Электрофорез

Электрофоре'з(от и греч. phoresis - несение, перенесение), направленное движение коллоидных частиц или макроионов под действием внешнего электрического поля. Э. был открыт Ф. Ф. в 1807 и считается важнейшей разновидностью .Скорость u движущихся частиц приближённо связана с напряжённостью электрического поля Еуравнением Смолуховского:

  где h - вязкость среды, D -диэлектрическая проницаемость, x - .Э. используют в электрохимии для изучения ,адсорбции ионов на поверхности, в медицине (см. ) .В промышленности Э. используют для выделения каучука из латекса, очистки воды, отделения каолина от песка и др. В биохимии Э. служит для анализа, разделения и очистки биополимеров (главным образом белков), бактериальных клеток, вирусов, а также аминокислот, витаминов и др. Практическое применение Э. началось после создания шведским учёным А. Тиселиусом специального аппарата для фронтального (или свободного) Э. белков в растворе (1937). Наиболее широкое распространение нашли электрофоретические методы с использованием инертных носителей (бумаги, гелей и др.), получившие общее название зонального Э., т. к. фракции разделяемых веществ образуют в толще носителя отдельные, несмешивающиеся зоны. Э. часто сочетают с другими методами разделения биоорганических соединений (например, с хроматографией). Разработана техника концентрирования электрофоретических зон биополимеров в гелях, значительно повышающая разрешающую способность метода (диск-Э.). Применение реакции антиген-антитело в сочетании с Э. послужило основой для создания метода иммуно-Э. Электрофоретический анализ биологических жидкостей, например сыворотки крови для исследования главным образом белков, широко используют в диагностике многих заболеваний.

  Лит.:Ларский Э. Г., Методы зонального электрофореза, М., 1971; Духин С. С., Дерягин Б. В., Электрофорез, М., 1976.

  Н. Н. Чернов.

Электрофорез лекарственный

Электрофоре'з лека'рственный(устаревшие название - ионогальванизация, ионофорез, ионотерапия), метод физиотерапии, заключающийся в одновременном воздействии на организм постоянного электрического тока и вводимых им (через кожу или слизистые оболочки) ионов лекарственных веществ. При Э. л. повышается чувствительность рецепторов к лекарственным веществам, которые полностью сохраняют свои фармакологические свойства. Основные особенности Э. л. - выраженное и продолжительное терапевтическое действие малых доз лекарственных веществ за счёт создания своеобразного кожного депо применяемых препаратов, а также возможность оказывать местное воздействие при некоторых патологических состояниях (например, при местных сосудистых расстройствах), затрудняющих поступление препарата в патологический очаг из крови. При Э. л. возможно одновременное применение нескольких лекарственных веществ. В ряде случаев для Э. л. используют также импульсный ток постоянного направления, что повышает лечебный эффект метода. Источники тока, а также правила проведения Э. л. такие же, как при .Для Э. л. оба электрода с прокладками, смоченными раствором лекарственного вещества, располагают на коже либо один из них помещают в полости носа, уха, во влагалище и др.; в некоторых случаях вместо прокладки используют ванночку с раствором лекарственного вещества, в которую опущен угольный электрод. Э. л. применяют при заболеваниях центральной и периферической нервной системы, опорно-двигательного аппарата, гинекологических заболеваниях и др.

  Лит.:Улащик В. С., Теория и практика лекарственного электрофореза, Минск, 1976; Справочник по физиотерапии, М., 1976.

  В. М. Стругацкий.

Электрофоретические покрытия

Электрофорети'ческие покры'тия,покрытия, формирующиеся на катоде вследствие коллоидных частиц и их .Электрофоретический метод нанесения покрытий широко применяют в технике, особенно для получения лакокрасочных покрытий.

  Лит.:Дейнега Ю. Ф., Ульберг З. Р., Эстрела-Льопис В. Р., Электрофоретическое осаждение металлополимеров, К., 1976.

