الرحلان الكهربائي Electrophoresis

الرحلان الكهربائي هو طريقة تحليلية حيوية bioanalytical هامة في البحوث وطرق التحري لفصل وتحديد هوية الجزيئات الحيوية ذات الوزن الجزيئي الكبير Macromolecules.

والرحلان يرتكز على حركية جزيئات عضوية متشردة بتأثير حقل كهربائي، أي انتقال هذه الجزيئات بسرعة معينة، وبذلك يمكن فصل مكونات مزيج متشردة حسب اختلاف سرعة انتقالها.


فهذه الحركية هي خاصة أساسية للجزيئات العضوية وهي متعلقة بمقدار شحنتها، ووزنها الجزيئي، وشكل هذه الجزيئات، وبذلك يمكن فصل معظم المتماثرات الحيوية كالبروتينات والحموض النووية.


يتم هذا الرحلان عبر وسط متخلل يكون هذا الوسط بين قطبين، أحدهما المصعد Anode ذو الشحنة الموجبة والآخر هو المهبط Cathode ذو الشحنة السالبة كما هو مبين في الشكل 1



يرتكز الوسط المتخلل في تكوينه على سائل يكون محلول موقى Buffer غالباً (السائل المتحلل كهربائياً)، ويحمل على مادة صلبة خاملة كالورق أو الجيل، حيث يسمح السائل بحركة الشوارد، أما المادة الصلبة فتشكل عائقاً لهذه الحركة.

قوة الحقل الكهربائي E تحدد سرعة الهجرة للمواد على الحامل وتساوي إلى:


ووحدته هي V/cm، حيث لا نعتمد على الكمون وحده دون اعتبار طول الوسط الحامل بين القطبين..

دراسة نظرية

نعتبر q شحنة الجسيم (الجزيء المراد فصله)، وحسب قوانين الفيزياء فإن القوة الكهربائية المطبقة على جسيم مساوية لقوة معاكسة ناتجة عن الاحتكاك:


حيث f عامل الاحتكاك وv سرعة الجسيم وfv هي قوة الاحتكاك (اللزوجة) المطبقة على الجسيم، في الفراغ فإن عامل الاحتكاك يساوي الصفر والسرعة تسعى إلى اللانهاية،أما وسط الرحلان عامل الاحتكاك كبير ويتمتع بسرعة محددة بشحنة الجسيم المهاجر.
حركية الرحلان (حركة الجزيئة) the electrophoretic mobility، μ، هي وحدة السرعة في وحدة قوة الحقل الكهربائي:


تميز هذه الحركية الجزيئة macromolecule المفصولة، وهي تتعلق بالوزن الجزيئي وبشكل الجزيئة حيث أن f=6πηr وتصبح العلاقة:



نلاحظ تأثير نصف قطر الجزيئة (شكل الجزيئة) على حركيتها سلباً، أما η فهي لزوجة المحلول الموقى (السائل المتحلل كهربائياً).
تسمح العلاقة μ=v/E بحساب حركة الجزيئة تجريبياً وذلك بعد معرفة الحقل الكهربائي والزمن وقياس المسافة التي قطعته البقعة أو الجزيئة.
كما تسمح العلاقة μ=q/6 πηr بحساب حركة الجزيئة بشكل نظري بعد معرفة شحنتها ونصف قطرها ولزوجة السائل المتحلل كهربائياً.