Визначення та пояснення електрофорезу

Електрофорез — це термін, який використовується для опису руху частинок у гелі або рідині у відносно однорідному електричному полі. Електрофорез можна використовувати для розділення молекул на основі заряду, розміру та спорідненості зв’язування. Техніка в основному застосовується для розділення та аналізу біомолекул, таких як ДНК , РНК, білки, нуклеїнові кислоти , плазміди та фрагменти цих макромолекул . Електрофорез є одним із методів, який використовується для ідентифікації вихідної ДНК, як у тестуванні на батьківство та судово-медичній експертизі.

Електрофорез аніонів або негативно заряджених частинок називається анафорезом . Електрофорез катіонів або позитивно заряджених частинок називається катафорезом .

Електрофорез вперше спостерігав у 1807 році Фердинанд Фредерік Ройс з Московського державного університету, який помітив, що частинки глини мігрують у воді під дією постійного електричного поля.

Ключові висновки: електрофорез

• Електрофорез — це техніка, яка використовується для розділення молекул у гелі або рідині за допомогою електричного поля.
• Швидкість і напрямок руху частинок в електричному полі залежить від розміру молекули та електричного заряду.
• Зазвичай електрофорез використовують для розділення макромолекул, таких як ДНК, РНК або білки.

Як працює електрофорез

В електрофорезі є два основні фактори, які контролюють, наскільки швидко може рухатися частинка та в якому напрямку. По-перше, заряд на вибірці має значення. Негативно заряджені види притягуються до позитивного полюса електричного поля, тоді як позитивно заряджені види притягуються до негативного кінця. Нейтральний вид може бути іонізованим, якщо поле досить сильне. В іншому випадку це не схильне до впливу.

Іншим фактором є розмір частинок. Малі іони та молекули можуть рухатися крізь гель або рідину набагато швидше, ніж більші.

Хоча заряджену частинку притягує протилежний заряд в електричному полі, існують інші сили, які впливають на рух молекули. Тертя та електростатична сила уповільнення просування частинок через рідину або гель. У разі гель-електрофорезу можна контролювати концентрацію гелю, щоб визначити розмір пор гелевої матриці, що впливає на рухливість. Також присутній рідкий буфер , який контролює рН середовища.

Коли молекули протягуються через рідину або гель, середовище нагрівається. Це може денатурувати молекули, а також вплинути на швидкість руху. Напруга контролюється, щоб спробувати мінімізувати час, необхідний для розділення молекул, зберігаючи при цьому гарне розділення та зберігаючи хімічні види незмінними. Іноді для компенсації тепла електрофорез проводять у холодильнику.

Види електрофорезу

Електрофорез охоплює кілька споріднених аналітичних методів. Приклади:

• афінний електрофорез – афінний електрофорез – це тип електрофорезу, під час якого частинки розділяють на основі утворення комплексу або біоспецифічної взаємодії
• Капілярний електрофорез – Капілярний електрофорез – це тип електрофорезу, який використовується для розділення іонів залежно головним чином від атомного радіуса, заряду та в’язкості. Як випливає з назви, ця техніка зазвичай виконується в скляній трубці. Це дає швидкі результати та високу роздільну здатність.
• Електрофорез у гелі – Електрофорез у гелі є широко використовуваним типом електрофорезу, при якому молекули розділяють шляхом руху через пористий гель під впливом електричного поля. Двома основними гелевими матеріалами є агароза та поліакриламід. Гель-електрофорез використовується для розділення нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), фрагментів нуклеїнових кислот і білків.
• імуноелектрофорез . Імуноелектрофорез — це загальна назва різноманітних електрофоретичних методів, які використовуються для визначення характеристик і розділення білків на основі їх реакції на антитіла.
• електроблоттинг – електроблоттинг – це техніка, яка використовується для відновлення нуклеїнових кислот або білків після електрофорезу шляхом їх перенесення на мембрану. Зазвичай використовуються полімери полівініліденфторид (PVDF) або нітроцелюлоза. Після того, як зразок було вилучено, його можна додатково проаналізувати за допомогою плям або зондів. Вестерн-блот — це одна з форм електроблотингу, яка використовується для виявлення специфічних білків за допомогою штучних антитіл.
• гель-електрофорез в імпульсному полі. Електрофорез в імпульсному полі використовується для розділення макромолекул, наприклад ДНК, шляхом періодичної зміни напрямку електричного поля, прикладеного до гелевої матриці. Причина зміни електричного поля полягає в тому, що традиційний гель-електрофорез не здатний ефективно розділити дуже великі молекули, які мають тенденцію мігрувати разом. Зміна напрямку електричного поля дає молекулам додаткові напрямки руху, тому вони мають шлях через гель. Напруга, як правило, перемикається між трьома напрямками: один проходить уздовж осі гелю і два під кутом 60 градусів в обидві сторони. Хоча процес займає більше часу, ніж традиційний електрофорез у гелі, він краще відокремлює великі фрагменти ДНК.
• ізоелектричне фокусування . Ізоелектричне фокусування (IEF або електрофокусування) є формою електрофорезу, який розділяє молекули на основі різних ізоелектричних точок. IEF найчастіше виконується на білках, оскільки їх електричний заряд залежить від рН.