Электрофотографическое копирование

Электрофотографи'ческое копи'рование,электрографическое копирование, ксерография, один из наиболее распространённых процессов (в т. ч. увеличенных копий с микрофильмов), основанный на использовании эффекта некоторых полупроводниковых материалов, нанесённых на специальную бумажную, металлическую или другую основу, и их способности удерживать частицы красящего вещества с помощью электростатических сил. Принцип Э. к. запатентован в США в 1938; первые аппараты для Э. к. созданы в 1950. Широкое распространение метода Э. к. обусловлено высоким качеством копий, возможностью получения копий практически с любых оригиналов, высокой производительностью (свыше 7000 копий в 1 ч), а также возможностью изготовления для офсетных машин (см. , ) .В 70-х гг. разработаны способы Э. к., позволяющие получать многоцветные копии с тоновых оригиналов.

  Различают Э. к. непосредственное (прямое, непереносное) и косвенное (или переносное). В первом случае копии получают непосредственно на ;во втором - с использованием промежуточного носителя информации - «посредника», которым служат полированный металлический лист (обычно алюминиевый), цилиндр или гибкая лента, покрытые слоем фотополупроводника (например, аморфным селеном, селенидом или сульфидом кадмия). На рис. показана схема процесса непосредственного Э. к. Фотополупроводниковый слой бумаги (носителя копии) в темноте заряжают (например, с помощью коронного электрического разряда) до потенциала несколько сотен в.На заряженный т. о. фотополупроводниковый слой проецируют изображение оригинала: с освещенных (пробельных) участков слоя заряды стекают на проводящую основу; участки, оказавшиеся неэкспонированными (соответствующие тёмным линиям оригинала), сохраняют заряд. В результате в фотополупроводниковом слое возникает скрытое изображение оригинала в виде «потенциального рельефа», которое проявляют обычно с помощью красящего порошка (тонера), частицам которого сообщается заряд, по знаку обратный заряду потенциального рельефа. Частицы тонера притягиваются к заряженным участкам потенциального рельефа, образуя видимое изображение, которое затем закрепляется, например нагреванием до температуры плавления порошка (расплавленные частицы порошка склеиваются с бумажной основой). При косвенном Э. к. скрытое изображение оригинала образуется в светочувствительном слое «посредника». Проявленное с помощью наэлектризованного красящего порошка, оно затем переносится на обычную бумагу, кальку или иной носитель копии. Процесс закрепления изображения такой же, как при непосредственном Э. к.

  Э. к. осуществляется в электрофотографических аппаратах с применением промежуточных носителей информации и получением копий на обычных бумагах и в аппаратах с получением копий на электрофотополупроводниковой бумаге. Аппараты Э. к. различают по способам экспонирования, проявления («мокрое» и «сухое») и закрепления изображения, по форматам оригинала и копии, степени автоматизации и т. д. Экспонирование в аппаратах переносного копирования с «посредником» в виде пластины производится статическим способом - отдельными кадрами; в аппаратах с «посредником» в виде цилиндра или ленты применяют динамические способы (при которых оригинал, оптическая система и поверхность «посредника» непрерывно перемещаются относительно друг друга). Продолжительность экспонирования зависит от освещённости оригинала, светочувствительности фотополупроводника, качества оптической системы. Например, ротационный стационарный электрофотографический аппарат ЭР-620Р (СССР) изготовляет копии с проектной (конструкторской) документации на рулонной бумаге шириной 620 мм;скорость копирования около 3 м/ мин.

  Лит.:Слуцкин А. А., Шеберстов В. И., Копировальные процессы и материалы репрографии и малой полиграфии, М., 1971; Процессы и аппараты электрофотографии, Л., 1972; Алферов А. В., Резник И. С., Шорин В. Г., Оргатехника, М., 1973; Иванов Р. Н., Репрография, М., 1977.

  А. В. Алферов.

Схема процесса непосредственного электрофотографического копирования: а - электрофотополупроводниковая бумага - носитель копии (1 - фотополупроводниковый слой, 2 - электропроводная основа); б - распределение зарядов в носителе копии; в - экспонирование фотополупроводникового слоя (стрелками обозначены световые лучи); г - носитель копии после экспонирования; 8 - проявление скрытого изображения (чёрными кружками обозначены частицы красящего порошка): е - носитель копии с закрепленным изображением (чёрными прямоугольниками обозначены расплавленные частицы порошка, прилипшие к основе носителя).

