Электрофорная машина принцип: принцип действия, как работает, конструкция, устройство и применение

Узнаем как сделать электрофорную машину своими руками

Электрофорная машина работает как непрерывный источник электрической энергии. Этот прибор используют зачастую как вспомогательный для демонстраций различных электрических явлений и эффектов. Но какова его конструкция и особенности?

Немного из истории изобретения

Электрофорная машина разработана в далеком тысяча восемьсот шестьдесят пятом году Августом Теплером, немецким физиком. Что любопытно, совершенно независимо другой ученый-экспериментатор Вильгельм Гольц изобрел подобную конструкцию, но даже более совершенную, так как его аппарат позволял получить большие значения разностей потенциалов и мог служить источником постоянного тока. К тому же гольцевская машина была намного более простой в конструкции. В конце девятнадцатого века английский экспериментатор в области электричества и механики Джеймс Вимшурст усовершенствовал агрегат. И по сегодняшний день именно его вариант (пусть и чуть более современный) используется для демонстраций электродинамических опытов благодаря способности создавать огромную разность потенциалов между коллекторами. Электрофорная машина была улучшена уже в сороковых годах двадцатого века ученым по фамилии Иоффе, который разработал новый тип электростатических генераторов для осуществления питания рентгеновской установки. Хотя машину Вимшурста сейчас не используют для непосредственной задачи добычи электрической энергии, она является историческим экспонатом, который иллюстрирует историю развития инженерной мысли и научно-технического прогресса.

Узнаем как сделана машина: классика и современность

С самого детства мальчишек, да и многих девчонок, привлекает такое чудо техники, как автомобиль….

Конструкция электрофорной машины

Этот аппарат состоит из двух дисков, которые вращаются навстречу друг другу. Работа электрофорной машины как раз и заключается в осуществлении такого двойного обоюдного вращения. На дисках расположены токопроводящие изолированные друг от друга сегменты. С помощью обкладок сторон обоих дисков образовываются конденсаторы. Именно поэтому электрофорная машина иногда называется конденсаторной. На дисках расположены нейтрализаторы, которые отводят заряды от противоположных элементов дисков на землю с помощью щеток. Коллекторы находятся слева и справа. Именно на них поступают снятые гребенками с заднего и переднего дисков генерируемые сигналы.

Что такое банки Лейдена?

Во многих случаях заряды накапливаются на конденсаторах. Их называют банками Лейдена. После этого возможно воспроизведение намного более сильных разрядов и искр. Внутренние обкладки каждого конденсатора соединяются с кондукторами по отдельности. Щетки, которые касаются секторов дисков, объединены с внутренними обкладками банок Лейдена. Вся конструкция на сегодняшний день монтируется на пластмассовых стойках. Вместе с лейденовскими банками части машины закрепляются на подставке из дерева. Учитывая наглядность конструкции, электрофорная машина своими руками может быть сделана достаточно просто. Даже человек, который не имеет специального технического образования, может ее собрать и эксплуатировать в свое удовольствие.

На чем основана работа электрофорной машины?

Использование взаимного усилия обоих дисков – именно этот принцип является основным в данном устройстве. Эффект возникновения разности потенциалов, а затем разрядов и искр достигается правильным расположением секторов. Конечно, существуют разработки, использующие и чистые диски, но подобный коэффициент полезного действия они не выдают. Такие конструкции часто применяются в небольших учебных учреждениях. Расстояние между дисками у такого прибора, как электрофорная машина, играет важнейшую роль и оказывает существенное влияние на достижение необходимого напряжения на конденсаторах.

Каков принцип работы аппарата?

Электрофорная машина с момента ее изобретения (а это начало восемнадцатого века) пережила много изменений. Но основная идея осталась. Основой конструкции машины являются диски с наклеенными обкладками (металлическими полосами). Приложив определенную механическую силу с помощью ременной передачи, их можно вращать в разные стороны, противоположные друг другу. На обкладке одного диска возникает положительный заряд. Он притянет к себе другой заряд (отрицательный). Положительный уйдет через проводник со щетками (нейтрализатор), который касается противоположной обкладки. Поворачивая диски, получаем заряды, аналогичные исходным. Но они уже будут влиять на другие обкладки. Учитывая то, что диски вращаются в противоположные стороны, заряды стекаются к коллекторам. У такого демонстрационного аппарата, как электрофорная машина, принцип работы основан именно на этом моменте. На щетках обоих дисков, которые не касаются их поверхности и находятся по краям, заряды в какой-то момент становятся настолько огромными, что в воздушном пространстве возникает пробой, и проскакивает электрическая искра. Именно поэтому к коллекторам можно присоединять дополнительные конденсаторы разных емкостей, что придаст большую красоту эффекту возникновения разряда.