Що в розетці: чому електроенергія така зручна і як вона працює

Чому саме електроенергія стала такою поширеною, що робить її зручною для нашого використання та яка її природа?

Цей матеріал створено за підтримки бренду YASNO, який постачає електроенергію більш як трьом мільйонам українців. Ми звикли, що електрика у розетках є завжди. Та обстріли енергетичної системи показали, що це не так. Проте завдяки зусиллям енергетиків українські домівки отримували струм навіть у найважчі часи. У цій серії подкастів разом з YASNO ми пояснюємо, як працює енергосистема України й чому без електроенергії неможливий сучасний світ.

Бенджамін Франклін був не лише одним із батьків-засновників США, а й талановитим і відважним винахідником. Завдяки його працям введене загальноприйняте позначення електрично заряджених станів «+» та «-», створений проєкт блискавкозахисту, електричного двигуна, вперше використана електрична іскра для займання пороху і здійснено чимало інших відкриттів.

У середині XVIII століття Франклін провів цілу низку небезпечних експериментів з блискавками, які допомогли зрозуміти електричну природу цього явища. Один із найвідоміших — запуск повітряного змія під час грози з металевим ключем, прив’язаним до його хвоста змоченою лляною ниткою . Коли блискавка вдарила в ключ, вчений зміг зафіксувати електричний розряд між електропровідною ниткою та землею. Цей експеримент підтвердив, що блискавки — це електричні розряди, які виникають через накопичення статичної електрики в атмосфері.

Електроенергія може траплятися в природі не лише як блискавки. Наприклад, електричний вугор вміє генерувати потужні електричні розряди — так він захищається від хижаків і здобуває їжу. До того ж зі школи нам відомий приклад електризації ебонітових паличок, потертих шерстяною сукенкою.

Після відкриття електричної природи блискавок науковці стали активно досліджувати явище електроенергії, і з розвитком техніки людство навчилося видобувати її з різних джерел: від генераторів на гідроелектростанціях до сучасних сонячних панелей. Однак все починалося з простих батарейок, які винайшов Алессандро Вольта в 1800 році. Вольта був італійським вченим, який відкрив електричний струм шляхом створення першого хімічного джерела струму — вольтового стовпчика. Він склав ряд оксидованих мідних та цинкових пластин, розділених солоними серветками. Цей простий пристрій став основою для багатьох наступних електричних джерел живлення, а на честь Алессандро названа одна з метричних одиниць вимірювання напруги — Вольт.

Що таке електроенергія

Електрична енергія виникає внаслідок напрямленого руху заряджених частинок — електронів або іонів. Електрони є найменшими негативно зарядженими частинками, які розташовані навколо позитивно зарядженого ядра атома, тоді як іони — це атоми або молекули, які втратили або отримали електрони й набули електричного заряду.

Електрична енергія легко передається на великі відстані за рахунок використання змінного струму та трансформаторів, які дозволяють збільшувати або зменшувати напругу цього струму. На електростанціях використовують трансформатори для збільшення напруги перед передачею електроенергії по високовольтних лініях. Висока напруга забезпечує менший опір, а отже, і менші втрати енергії через тепло, що утворюється в провідниках. Коли електроенергія доходить до споживача, інші трансформатори знижують напругу до безпечних рівнів для споживання в промисловості, комерції та в домівках.