Электрофотография

Электрофотогра'фия,процессы получения фотографических. изображений на светочувствительных электрофотографических материалах (ЭФМ) - слоях фотопроводников (ФП, см. ) с высоким темновым удельным сопротивлением, наносимых на проводящую основу (подложку). Перед получением изображения слой ФП «очувствляют», заряжая его ионами, обычно из в воздухе, а подложку заземляют; затем равномерно заряженные ЭФМ экспонируют, в результате чего с освещенных участков ФП на подложку «стекает» часть заряда, тем большая, чем выше участка. Возникает (СИ) объекта в виде потенциального рельефа, т. е. распределения по поверхности ФП ,которое соответствует распределению освещённости в регистрируемом изображении. СИ затем переводят в видимое изображение (визуализируют). Т. о., в Э. используют формирование в ЭФМ при его «очувствлении» ,образуемого поверхностным зарядом и возникающим в объёме ФП или проводящей подложке экранирующим зарядом с последующей локальной модуляцией мощности слоя (произведения поверхностной плотности заряда на толщину двойного слоя) за счёт фотопроводимости.

  Существует несколько обособленных направлений Э., различающихся главным образом способом визуализации СИ. В классической Э. СИ визуализируют заряженными окрашенными частицами порошка (в сухом состоянии или диспергировакными в жидкости) с последующим переносом на нефоточувствительную основу либо без такого переноса. Процессы Э., в которых для визуализации применяют сухой порошок, часто называют ксерографией. Изменяя знак заряда и цвет порошка, можно получить как негативное, так и позитивное черно-белое, окрашенное или многоцветное изображение. В Э. со считыванием СИ используют микрозондовую технику (оптические, электронные или электростатические микрозонды, производящие в процессе) считывания поэлементную «развёртку» СИ). В фототермопластической Э. обычно предусматривают возможность термопластической визуализации путём преобразования потенциального рельефа в рельеф толщины за счёт термомеханических свойств ЭФМ (см. также , ) .В одном из направлений Э. в качестве ЭФМ используют фотоэлектреты (см. ) ,где СИ возникает в результате частичного разрушения под действием света устойчивой электрической поляризации слоя ЭФМ. В некоторых случаях, например в Э. со считыванием СИ, за счёт подключения внешних источников энергии возможно усиление СИ, в определённой степени аналогичное усилению в классическом фотографическом процессе; в других случаях, например при визуализации порошком, усиления не происходит. Светочувствительность 5 наиболее широко применяемых ЭФМ и методов Э.: 1-2 ед. ГОСТа для слоев аморфного селена с сухим порошковым проявлением (при 40-60 мм ^-1); 0,2-0,3 ед. ГОСТа для сенсибилизированных красителями слоев окиси цинка, диспергированной в связующей среде (разрешение при жидкостном проявлении 60-100 мм ^-1и выше), и слоев на основе органической ФП: (типа поливинилкарбазола). Светочувствительность ЭФМ при электронном считывании, обеспечивающем усиление СИ, достигает 500 ед. ГОСТа.

  Чувствительность ЭФМ лежит в спектральном диапазоне от рентгеновской области до ближней инфракрасной области. Изменение длинноволновой границы чувствительности в этом диапазоне достигается методами сенсибилизации в ФП. Кроме обычной оптической, в Э. используют структурную и инжекционную сенсибилизацию. При структурной сенсибилизации изменяют молекулярную и надмолекулярную структуру ФП и макроструктуру слоя. Этот метод применяют как для органических ФП (полимеры винилового ряда, органические полимерные комплексы на основе поливинилкарбазола и др.), так и для неорганических, прежде всего для слоев на основе селена и его сплавов (с теллуром, мышьяком, таллием, кадмием, германием); он включает, например, формирование в ЭФМ электронно-дырочной гетероструктуры (см. ) или структуры типа ФП - диэлектрик. Явление фотоинжекции носителей заряда в фотополупроводники используют, например, для сенсибилизации слоев поливинилкарбазола селеном (инжекционная сенсибилизация; об инжекции см. ст. ,разделы Неравновесные носители тока и Фотопроводимость полупроводников).