Электрофорная машина – 86 фото

1

Строение электрофорной машины

2

Многодисковая электрофорная машина

3

Схема электрофорной машины

4

Электростатический Генератор Вимшурста

5

Электрофорная машина гравюра

6

Схема электрофорной машины

7

Электрофорная машина гольца

8

Статическая физика машина электростатический Генератор.

9

Вильгельм Хольц электрофорная машина

10

Электрофорная машина эксперимент

11

Электрофорная машина вектор

12

Вильгельм Хольц электрофорная машина

13

Электростатический Генератор Вимшурста

14

Электрофорный Генератор Вимшурста

15

Вильгельм Хольц электрофорная машина

16

Электрофорная машина

17

Генератор Бонетти

18

Машина электрофорная малая

19

Электрофорная машина волосы дыбом

20

Машина электрофорная малая

21

Статическая физика машина электростатический Генератор.

22

Устройство электрофорной машины схема

23

Бонетти машина

24

Машина электрофорная малая

25

Устройство электрофорной машины схема

26

James Wimshurst

27

Отто фон Герике электрическая машина

28

Электрофорная машина искровой разряд

29

Электростатическая машина Бонетти

30

Принцип действия электрофорной машины схема

31

Курамшин элементы замечательный сон профессора Менделеева

32

Цена машина электрофорная шт. 1 9 362,50

33

Электростатическое электричество приборы с прошлого

34

Электрофорная машина гольца

35

Электричество между шариками

36

Электростатический Генератор элементарная схема

37

Электростатический двигатель

38

Wjm70601. PCB плата пылесоса

39

Электрофорная машинка

40

Машина электрофорная малая

41

Генератор Бонетти

42

Электрофорная машина

43

Электрофорная машина гольца

44

Influenzmaschine

45

Электрофорная машина с искрой

46

Электрофор Алессандро вольта

47

Электрофорная машина

48

Электрофорная машина Гальвани

49

Вильгельм Хольц электрофорная машина

50

Электростатический Генератор

51

Электрофорная машина гольца

52

Электрофорная машина Вильгельм Гольц

53

Опыты с электрофорной машиной по физике

54

Старинная электрофорная машина

55

Электрофорная машина гольца

56

Электрофорная катушка

57

Вильгельм Хольц электрофорная машина

58

Электрическая машина типа Вимшерста

59

Электрофорная машина Тесла

60

Электро фор на я машина

61

Электрофорная машина гольца

62

Электростатический Генератор Вимшурста

63

Электрофорная машина СССР

64

Вильгельм Хольц электрофорная машина

65

Электростатическая машина Франклина

66

Устройство электрофорной машины схема

67

Фрэнсис Хоксби электрическая машина

68

Накопитель статического электричества

69

Статическая физика машина электростатический Генератор.

70

Машина электрофорная малая мэм

71

Первая электрическая машина Отто Герике

72

Август тёплер электрофорная машина

73

Машина трения электростатическая

74

Электрофорная машина Тесла

75

Электрофорная машина Хольца

76

Электростатический Генератор Ефименко

77

Отто фон Герике электрическая машина

78

79

80

81

82

83

84

85

значение, принцип, типы и методы

Электрофорез — это научный лабораторный метод, который используется для разделения молекул ДНК, РНК или белка в зависимости от их размера и электрического заряда. Через молекулы пропускают электрический ток, чтобы они перемещались так, чтобы их можно было разделить через гель. Поры, присутствующие в геле, работают как сито, позволяя молекулам меньшего размера проходить быстрее и легче, чем молекулам большего размера. В зависимости от того, как регулируются условия во время электрофореза, молекулы могут быть разделены в желаемом диапазоне размеров.

Что такое электрофорез и для чего он используется?

Электрофорез — очень широко используемый метод, который, по сути, подает электрический ток на биологические молекулы — обычно это ДНК, но они также могут быть белками или РНК — и разделяет эти фрагменты на части большего или меньшего размера.

Явление электрофореза впервые наблюдали русские профессора Петр Иванович Страхов и Фердинанд Фредерик Ройсс в 1807 году в Московском университете. Постоянное приложение электрического поля заставляло частицы глины, диспергированные в воде, мигрировать, проявляя электрокинетическое явление.

