聚電解質在凝膠系統中的電動力學現象探討

Gel-electrophoresis of Charged Porous Colloidal Spheres

涂敏詣(Min-Yi Tu)

指導教授 ： 李克強

國立臺灣大學/工學院/化學工程學研究所/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2013.02937

摘要

本研究以假性光譜法數值模擬多孔粒子在凝膠系統中之電動力學行為。為了適當描述此系統，我們採用Brinkman所提出的多孔物質模型，並在此物理空間中求解相互耦合的電動力學方程組。多孔粒子具有可供流體穿透的特性，因此能夠更貼切描述生物粒子或聚電解質聚合物，比硬球模型更適合用來描述此類膠體。

論文的安排如下：第一章對於聚電解質以及凝膠系統的電泳做概要性介紹與點出研究的動機與目的，第二與第三章則清楚說明電動力學理論分析與研究所採用的數值方法與計算流程。第四章討論於凝膠系統中帶電懸浮膠體電泳現象的探討。

我們發現高分子凝膠貢獻的摩擦將減緩粒子電泳動度，而電雙層厚度約略等於例子半徑時，極化效應最為明顯，它將抑制電泳動度隨電解質濃度增加的上升趨勢。整體而言，多孔球摩擦係數越高，電泳動度越低，並且逐漸趨於定值，流力上與硬球的結果相似，然而電荷可以穿透多孔粒子到內部，卻只能聚集在硬球表面，因此兩者在電力上有明顯差異，擾動電荷密度分布也大相逕庭；然而當多孔粒子摩擦係數極低時，粒子內部對流造成的極化效應可能取代流體阻力而成為主要的阻力來源。

關鍵字

多孔粒子 ； 凝膠電泳 ； 電動力學現象

並列摘要

Gel-electrophoresis of spherical porous particles is investigated theoretically in this thesis. Instead of the classic hard sphere model, porous particle model may be a better choice in describing bio-particles and polyelectrolytes, which are usually permeable to ions and fluid. Brinkman model is adopted to simulate the porous structure in polymer gels. And the polyelectrolyte a pseudo-spectral method based on Chebyshev polynomials is used to solve the resulted general electrokinetic equations.

We found, among other things, that the polarization effect due to the convection flow within the porous sphere is a crucial factor in determining its electrophoretic behavior. An induced electric field opposite to the applied electric field is generated, which deters the particle motion significantly when the particle is highly permeable. Local extrema are observed in the mobility profiles with varying double layer thickness around, where

並列關鍵字

porous particle ； gel-electrophroesis ； electrokinetic phenomena

參考文獻

[72]蔡豐安博士論文---“球形膠體粒子的凝膠電泳現象” (2011)

[73]何彥穎博士論文---“多孔球膠體粒子之電動力學現象探討” (2010)

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