinh lý, ngăn cách nhaubằng một màng da ếch. Ở đây dung dịch sinh vật là các môi trườngphân tán, còn màng da ếch đóng vai trò để tạo ra các pha phân tán.Hiện tượng xảy ra được biểu diễn như (hình 6.1) dưới đây: Hình 6.1: Điện thế chảy xuất hiện qua các lỗ màng. Nếu tăng áp suất ở nữa bình phía bên trái thì chất lỏng sẽchuyển động về bên phải bình, đồng thời giữa hai phía của bình sẽxuất hiện một hiệu điện thế. Điện thế mới hình thành đó chính là giátrị của điện thế chảy. Sự chênh lệch điện thế ở hai bình là hiệu điện 116thế đo được ở hai phía của màng ngăn cách hai dung dịch. Nguyênnhân xuất hiện hiệu điện thế trên là do trạng thái cân bằng tĩnh điện bịphá vỡ. Điện thế chảy cũng dễ dàng khảo sát được khi tiến hành thínghiệm với các dịch sinh vật và cho chuyển động qua các màng xốphay các màng bán thấm. Do đó, dựa vào hiện tượng đã trình bày trên,thông thường người ta hay sử dụng các màng lọc để đo độ xốp củacác đối tượng nghiên cứu là các tổ chức sinh vật. 3. Điện thế lắng. Điện thế lắng là hiệu số điện thế xuất hiện giữa lớp trên và lớpdưới của dung dịch đa pha trong quá trình lắng các hạt mang điện củacác pha phân tán dưới tác dụng của trọng lực. Bản chất của hiệntượng làm xuất hiện loại điện thế này khác hẳn so với hiện tượng làmxuất hiện hiệu điện thế trong quá trình điện di. Có thể khảo sát hiện tượng xảy ra trong quá trình lắng củamáu chẳng hạn (hình 6.2). Máu là một dung dịch keo, các thành phần ...