  Среди совокупности характеристик Э. некоторые (или их сочетания) часто принципиально недостижимы для других фотографических процессов (обработка в реальном масштабе времени, т. е. одновременно с протеканием весьма кратковременных процессов; возможность длительного хранения СИ, иногда даже на свету; возможность многократной перезаписи информации; экономические показатели), что обеспечило Э. широкое применение в малотиражном оперативном размножении текстовых и графических материалов - репрографии. Э. используют как метод регистрации и исследований во многих областях науки и техники, например в рентгенографии, голографии, спектроскопии, физике полупроводников.

  Лит.:Шафферт Р., Электрофотография, пер. с англ., М., 1968; Гренишин С. Г., Электрофотографический процесс, М., 1970; Процессы и аппараты электрофотографии, Л., 1972.

  Ю. А. Черкасов.

Электрофотополупроводниковая бумага

Электрофотополупроводнико'вая бума'га,электрофотографическая бумага, предназначена для изготовления копий при .Э. б. г представляет собой электропроводную баритовую бумагу - основу, покрытую с одной стороны тонким слоем (20-100 мкм) фотополупроводника, который становится светочувствительным после зарядки до потенциала в несколько сотен в.В состав фотополупроводникового слоя чаще всего входит ZnO в чистом виде либо сенсибилизированная красителями, например эозином. Помимо ZnO, могут применяться также окислы, иодиды, селениды, сульфиды и теллуриды различных металлов. В качестве связующего используют поливинил-бутираль, производные ацилгидразона, оксадизола и др., синтетические и естественные смолы и т. п.

  Фотографические свойства Э. б. характеризуются главным образом зарядным потенциалом и светочувствительностью. У несенсибилизированной Э. б. с фотополупроводниковым слоем на основе ZnO светочувствительность порядка 0,04 ед. ГОСТа; у сенсибилизированной Э. б. светочувствительность 0,5-1 ед. ГОСТа. Разрешающая способность копий на Э. б. зависит от конструкции аппарата, толщины фотополупроводникового слоя и способа его обработки (проявления); обычно лежит в пределах 3-40 линий/ мм.

  Лит.:Слуцкин А. А., Шеберстов В. И., Копировальные процессы и материалы репрографии и малой полиграфии, М., 1971.

  Л. В. Алферов.

Электрофреза

Электрофреза',с.-х. орудие для обработки почвы и заделки в неё удобрений в теплицах, парниках и на парниковых участках. В СССР выпускают самоходную Э. ФС-0.7А, основными узлами которой являются электродвигатель мощностью 3 кВт,редуктор с муфтой включения, ротор диаметром 420 ммс рабочими органами - ножами. Частота вращения ротора 200 061 мин,ширина захвата Э. 0,7 м,глубина обработки до 22 см,производительность 600 м ² /ч.

Электрохемилюминесценция

Электрохемилюминесце'нция, ,возникающая при моляризации ион-радикалов, образующихся во время электролиза раствора активатора (изобензофуран, изоиндол и др.) в сопровождающем электролите (димстилформамид и др.); возбуждённые молекулы активатора, образующиеся в результате моляризации их ион-радикалов, возвращаются в основное состояние, испуская кванты света. Э. может быть использована для создания индикаторных устройств: при возбуждении люминофора переменным электрическим полем свечение сосредоточено вблизи электрода; применяя электроды специальной формы, можно создавать т. о. светящиеся цифры, буквы и т. д. (См. статьи , .)

Электрохимическая обработка

Электрохими'ческая обрабо'тка,см. в ст. .

Электрохимическая поляризация

Электрохими'ческая поляриза'ция,см. .

Электрохимические методы анализа

Электрохими'ческие ме'тоды ана'лиза,совокупность методов качественного и количественного анализа, основанных на электрохимических явлениях, происходящих в исследуемой среде или на границе раздела фаз и связанных с изменением структуры, химического состава или концентрации анализируемого вещества. Э. м. а. делятся на пять основных групп: потенциометрию, вольтамперометрию, кулонометрию, кондуктометрию и диэлектрометрию.

  Потенциометрия объединяет методы, основанные на измерении эдс обратимых электрохимических цепей, когда потенциал рабочего электрода близок к равновесному значению (см. ) .Потенциометрия включает редоксметрию (см. ) ,ионометрию и потенциометрическое титрование.