Электрофорез можно определить как электрокинетический процесс, который разделяет заряженные частицы в жидкости с помощью электрического поля заряда. Электрофорез катионов или положительно заряженных ионов иногда называют катафорезом (или катафорезным электрофорезом). Напротив, иногда электрофорез анионов или отрицательно заряженных ионов называют анафорезом (или анафорическим электрофорезом).

Используется в различных приложениях. Хотя это чаще всего используется в науках о жизни для разделения белковых молекул или ДНК, этого можно достичь с помощью нескольких различных методов и методов в зависимости от типа и размера молекул.

Методы несколько различаются, но все, что нам нужно, это источник электрического заряда, поддерживающая среда и буферный раствор. Электрофорез также используется в лабораториях для разделения молекул по их размеру, плотности и чистоте.

Метод, используемый для разделения макромолекул, таких как молекулы ДНК, РНК или белков, известен как гель-электрофорез.

Используется в криминалистике для – 

• Определение размера молекулы нуклеиновой кислоты
• Фрагментация ДНК для саузерн-блоттинга
• Фрагментация РНК для нозерн-блоттинга
• Фрагментация белка для вестерн-блоттинга
• Анализ разделения продуктов ПЦР
• Обнаружение и анализ вариаций или мутаций в последовательности

Его клиническое применение включает – 

900 20

Электрофорез белков сыворотки

Липопротеины анализ

Диагностика гемоглобинопатий и гемоглобина А1с

Определение сывороточного белка Фенотипы и микрогетерогенез

Генотипирование белков – например, анализ ApoE для болезни Альцгеймера (полиморфный белок)

Мониторинг малых молекул – например, лекарств и стероидов

Анализ спинномозговой жидкости

Анализ мочи – аналогичный определению ГН

90 033

Принцип электрофореза

Фундаментальным принципом электрофореза является существование разделения зарядов между поверхностью частицы и непосредственно окружающей ее жидкостью. Приложенное электрическое поле воздействует на результирующую плотность заряда, заставляя частицу мигрировать, а жидкость вокруг частицы течь.

Это процесс разделения или очистки белковых молекул, ДНК или РНК, различающихся по заряду, размеру и конформации.

Заряженные молекулы помещаются на одном конце поля в соответствии с их зарядом, и прикладывается электрическое поле.

При прохождении электрического тока, в зависимости от того, какой заряд несут молекулы, они движутся к противоположным электродам – катоду (отрицательный электрод) или аноду (положительный электрод).

Размер, форма и заряд молекулы остаются постоянными во время электрофореза и определяют подвижность ионной частицы.

Амфолит действует как положительно заряженная частица или ион, мигрирующий к катоду в кислых условиях. Напротив, он действует как отрицательно заряженная частица или ион в щелочной среде и движется к аноду.

Скорость миграции иона в несущей среде под действием электрического поля зависит от следующих факторов –

• Суммарный заряд молекулы
• Размер и форма молекулы
• Прочность электрическое поле
• Свойства несущей среды
• Температура процедуры

Факторы, влияющие на электрофорез

Внутренние факторы

• Величина заряда молекулы
• Плотность заряда молекулы e
• Молекулярный вес
• Его форма

Внешняя среда

• pH раствора
• Электрическое поле
• Вязкость раствора или концентрация агарозы.
• Рабочая температура.

Типы электрофореза. Эти два вещества дополнительно классифицируются на –

Зональный электрофорез:

• Электрофорез на бумаге
• Электрофорез в геле
• Электрофорез в тонком слое
• Электрофорез в ацетате целлюлозы

Электрофорез с подвижной границей:

• Капиллярный электрофорез

• Изотахофорез
• Изоэлектрическое фокусирование
• Иммуноэлектрофорез 90 022

Классификация электрофореза

Он подразделяется на:

Слаб-гель-электрофорез – традиционный метод который использует прямоугольный гель независимо от его толщины.

Дисковый электрофорез. Неоднородности возникают в электрофоретической матрице из-за слоев полиакриламидного или крахмального геля, различающихся по составу и размеру пор.

Электрофорез с изоэлектрической фокусировкой – ИЭФ разделяет атмосферные соединения (например, белки) с повышенным разрешением в среде со стабильным градиентом рН.

Изотахофорез – Он полностью разделяет более мелкие ионные вещества на смежные зоны, которые контактируют друг с другом без перекрытия, и все они имеют одинаковую скорость миграции.

Электрофорез в импульсном поле – питание попеременно подается на разные пары электродов или электрические массивы, так что электрофоретическое поле циклически переключается между двумя направлениями.

