Rev. Phys. Appl. (Paris) 16, 19-33 (1981)
DOI: 10.1051/rphysap:0198100160201900

Diffusion quasiélastique de la lumière sous champ électrique : mobilité électrophorétique et charge apparente des macromolécules

M. Drifford, R. Menez, P. Tivant, P. Nectoux et J.P. Dalbiez

Département de Physico-Chimie, Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay, 91190 Gif/Yvette, France

Abstract
Quasielastic light scattering in an electric field (DQLCE) is employed to determine the transport properties of several charged macromolecules. The electrophoretic mobility of the macroions is derived from the Doppler shift of the Rayleigh line. The apparent charge of the polyions is given by the Nernst-Einstein relation when the translational diffusion coefficient is known. This quantity characterizes the Coulomb interactions and enables the condensation and substitution phenomena to be studied for counter-ions of various valencies. In a first part, we give the main principles of DQLCE and we define the concepts of ionic strength and apparent charge related to the electrophoretic mobility. Then we describe the apparatus and particularly the specific features of the electrophoretic cell and voltage timing device. The characteristics of the macromolecules we have studied are given next : bovin serum albumin (BSA) ; deoxyribonucleic acid (DNA) ; chondroitin sulfate (ChSO4Na) and two synthetized polyelectrolytes : polymethacrylic acid (PMA) and a copolymer of maleic acid and ethyl vinyl ether. The variations of their mobility with the conditions existing in the medium (concentration of the electrolyte, mass and concentration of the polyions, pH of the solution) are discussed.

Résumé
La diffusion quasiélastique de la lumière sous champ électrique (DQLCE) est présentée pour permettre de déterminer les propriétés de transport de différentes macromolécules chargées. La mobilité électrophorétique des macroions est déduite du déplacement Doppler de la raie Rayleigh. La charge apparente des polyions est calculée à partir de la loi de Nernst-Einstein connaissant leur coefficient de diffusion translationnel. Cette grandeur est caractéristique des interactions coulombiennes au sein de la solution et permet d'étudier les phénomènes de condensation et de substitution de contre-ions de valences différentes. Dans une première partie, nous donnons le principe de la DQLCE, et précisons les notions de force ionique et de charge apparente reliées à la mobilité électrophorétique. Nous décrivons ensuite l'appareillage en insistant sur les spécificités de la cellule électrophorétique et du générateur séquentiel de tension. Les macromolécules étudiées sont alors caractérisées : l'albumine de sérum bovin (BSA), l'acide désoxyribonucléique (ADN) ; le sulfate de chondroïtine (ChSO4Na) ; et deux polyélectrolytes synthétiques : l'acide polyméthacrylique (PMA) et un copolymère d'acide maléique et d'éthyl vinyl éther. Enfin nous discutons de l'évolution de leur mobilité en fonction des conditions du milieu (concentration en électrolyte, concentration et masse des polyions, pH de la solution).

PACS
6610E - Ionic conduction in liquids.
7820J - Electro optical effects condensed matter.
7835 - Brillouin and Rayleigh scattering: other light scattering condensed matter.
8245 - Electrochemistry and electrophoresis.

Key words
electro optical effects -- electrolytes -- electrolytic ion mobility -- electrophoresis -- macromolecules -- polymers -- Rayleigh scattering -- electric field -- apparent charge -- transport properties -- charged macromolecules -- electrophoretic mobility -- macroions -- Doppler shift -- Rayleigh line -- polyions -- Nernst Einstein relation -- translational diffusion coefficient -- ionic strength -- electrophoretic cell -- voltage timing device -- bovin serum albumin -- deoxyribonucleic acid -- DNA -- chondroitin sulfate -- ChSO sub 4 Na -- synthetized polyelectrolytes -- polymethacrylic acid -- PMA -- copolymer -- maleic acid -- ethyl vinyl ether -- quasielastic light scattering