  Вольтамперометрия основана на исследовании зависимости тока поляризации от напряжения, прикладываемого к электрохимической ячейке, когда потенциал рабочего электрода значительно отличается от равновесного значения (см. ) .По разнообразию методов вольтамперометрия - самая многочисленная группа из всех Э. м. а., широко используемая для определения веществ в растворах и расплавах (например , ,амперометрия).

  Кулонометрия объединяет методы анализа, основанные на измерении количества вещества, выделяющегося на электроде в процессе электрохимической реакции в соответствии с .При кулонометрии потенциал рабочего электрода отличается от равновесного значения. Различают потенциостатическую и гальваностатическую кулонометрию, причём последняя включает прямой и инверсионный методы, электроанализ и кулонометрическое титрование.

  К кондуктометрии относятся методы, в которых измеряют (водных и неводных растворов, коллоидных систем, расплавов, твёрдых веществ). Кондуктометрический анализ основан на изменении концентрации вещества или химического состава среды в межэлектродном пространстве; он не связан с потенциалом электрода, который обычно близок к равновесному значению. Кондуктометрия включает прямые методы анализа (используемые, например, в ) и косвенные (например, в ) с применением постоянного или переменного тока (низкой и высокой частоты), а также хронокондуктометрию, низкочастотное и высокочастотное титрование.

  Диэлектрометрия объединяет методы анализа, основанные на измерении диэлектрической проницаемости вещества, обусловленной ориентацией в электрическом поле частиц (молекул, ионов), обладающих дипольным моментом. Методы диэлектрометрии применяют для контроля чистоты диэлектриков, например для определения малых количеств влаги. Диэлектрометрическое титрование используют для анализа растворов.

  Лит.:Галюс 3., Теоретические основы электрохимического анализа, пер. с польск., М., 1974; Лопатин Б. А., Теоретические основы электрохимических методов анализа, М., 1975.

  Б. А. Лопатин.

Электрохимический генератор

Электрохими'ческий генера'тор(ЭХГ), ,в котором реагенты (обычно газообразные или жидкие вещества) в ходе электрохимической реакции непрерывно поступают из специальных резервуаров к электродам. ЭХГ состоит из батареи ,систем хранения и подачи реагентов, отвода продуктов реакции, контроля и автоматического управления. В отличие от гальванических элементов, ЭХГ могут работать до тех пор, пока осуществляется подвод реагентов (топлива и окислителя) и отвод продуктов реакции.

  Перспективны ЭХГ, в которых в качестве горючего используют водород, экологически чистый источник энергии. С середины 1970-х гг. в СССР, США, ФРГ, Франции, Японии и др. странах ведутся работы по созданию и использованию водородно-кислородных и особенно водородно-воздушных ЭХГ. Применение такого рода источников электрической энергии в радио- и телевизионных устройствах ( рис. ) и на транспортных средствах должно способствовать решению проблемы сохранения чистоты окружающей среды. Кпд водородно-кислородных ЭХГ, созданных в СССР и США, достигает 70-80%. Кпд ЭХГ, работающих при постоянных давлении и температуре с поглощением тепла из окружающей среды, теоретически может превосходить 100%.

  Лит.см. при ст. .

  Н. С. Лидоренко, Г. Ф. Мучник.

Водородно-воздушный электрохимический генератор для питания переносного телевизора (мощность 15 вm, ресурс работы 2000 ч).

Электрохимический потенциал

Электрохими'ческий потенциа'л,термодинамическая функция, характеризующая состояние какого-либо компонента, состоящего из заряженных частиц (электронов, ионов), в фазе данного состава. Э. п. может быть определён как приращение любого из системы при введении в неё одной заряженной частицы i-того компонента при неизменных всех остальных переменных, от которых зависит рассматриваемый потенциал. Э. п. , выражается формулой:

,

где m - i-того компонента, z _i, - заряд частицы, j - электрический потенциал, е -элементарный заряд; член z _iej выражает работу по преодолению электрических сил. Если Э. п. относится к 1 молю вещества, этот член равен z _iFj, где F - .

Электрохимия

Электрохи'мия,раздел ,предметом изучения которого являются объёмные и поверхностные свойства твёрдых и жидких тел, содержащих подвижные ,и механизмы процессов с участием ионов на границах раздела и в объёме тел. Практическое значение электрохимических процессов, их роль в живом организме, своеобразие экспериментальной техники привели к выделению Э. в самостоятельный раздел науки.