2D-электрофорез представляет собой IEP, зависящий от заряда в первом измерении, тогда как во втором измерении он зависит от молекулярной массы.

Заключение

Электрофорез можно рассматривать как электрокинетическое явление, включающее электрическое поле, поддерживающую среду и буферный раствор. Он имеет множество судебных и клинических применений в нашей повседневной жизни. От использования традиционных методов использования только прямоугольного геля до использования методов с повышенным разрешением электрофорез прошел долгий путь с момента его открытия в 1807 году в России. В целом, электрофорез — это метод разделения, который может выделять интересующие биомолекулы или заряженные частицы на основе их подвижности в заданном электрическом поле. Гель-электрофорез позволяет ученым визуализировать размеры сегментов ДНК и помогает в определении последовательности длин ДНК.

Принципы, типы и применение • Microbe Online

Электрофорез — это простой и чувствительный метод разделения в клинических и исследовательских лабораториях. С момента своего открытия он был важным инструментом, используемым биологами и химиками для разделения смесей, особенно белков и нуклеиновых кислот.

Электрофорез состоит из двух слов; электро означает электричество и форез, означает движение. Таким образом, он подразумевает миграцию и разделение заряженных частиц (ионов) через раствор под действием электрического поля.

Впервые было продемонстрировано в 1807 г. Рюссом, отметившим миграцию частиц к аноду. Он превратился из первоначального электрофореза на сырой бумаге в современную автоматизированную систему. Доступны различные улучшенные версии, которые применяются в миниатюризации, точном машиностроении и т. д. Преимущество усовершенствования заключается в удовлетворении требований к более быстрому и лучшему разрешению результатов.

Содержание

Принцип электрофореза

Общий принцип гель-электрофореза
Источник рисунка: https://www.smacgigworld.com/blog/principle-of-electrophoresis.php

Биологические молекулы, такие как аминокислоты, пептиды, белки, нуклеиновые кислоты и нуклеотиды, содержат ионизируемые группы. Эти молекулы существуют в растворе в виде электрически заряженных частиц, катионов (+) или анионов (-) при любом заданном pH. Таким образом, электрическое поле обеспечивает миграцию отрицательно заряженной молекулы к аноду (положительному выводу). Напротив, положительно заряженная молекула мигрирует к катоду (отрицательному выводу).

Разделение молекул, ионов или коллоидных частиц, взвешенных в матрице, происходит под действием силы электрического поля. Молекулы движутся через ситоподобное соединение в зависимости от соотношения молекулярной массы и заряда.

Это неполная форма электролиза, поскольку электрическое поле снимается до того, как молекулы достигают электрода, однако молекулы разделяются благодаря электрофоретической подвижности.

Нуклеиновые кислоты имеют отрицательный фосфатный остов. Следовательно, они движутся к аноду при электрофорезе ДНК. Амфолиты, как и белки, несут как положительный, так и отрицательный заряд. Такие соединения в нормальных условиях имеют отрицательный заряд и мигрируют к аноду. В то же время в кислой среде они заряжаются положительно и движутся к катоду. Следовательно, белок несет отрицательный или положительный заряд в зависимости от рН растворителя и изоэлектрической точки.

Факторы, влияющие на скорость подвижности ионов

Скорость ионов зависит как от внутренних факторов, так и от внешней среды.

Внутренние факторы

Внутренние факторы, влияющие на скорость ионов:

• Плотность заряда
• Молекулярный вес форма молекулы

Внешние факторы

Внешними факторами, влияющими на скорость движения ионов, являются:

• Электрические параметры, такие как ток, напряжение и мощность
• Вязкость и размер пор поддерживающей среды
• Температура
• pH буфера

Прибор для электрофореза

Современное оборудование и системы для электрофореза варьируются в зависимости от его типов и формы. Однако все электрофоретические системы имеют два основных компонента:

1. Блок питания

Блок питания управляет движением ионных частиц в среде и позволяет регулировать и контролировать либо ток, либо напряжение.

2. Устройство для электрофореза

Электрофоретическая система зависит от ее типа, но в основном состоит из двух электродов с противоположным зарядом (анод и катод), соединенных проводящей средой, называемой электролитом. Кроме того, поддерживающая среда присутствует в электрофоретических системах, таких как гель-электрофорез и электрофорез на бумаге.

• Буфер (электролит)

Буферы проводят электрический ток и обеспечивают необходимый для процесса рН. Обычно используются проводящие (текучие) буферы, такие как трисборат ЭДТА (ТВЕ) и трис-уксусная кислота ЭДТА (ТАЭ).