У нас вдома електрична енергія може легко перетворюватися на інші види. Наприклад, світлову енергію отримуємо, коли струм проходить через лампочку розжарювання: електрони зіштовхуються з атомами вольфрамової нитки, змушуючи їх збуджуватися та випромінювати світло (наразі, втім, це не найбільш енергоефективне рішення). Електрична енергія стає тепловою, в електричних плитах або обігрівачах: вони використовують опір матеріалу, через який проходить струм. Коли струм проходить крізь нагрівальний елемент, електрони зіштовхуються з атомами, передаючи свою енергію та підвищуючи температуру матеріалу.

Електрична енергія може перетворюватися навіть на механічну: наприклад, коли електричні елементи змушують працювати ротор двигуна — його обертальну частину. Це досягається за допомогою магнітного поля, яке виникає, коли струм проходить через обмотки двигуна. Магнітне поле ротора взаємодіє з магнітами на статорі — нерухомій частині двигуна, — створюючи обертальний момент та рух.

AC/DC

Томас Едісон та Нікола Тесла були ключовими — і чи не найвідомішими — діячами у розвитку електроенергетики. Вони розробили різні методи передачі електричної енергії: Едісон пропагував постійний струм (DC), а Тесла — змінний (AC). І справді, системи на основі змінного струму виявилися більш ефективними та безпечними для передачі електроенергії на великі відстані. Адже, як ми вже знаємо, він легко конвертується за допомогою трансформаторів. З постійним струмом так не вдавалося.

Протистояння між Теслою та Едісоном, відоме як війна струмів, стало одним з найбільш драматичних епізодів у історії науки. Його огортають безліч міфів і сумнівних здогадок, а про війну струмів зняли з десяток документальних і художніх фільмів. Однак обидва вчені працювали над відкриттями, які зробили наш світ кращим. Вони довели, що електричний струм має польову природу (про неї — трішки далі) та може передаватися через електромагнітні поля, відкривши можливості для розвитку радіо, телебачення та бездротової передачі енергії. Саме «едісонів» постійний струм, наприклад, використовується в батарейках. Його часто застосовують в автомобілях: так працюють зокрема стартер, генератор, світло, радіо, системи охолодження й опалення машини. Навіть сонячні панелі перетворюють сонячне світло на постійний струм.

Натомість «теслів» змінний струм живить більшість побутових пристроїв — скажімо, холодильники чи телевізори. Йому ми завдячуємо освітленням та розеткам.

Є й пристрої, які спочатку працюють на змінному струмі з мережі, але мають вбудований перетворювач змінного струму на постійний. Наприклад, зарядні пристрої та адаптери живлення для мобільних телефонів і ноутбуків підключаються до мережі змінного струму й перетворюють його на постійний, бо саме він потрібен для заряджання акумуляторів, живлення принтерів, модемів тощо.

Підписатися на Куншт

Польова природа електричного струму

Не варто вважати, що електричний струм подібний до води у водогоні. Хоча така аналогія допомагає краще сприймати дію деяких фізичних законів, проте його природа значно ширша, і струм виявляє також польові властивості.

Польова природа електричного струму полягає в тому, що він виникає та передається через взаємодію електричних і магнітних полів. Ці поля виникають внаслідок взаємодії заряджених частинок та їх руху в провіднику.

Коли заряджені частинки, зокрема електрони, рухаються у провіднику, вони створюють навколо себе електричне поле. Це поле впливає на інші заряджені частинки поблизу, притягуючи або відштовхуючи їх. Своєю чергою, рух заряджених частинок у провіднику спричиняє появу магнітного поля. Електричні та магнітні поля тісно пов’язані між собою і разом створюють електромагнітне поле, яке передає енергію від джерела струму до споживача.

Цікаво, що енергію передають самі поля, а не носії заряду. Тобто електрони лише допомагають створити поле, але не переносять енергію від джерела до споживача. Завдяки цьому швидкість передачі дорівнює швидкості світла.

Отже, коли носії заряду рухаються у провіднику, вони створюють навколо себе електромагнітне поле. Це поле може взаємодіяти з іншими зарядами або провідниками, передавати енергію на відстань і створювати струм в інших провідниках. Так передавання енергії може здійснюватися без фізичного контакту між джерелом та споживачем.

Завдяки польовій природі струму можливе явище електромагнітної індукції. Це створення електричного струму в провіднику завдяки зміні магнітного поля навколо нього. Його відкрив Майкл Фарадей у 1831 році, і воно стало основою для генерації та передачі електричної енергії в сучасному світі.

