28、等速电泳分析物分离的数值研究-优快云博客

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等速电泳分析物分离的数值研究

1. 等速电泳简介

等速电泳（ITP）过程中，离子堆叠之间会形成一个清晰的界面，在这个界面处会出现离子浓度和电场的急剧梯度变化，这个区域被称为 ITP 过渡区。精确解析这样的过渡区是 ITP 建模中的一个挑战，不过它在多个技术领域有着重要应用。

此前，有不少学者对 ITP 进行了研究。Kohlarusch 首次通过引入调节函数提出了 ITP 的数学公式，该函数将具有相同反离子的两种不同离子界面处的电场联系起来。后来，许多理论研究致力于理解 ITP 以及解析过渡区。Bercovici 等人将 ITP 传输描述为类似于气体动力学中激波传播的现象。近年来，也出现了各种用于一维 ITP 计算的高分辨率模拟器，如 Hruska 等人开发的 SIMUL5。

本文主要计算了矩形通道内离子的二维瞬态 ITP。离子的传输由能斯特 - 普朗克方程控制，电场（或电流密度）由电荷守恒方程和电中性条件确定。研究中忽略了壁面 ζ 电位引起的离子电渗现象，因为均匀的电渗速度不会在 ITP 中产生弥散。控制方程通过有限体积法进行离散，对流和电迁移项采用 QUICK 迎风算法离散。通过与两种电解质 ITP 的解析解进行比较，验证了算法的准确性，该数值方法能够有效解析离子的界面区域，并给出了瞬态 ITP 和稳态 ITP 在峰模式和平台模式下的分离解，还研究了样品离子的堆叠及其对迁移率和其他参数的依赖性。