Кіріспе
Сұйықтықты майлы аэрозольді жоғары кернеулі эпидреспрейлерге тарату үшін электр энергиясын пайдаланатын аппарат Электроспрей атауы сұйықтықты немесе осы процестен пайда болған майлы аэрозольді тарату үшін электр энергиясын пайдаланатын аппаратқа қолданылады. Жоғары кернеулік сұйықтыққа эмитер арқылы (әдетте шыны немесе металл капилляры) беріледі. Идеалда эмитер ұшына жеткен сұйықтық Тейлор конусын құрайды, ол өзінің шыңы арқылы сұйықтық ұшқышын шығарады. Жарық бетіндегі варикоздық толқындар ұсақ және жоғары зарядталған сұйық тамшылардың пайда болуына әкеледі, олар Кулонның керілуіне байланысты радиалды таралады.
high voltage induced sprays
The name electrospray is used for an apparatus that employs electricity to disperse a liquid or for the fine aerosol resulting from this process. High voltage is applied to a liquid supplied through an emitter (usually a glass or metallic capillary). Ideally the liquid reaching the emitter tip forms a Taylor cone, which emits a liquid jet through its apex. Varicose waves on the surface of the jet lead to the formation of small and highly charged liquid droplets, which are radially dispersed due to Coulomb repulsion.
Тарих
XVI ғасырдың аяғында Уильям Гилберт магниттік және электростатикалық құбылыстардың мінез-құлқын сипаттауға кірісті. Ол күміспен зарядталған кеуектің жанында су тамшысы конус түрінде деформацияланғанын байқады. Бұл әсер электрлі шашыратулармен байланысты, бірақ Гилберт электр өрісінің әсерінен сұйықтық дисперсиясына байланысты ешқандай байқаулар тіркеген жоқ. 1750 жылы француз дін қызметкері және физик Жан Антуан (Аббе) Ноле ыдыстан ағып жатқан суды электрлі жерге жақын орналастырған жағдайда, аэрозольдейді деп байқады. 1882 жылы Лорд Рейли сұйық тамшының жеткізе алатын зарядының ең жоғары мөлшерін теориялық тұрғыдан бағалады; бұл қазір "Рейли шегі" деп аталады. Оның бұл шекке жеткен тамшыдан сұйық заттардың ұсақ-түйек ұшқыштары шығады деген болжамдары 100 жылдан астам уақыт өткен соң тәжірибе жүзінде расталды. 1914 жылы Джон Зелени шыны капиллярлардың соңында сұйықтық тамшыларының мінез-құлқы туралы еңбек жариялады. Бұл баяндамада бірнеше электрлік спрейдің жұмыс режимдері (тұндыру, жарылу, импульсивті және конус ағыны) үшін тәжірибелік дәлелдер келтірілген. Бірнеше жылдан кейін Зелены динамикалық сұйық менсикустың алғашқы уақыт аралығындағы суреттерін түсірді. 1964 және 1969 жылдар аралығында сэр Джеффри Инграм Тейлор электрошпрингтің теориялық негізін шығарды. Тейлор электр өрісінің әсерінен сұйықтық тамшысының қалыптасқан конусының пішінін үлгіледі; бұл сипаттамалық тамшы пішіні қазір Тейлор конусы деп аталады. Ол сонымен қатар Ж. Р. Мелчермен бірге сұйықтықтарды өткізу үшін "жарық диэлектрлік модельді" жасады. Электроспай туралы жарияланымдар саны 1990 жылы Джон Фенн (2002 жылы химия бойынша Нобель сыйлығы) және басқалар массалық спектрометрия үшін электроспай иондауын ашқан кезде айтарлықтай өсе бастады (оң жақтағы суретте көрсетілгендей).
Механизм
Талқылауды жеңілдету үшін келесі абзацтарда металл эмиттерілгішке жоғары кернеуді қолданатын оң электрлі спрей жағдайы қарастырылады. Электропырқатудың классикалық жүйесі қарастырылады, эмиттер жерге қосылған қарсы электродтан алыста орналасқан. Сырқалатын сұйықтық оның тұтқырлығы , беткі кернеуі , өткізгіштігі және салыстырмалы рұқсат етуімен сипатталады .
Сұйық менсиске кіші электр өрістерінің әсері
Жер бетіндегі кернеудің әсерінен сұйық менсиск сәуле шығарушының ұшында жартылай шар тәрізді болады. Оң кернеуді қолдану электр өрісін тудырады: сұйықтық қисықтық радиусы қайда? Бұл өріс сұйықтық полярлануына әкеледі: теріс / оң заряд тасымалдаушылар кернеу қолданылатын электродқа қарай / алысқа қарай көшіреді. Белгілі бір шектен төмен кернеу кезінде сұйықтық кішігірім қисықтық радиусымен жаңа тепе-теңдік геометриясына тез жетеді.
where is the liquid radius of curvature. This field leads to liquid polarization: the negative/positive charge carriers migrate toward/away from the electrode where the voltage is applied. At voltages below a certain threshold, the liquid quickly reaches a new equilibrium geometry with a smaller radius of curvature.