Електромагнітна індукція відбувається, коли магнітне поле, що оточує провідник, змінюється з часом. Зміна магнітного поля може виникати внаслідок руху магніта відносно провідника, руху провідника відносно магнітного поля або зміни інтенсивності магнітного поля навколо провідника. Коли магнітне поле змінюється, в провіднику виникає електрорушійна сила, яка змушує електрони рухатися і створює електричний струм.

Одним з найвідоміших прикладів електромагнітної індукції є генератор, який перетворює механічну енергію на електричну. У генераторі обертання магніта відносно провідника або провідника відносно магніта змушує магнітне поле змінюватися з часом, викликаючи електромагнітну індукцію та створення електричного струму. Так електромагнітна індукція дозволяє перетворити механічну енергію отриману з вітру, водоспадів або парових турбін, на електричну.

Електроенергія оточує нас скрізь. Ми так звикли до неї, що часто не помічаємо, наскільки ці здобутки поколінь учених інтегрувалися в наше життя. Проте вивчаючи природу й особливості цього явища, можна спростити своє життя і краще зрозуміти світ, у якому ми живемо.

Новий ринок електроенергії. Що треба знати бізнесу і населенню

Запуск нового ринку електроенергії з 1 липня, як було передбачено раніше, завис у повітрі. З кожним днем виникає все більше питань.

Своє занепокоєння вже висловили ледь не всі міжнародні партнери України. Серед них — Європейський банк реконструкції та розвитку, Світовий банк, представництво Європейського Союзу.

Навіть РНБО та СБУ попередили про загрозу національній безпеці у разі запуску нового ринку з 1 липня. Консенсусу щодо нової дати поки нема. Пролити світло на це питання представники нової влади обіцяють невдовзі.

Тимчасом “Економічна правда” спільно з “Торговою електричною компанією” продовжує реалізацію спецпроекту, основна мета якого — доступною мовою пояснити споживачам складні речі, пов’язані із запуском нового ринку.

Разом з директором ТЕК видання розповіло, коли компанія з’явилася на українському ринку, як вона стала одним з найбільших постачальників, чому бізнес вирішив довіритися саме їм і що буде з компанією через десять років.

У другому матеріалі йдеться про те, як працював ринок раніше, що змінилося після реалізації першого етапу реформи, який почався 1 січня, як ситуація зміниться після повноцінного запуску та якими будуть ціни для бізнесу і населення.

Як “ринок” працював раніше?

Ринок електроенергії в Україні працює за моделлю єдиного “казана”. Усі генеруючі компанії продають електроенергію держпідприємству “Енергоринок” за встановленою державою ціною. Для кожного виробника встановлена окрема ціна.

В “Енергоринку” електрику викуповують розподільчі компанії — так звані обленерго. Вони постачають її споживачам за регульованим тарифом. Більшість обленерго є приватними і належать представникам великого бізнесу. Держава має свою частку у низці підприємств.

За нерегульованим тарифом працює вузьке коло компаній, які купують і продають електрику за договірною ціною. Більш детально про регульований і нерегульований тариф — нижче.

Для населення діє пільгова ціна, вона нижча за ринкову. Уся різниця лягає на плечі промисловості.

За такої моделі гроші від споживача до виробника йдуть вгору по ланцюжку: від споживачів до обленерго і потім до “Енергоринку”. Після цього кошти розподіляються між виробниками та оператором магістральних мереж — держкомпанією “Укренерго”.

Як встановлювалися тарифи на електроенергію раніше?

Раніше тарифи на електроенергію для бізнесу встановлювалися за середньозваженими показниками щогодинного споживання в кожній області.

Тобто підприємства на території певної області отримували усереднений тариф незалежно від того, працювали вони у пікові години, коли вартість електричної енергії на оптовому ринку максимальна, чи цілодобово, коли вартість для них була значно нижча.

Ще діяв дотаційний тризонний тариф, проте він був економічно цікавим тільки вузькому колу споживачів.

Що змінилося після 1 січня?

1 січня 2019 року відбулася перша частина реформи ринку електроенергії — реформа роздрібного ринку. Мається на увазі та частина, яка працює з кінцевими споживачами.

Крім того, з 1 січня 2019 року обленерго розділилися на дві частини.

Перша — оператор системи розподілу. Вона займається передаванням електроенергії будь-якого постачальника до його споживача за фіксованими, регульованими державою тарифами.