• Поддерживающая среда

Поддерживающая среда представляет собой матрицу (гель), в которой происходит разделение биомолекул. Он может быть пластинчатым или капиллярным. Используемые поддерживающие среды представляют собой полимеры сахара, такие как агарозный гель, полиакриламидный гель, гель крахмала и гель ацетата целлюлозы. Среда работает либо с вертикальными, либо с горизонтальными гелевыми системами при гель-электрофорезе. Горизонтально: электрофорез в агарозном геле и вертикально: SDS-PAGE. Чем больше размер пор, тем выше скорость, с которой движутся заряженные частицы.

Общая процедура электрофореза

Процесс электрофореза состоит из трех основных этапов; разделение, обнаружение и количественная оценка.

Разделение

Установка прибора соответствует его типу. При гель-электрофорезе готовят и отливают гели. Затем помещают в камеру электрофореза. Поддерживающей средой могут быть агарозные гели или полиакриламидные гели. Затем в систему добавляют соответствующий буферный раствор.

После правильной настройки прибора образец помещается в среду. Затем образец запускают при определенном токе, напряжении или мощности.

Обнаружение и количественная оценка

Окрашивание красителем или авторадиография (для радиоактивных образцов) помогает в обнаружении разделенных компонентов.

Количественное определение проводят с помощью денситометра или путем прямого измерения с использованием оптической системы обнаружения. Например, белок фиксируется осаждением в гель с уксусной кислотой. Метанол помогает предотвратить диффузию белков из геля в процессе окрашивания.

Формы электрофореза

По формам бывают двух типов; зональный и подвижный граничный электрофорез.

При зональном электрофорезе молекулы, прикрепленные к определенным зонам, не взаимодействуют с окружающей средой. Примерами этого являются бумага, полоски из ацетата целлюлозы и гель-электрофорез.

При электрофорезе с подвижной границей заряженные молекулы мигрируют в свободно движущемся растворе без поддерживающей среды. Например, капиллярный электрофорез.

Источник рисунка: https://www.sciencedirect.com/topics/pharmacology-toxicology-and-pharmaceutical-science/agarose-gel-electrophoresis

Типы электрофореза

В зависимости от природы поддерживающей среды, это следующие типы:

• Электрофорез в агарозном геле
• Электрофорез в полиакриламидном геле
• Электрофорез в ацетате целлюлозы
• Капиллярный электрофорез

следующих типов:

• Электрофорез на бумаге
• Электрофорез с изоэлектрической фокусировкой
• Двумерный электрофорез в полиакриламидном геле
• Гель-электрофорез в импульсном поле
• Зимография
• Иммуноэлектро форез
• Капиллярный электрофорез
• Высоковольтный электрофорез
• Изотахофорез
• Микрочип-электрофорез

Применение Электрофореза

Применяется для рутинных лабораторных экспериментов, диагностики заболеваний, научно-ориентированного разделения и идентификации. Точно так же он используется в различных других областях, таких как судебная экспертиза, сельское хозяйство, фармацевтика, продукты питания и т. д. Некоторые из его применений описаны ниже:

Анализ ДНК и фрагментация ДНК

Гель-электрофорез является основным методом генетического анализа и очистки нуклеиновых кислот для дальнейших исследований или диагностики заболеваний.

Идентификация специфического белка

• Скорость движения макромолекул в электрическом поле является полезным параметром для определения любых изменений заряда аминокислот в аминокислотах.
• Количественный анализ определенных классов белков сыворотки, таких как гамма-глобулины и альбумины
• Помогает в идентификации и количественном определении гемоглобина и его подклассов.
• Он также помогает идентифицировать моноклональный белок в сыворотке или моче.
• Кроме того, он помогает в разделении и количественном определении важных классов липопротеинов.
• Иммуноэлектрофорез помогает анализировать существование нескольких видов белков и их химическое поведение в различных средах.
• Также полезен при очистке белков для различных целей.
• Точно так же его можно использовать для определения молекулярной массы белка.

Разделение коферментов

Используется для разделения и количественного определения коферментов, таких как креатин, киназа, лактатдегидрогеназа и кофермент щелочной фосфатазы, на соответствующие подтипы.

Анализ химических соединений

• Помогает анализировать такие соединения, как вода, почва, качество или загрязнение воздуха, качество пищевых продуктов, гигиена обработки и медицинский судебно-медицинский анализ.
• Также помогает в анализе переходных металлов.
• Также помогает анализировать органические соединения.
• Точно так же помогает при анализе компонентов пестицидов.

Ссылки

• Ангериш А (2018).