11.26 : الفصل الكهربائي الشعري: الأجهزة

عادةً ما تتكون أجهزة الفصل الكهربائي الشعري من عدة مكونات رئيسية. يولد مصدر الطاقة عالي الجهد المجال الكهربائي اللازم للفصل عن طريق الاتصال بأنود (القطب المشحون إيجابياً) وكاثود (القطب المشحون سلباً) الموجودين في خزانات عازلة عند كل طرف من طرفي الأنبوب الشعري. يتضمن النظام قارورة عينة وأنبوب شعري مصنوع من السيليكا المنصهرة مطلي بطبقة من البولي إيميد لتوفير القوة الميكانيكية، تهاجر من خلاله مكونات العينة أثناء الفصل، بالإضافة إلى كاشف لتحليل المكونات المنفصلة.

يجب إدخال العينة في الأنبوب الشعري لبدء العملية. يتم تحقيق ذلك عن طريق فصل أحد طرفي الأنبوب الشعري مع الإلكترود الخاص به عن خزان المحلول العازل ووضعهما في قارورة العينة. يمكن إدخال العينة من خلال الحقن الهيدروديناميكي، والذي يعتمد على تطبيق الضغط على قارورة العينة، أو باستخدام الحقن الكهروحركي، والذي يعتمد على مجال كهربائي لدفع العينة إلى داخل الأنبوب الشعري.

عند مرور التيار الكهربائي عبر الأنبوب الشعري الذي يحتوي على محلول منظم موصل، فإنه يؤدي إلى تسخين جول بسبب قطر الأنبوب الضيق وسُمك جدرانه النسبي. يشير تسخين جول إلى الحرارة الناتجة عندما يمر التيار الكهربائي عبر وسط موصل - في هذه الحالة، المحلول المنظم داخل الأنبوب الشعري. يرتبط هذا التسخين مباشرةً بتبدد الطاقة على شكل حرارة وفقًا للمعادلة: Q = I²Rt، حيث Q هي الطاقة الحرارية (بالجول)، I هو التيار الكهربائي، R هي المقاومة، و t هو الزمن. في الفصل الكهربائي الشعري، يمكن لهذا التسخين تغيير لزوجة المحلول العازل، مما يؤدي إلى هجرة المواد المذابة في مركز الأنبوب بشكل أسرع مقارنةً بالمذاب القريب من الجدران، مما يؤدي إلى توسيع النطاق وتدهور جودة الفصل. تولد الأنابيب ذات الأقطار الداخلية الأصغر تسخين جول أقل، في حين أن الشعيرات ذات الأقطار الخارجية الأكبر تكون أكثر فعالية في تبديد الحرارة.

يمكن استخدام تقنية التكديس لتعزيز حساسية الكشف في الحالات التي يكون فيها تركيز العينة منخفضًا. تتضمن هذه الطريقة حقن العينة في محلول ذو قوة أيونية أقل من المحلول المنظم، مما يتسبب في تركيز مكونات العينة عند الواجهة بين المحلولين.

بمجرد إدخال العينة، يتم تطبيق جهد عالي عبر نظام التخزين المنظم، مما يدفع الأنواع المشحونة إلى الهجرة نحو الكاثود من خلال التدفق الكهروأوسموزي. يحدث فصل المكونات بناءً على حركتها الكهربية داخل المجال الكهربائي.

تُستخدم أنواع مختلفة من الكواشف، مثل الامتصاص والفلورسنتية والتوصيلية والمطياف الكتلي بشكل شائع في الفصل الكهربائي الشعري للكشف عن المكونات المفصولة وتحليلها.