Друга — компанія-постачальниця, яка гарантує продаж електроенергії населенню за фіксованими, регульованими державою цінами, а також разом з іншими компаніями-постачальницями на ринку веде конкурентну боротьбу за клієнтів — промислових споживачів. Інструментами боротьби є нижча ціна, графік оплати, сервіс.

Вартість електроенергії для промисловості відтепер не регулюється державою, а будь-який споживач із засобами погодинного обліку, а таких багато, економічно мотивований зміщувати своє споживання з пікових вечірніх годин на денні або нічні. Це — позитивний крок.

Що повинно змінитися після повноцінного запуску?

З 1 липня повинен відбутися запуск другої частини ринку електроенергії — реформа оптової частини ринку.

Після цього зміняться правила роботи для генеруючих компаній. Зокрема, ціни для АЕС та ГЕС буде встановлювати ринок, а не держава, а вугільна генерація не буде обґрунтовувати НКРЕ ціни на вугілля, яке спалює.

Постачальники зможуть домовлятися з генеруючими компаніями щодо різних графіків оплати за електроенергію. Крім того, в учасників оптового ринку виникне фінансова відповідальність за дотримання обсягів викупленої у генерації і поставленої споживачам енергії.

Як буде формуватися ціна на електроенергію в умовах нового ринку?

Ціна в новому ринку формуватиметься з урахуванням обсягів споживання енергії, графіків розрахунків та платіжної дисципліни, споживання електроенергії в розрізі доби. Вночі існує певний профіцит електроенергії, тому в нічні години вона дешевша.

Що таке постачальник останньої надії?

Це своєрідна подушка безпеки. Цей постачальник автоматично постачатиме електроенергію добросовісному споживачу, якщо з його постачальником щось трапиться.

Це означає, що такі добросовісні споживачі на період пошуку нового постачальника не залишаться без електроенергії. Єдиний нюанс — такі споживачі можуть отримувати струм за доволі високими цінами.

Що таке ринок “двосторонніх договорів”, ринок “на добу наперед”, “внутрішньодобовий ринок”?

Це ринки, де за допомогою різних інструментів будуть взаємодіяти виробники електроенергії, трейдери та постачальники.

Так, за допомогою ринку “двосторонніх договорів” кожен постачальник зможе купувати струм відразу в електростанції на договірних умовах.

Ринок “на добу наперед” та “внутрішньодобовий ринок” — це біржі електроенергії, куди генеруючі компанії змушені продавати частину виробленої електроенергії.

Що таке “балансуючий ринок”?

Це інструмент, за допомогою якого зводиться баланс між заздалегідь купленим обсягом електроенергії на біржах та за прямими договорами з генерацією, а також фактично спожитою електроенергією.

Якщо постачальник придбав на біржі певну кількість електроенергії, а його споживачі взяли більше, дефіцитний обсяг буде автоматично проданий такому постачальнику. Ціни, ймовірно, будуть вище ринкових.

Що новий ринок змінить для виробників, постачальників, споживачів (бізнесу та населення)?

Населення в Україні є дотаційною частиною споживачів та істотних змін не відчує.

Іншим споживачам доведеться будувати точні прогнози споживання, постачальникам — індивідуально підходити до кожного клієнта, враховуючи сезонне та добове споживання, генеруючим компаніям — конкурувати між собою у виробництві.

Що буде з “Енергоринком”?

Він буде реформований. На його базі створять підприємство “Гарантований покупець”, яке буде гарантовано купувати електроенергію у “зеленої” генерації. Також на базі “Енергоринку” працюватимуть ринок на добу наперед та внутрішньодобовий ринок, тобто біржа.

Які ризики закладені у новому ринку електроенергії?

Найбільша невирішена проблема — надання коректних погодинних даних щодо споживачів кожного постачальника, адже при некоректних даних щодо споживання електроенергії протягом доби постачальники багато втрачатимуть при компенсуванні небалансів.

Ціни на оптовому ринку електроенергії змінюються щогодинно, тому вкрай необхідно розуміти, скільки підприємство спожило енергії в конкретну годину: вночі, коли струм найдешевший, або вдень, коли дорогий.

Для яких гравців ринку яка модель більш зручна та вигідна?

Нова модель стимулює конкуренцію, тому вона вигідна для гнучких та прогресивних гравців — виробників, постачальників, споживачів.

Компанії з консервативним підходом можуть втратити свої позиції на ринку.