Тейлор пішіні
Шекті деңгейден жоғары кернеулер сұйықтықты конус түріне тартады. Сэр Джеффри Инграм Тейлор (1) конустың бетін эквипотенциалдық бет деп және (2) конустың тұрақты күйдегі тепе-теңдікте екенін болжау негізінде осы конустың теориялық пішінін сипаттады. Анықталмаған символдар сипаттамалық ұзындықты және вакуумдық рұқсат етуді білдіреді. Өзіндік варикозды тұрақсыздыққа байланысты конус шыңы арқылы шығарылған зарядталған сұйық ұшқыр шағын зарядталған тамшыларға бөлініп, олар кеңістіктегі зарядпен радиалды таралады.
Электрлік схеманы жабу
Зарядталған сұйықтық конус шыңы арқылы шығарылады және қарсы электродада зарядталған тамшылар немесе оң иондар ретінде ұсталады. Зарядтың жоғалуын теңестіру үшін артық теріс заряд электр химиялық жолмен сәуле шығарушыда бейтараптандырылады. Электрохимиялық жолмен пайда болған заряд мөлшері мен конус шыңында жоғалған заряд мөлшері арасындағы тепе-теңдіктің бұзылуы бірнеше электр шашырату режимін жүргізуге әкелуі мүмкін. Конус реактивті электр шашырауыштары үшін металл/сүт интерфейсіндегі потенциал конус шыңы арқылы жоғалған зарядтың бірдей мөлшерін өндіру үшін өзін-өзі реттейді.
Электроспрей арқылы иондау
Электроспай ірі биомолекулаларды талдау үшін ион көзін Фенн тобы табысты көрсеткеннен кейін массалық спектрометрия үшін иондау көзі ретінде кеңінен қолданыла бастады.
Сұйық металл иондары көзі
Сұйық металл иондар көзі (LMIS) иондарды қалыптастыру үшін сұйық металлмен бірге электроспрейді қолданады. Иондар Тейлор конусының ұшында өрістің булануы нәтижесінде пайда болады. LMIS-тен алынған иондар ионды имплантацияда және фокус етілген иондық сәулелік аспаптарда қолданылады.
Электрлік спиннинг
Стандартты электроспрейге ұқсас, полимерлік ерітіндіге жоғары кернеуді қолдану конус тәрізді геометрияның пайда болуына әкелуі мүмкін. Егер ұшқыр ұсақ тамшыларға бөлінбей, өте ұсақ талшықтарға айналса, бұл процесс электроспинн деп аталады.
Коллоидты қозғалтқыштар
Электроспай әдістері спутниктерді басқару үшін төменгі қозғалтқышты электрлік қозғалтқыш ретінде қолданылады, өйткені ұсақ бақыланатын бөлшектердің шығарылуы дәл және тиімді қозғалтқышты қамтамасыз етеді.
Наноқұрылымдар үшін бөлшектерді жинақтау
Электроспай нанотехнологияда, мысалы, бір бөлшектерді беттерге салу үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл үшін орта есеппен бір тамшыдан бір ғана бөлшекті құрайтын коллоидтар бүркіледі. Еріткіш буланып, қажетті типтегі жеке бөлшектерден тұратын аэрозоль ағыны қалдырылады. Процесстің иондау қасиеті қолдану үшін маңызды емес, бірақ бөлшектердің электростатикалық тұнбалануында қолданылуы мүмкін.
Нанобөлшектер мен наноструктуралар үшін иондарды прекурсор ретінде жинақтау
Нанобөлшектерді және наноқұрылыстарды нанобөлшектерді және наноқұрылыстарды лақтырудың орнына металл иондарын қажетті орындарға лақтырып, ин-ситуда жасауға болады. Наноқұрылымның пайда болу механизмі иондарды атомдарға электр химиялық жолмен азайту және ин-ситу құрастыру деп саналады.
Дәрілік зат тасымалдаушыларды өндіру
Электроспай дәрі-дәрмектерді жеткізу саласында көп көңіл бөлді және ол дәрі-дәрмектерді тасымалдаушыларды, соның ішінде иммунотерапияда қолданылатын полимерлік микробөлшектерді, сондай-ақ нуклеин қышқылын жеткізу үшін қолданылатын липоплекстерді жасау үшін пайдаланылды. Электроспай арқылы пайда болған микрометрге дейінгі мөлшердегі дәрілік заттардың еріу жылдамдығы жоғары, сондықтан олардың бионауықтылығы өскен бетінің ауданына байланысты жоғарылайды. Осылайша дәрілердің жанама әсерлерін азайтуға болады, өйткені бірдей әсер үшін кішігірім доза жеткілікті.
Ауа тазартқыштар
Кейбір ауа тазартқыштарда электроспрей қолданылады. Ауада ұшып жүрген бөлшектерді аэрозольдік электроспрей арқылы зарядтауға, электр өрісімен басқаруға және жерге қосылған электродқа жинауға болады. Бұл тәсіл ауа тазартқыштарының басқа түрлеріне тән озон өндірісін азайтады.