  Возникновение основных представлений. В 1800 А. построил первый источник длительного постоянного тока ( ) .Вольта связывал возникновение (эдс) с соприкосновением разнородных металлов (т. н. контактная теория). С помощью вольтова столба английские учёные У. Николсон и А. Карлейль осуществили разложение воды (1800) на водород и кислород. В 1807 Г. электролизом увлажнённого едкого кали получил металлический калий; это было первое применение электрохимического метода для получения нового вещества. Начало работам по Э. в России положил В. В. (электровосстановление металлов из их окислов, 1803). В 1833-34 М. установил важнейшие количеств, закономерности Э. - .Он же ввёл в Э. термины электролиз, , , и , , , ,однако он не представлял ещё себе ионы как свободно существующие частицы. Фарадей показал, что генерирование электрической энергии гальваническим элементом всегда сопровождается химическим процессом. К тому же периоду (1838) относится открытие английским учёным Дж. Даниелом первого гальванического элемента и открытие Б. С. гальванопластики - первого широко использованного метода прикладной Э. (см. ) .

  Изучение прохождения тока.Р. указал (1857), что в проводящих ток растворах должны существовать свободные заряженные частицы; их движение и создаёт электрический ток. Разработка (1853-59) И. метода определения чисел переноса (см. ) и прецизионные измерения электропроводности, выполненные Ф. (1874), доказали независимое движение ионов, подготовив возможность создания С. теории (1887). Закономерности диссоциации слабых электролитов были установлены В. (1888). Возможность существования свободных ионов сделалась понятной после введения представления об энергии (для водных растворов - ) .На необходимость учёта такого химического взаимодействия указал впервые И. А. .П. и немецкий учёный Э. Хюккель нашли (1923), что свойства разбавленных растворов сильных электролитов в растворителях с высокой диэлектрической проницаемостью могут быть количественно истолкованы в предположении их полной диссоциации при учёте электростатического взаимодействия между заряженными частицами. В дальнейшем разрабатывалась теория, применимая к более высоким концентрациям, изучались неводные растворы и расплавленные электролиты. Особое внимание в последние десятилетия уделяется твёрдым электролитам с высокой ионной проводимостью. При исследовании взаимодействия ионов между собой и с растворителем используются новые физические методы (см. ) .

   Приложение законов термодинамики к Э. Учение об электродвижущих силах.Количественное рассмотрение любых электролитных систем, независимое от молекулярно-статистических представлений, основывается на термодинамике. Исходя из 1-го закона термодинамики, У. (1851) пришёл к выводу, что эдс гальванического элемента Еопределяется тепловым эффектом протекающей в нём реакции. Термодинамическая трактовка эдс была дана Дж. У. (1875) и Г. Л. Ф. (1882). Из 2-го закона термодинамики следует, что эдс определяется изменением не полной энергии, а свободной энергии при химической реакции:

  Е =- D G/ nF,  (1)

  где D G- разность продуктов и исходных веществ, n -число электронов, участвующих в реакции, F - .Гальванический элемент может давать электрическую энергию только за счёт затраты свободной энергии реагирующих веществ. Уравнение (1) предполагает обратимость всех процессов в элементе, т. е. выполнение условий равновесия, и определяет максимальную величину электрической энергии, которую можно получить за счёт данной реакции. Связь между Е,тепловым эффектом D Нреакции и абсолютной температурой Твыражается уравнением Гиббса - Гельмгольца:

  .                        (2)

  В. (1889) придал термодинамическим соотношениям Э. удобную форму. Эдс Еможет быть представлена в виде разности величин электродных потенциалов обоих электродов, каждый из которых выражает эдс цепи из данного электрода и некоторого ,например стандартного .Для простейшего случая металла в равновесии с разбавленным раствором, содержащим ионы этого металла в концентрации с,

  (формула Нернста) (3)

  где R -газовая постоянная, E ₀ -стандартный электродный потенциал данного электрода. В общем случае величина с должна быть заменена на иона. Общее условие равновесия определяется требованием постоянства любой частицы во всех частях системы.