电泳(Electrophoresis)(来源于希腊语“Hλεκτροφόρηση”，意为“携带电子”)是指分散质粒子在空间匀强电场影响下相对于流体的运动。[1][2][3][4][5][6][7]正电荷粒子(阳离子)的电泳有时被称为阳离子电泳法，而负电荷粒子(阴离子)的电泳有时被称为阴离子电泳。
这种电动现象是在1807年由俄罗斯教授彼得·伊万诺维奇·斯特拉霍夫(Peter Ivanovich Strakhov )和费迪南·弗雷德里克·鲁伊斯(Ferdinand Frederic Reuss)在莫斯科国立大学首次观测到，[8]他们注意到利用稳恒电场能使分散在水中的粘土颗粒发生迁移。电泳本质上是由粒子表面和周围流体之间存在的带电界面引起的。它是根据粒子大小、电荷或亲和力进行分子分离的化学分析技术的基础。
电泳在实验室中用于不同尺寸的大分子的分离。这一技术通过施加负电荷使蛋白质向正电荷移动。电泳广泛应用于脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和蛋白质分析。
由于受表面吸附物种的强烈影响，悬浮颗粒会带有表面电荷，[9]外部电场则在上面施加静电库伦力。根据双电层理论，流体中的所有表面电荷都会被离子扩散层屏蔽，该离子层具有与表面电荷相同的绝对电荷但符号相反。电场也会对扩散层中的离子施加力，但力的方向与作用在表面电荷上的方向相反。后一种力实际上并没有施加到颗粒上，而是施加到距离颗粒表面一定距离处的扩散层中的离子，并且一部分力通过粘性应力一直传递到颗粒表面 。这部分力也被称为电泳阻滞力。当施加电场并且待分析的带电粒子稳定移动通过扩散层时，总合力为零:
考虑到分散剂的粘度对运动颗粒的阻力，在低雷诺数和中等电场强度下，分散质粒子的漂移速度v 与施加的电场E 存在简单的比例关系，因此我们将电泳迁移率 μe定义为:
最广为人知并广泛使用的电泳理论是由斯摩鲁霍夫斯基（Smoluchowski）于1903年发展起来的:[10]
其中εr是分散介质的介电常数，ε0是真空介电常数（C² N−1 m−2），η是分散介质的动力粘度（Pa s），ζ为电动电势（即双电层中剪切面的电动电势，单位为mV或V）。
斯摩鲁霍夫斯基（Smoluchowski）理论非常强大，因为它适用于任何形状、任何浓度的分散质粒子。但它的有效性受到一些限制。由于它不包括德拜长度 κ-1(单位为m)，而德拜长度对电泳很重要，如右图所示，增加双电层（DL）的厚度会导致粒子表面阻滞力点进一步的移动。双电层（DL）越厚，阻滞力会越小。
详细的理论分析证明斯摩鲁霍夫斯基（Smoluchowski）理论仅适用于足够薄的双电层（DL），此时粒子半径a 比德拜长度要大得多:
这种“薄双电层”模型不仅为电泳理论，也为许多其他电动理论提供了极大的简化。该模型适用于大多数水溶液体系，这些体系中德拜长度通常只有几个纳米。只有在离子强度接近水的纳米胶体溶液中，该模型不适用。
斯摩鲁霍夫斯基（Smoluchowski）理论也忽略了表面电导率的影响。在现代理论中可视为杜坎数（Dukhin number）很小条件下的表达形式:
为了扩大电泳理论的有效性范围，相反的渐近情况也被考虑，即当德拜长度大于粒子半径时:
在“厚双电层”的情况下，休克尔（ Hückel）[11]预测电泳迁移率存在以下关系:
该模型可用于一些纳米粒子和非极性流体，这些体系的德拜长度比通常情况下大得多。
奥弗贝克（Overbeek）[12]和布斯（Booth）[13]开创了几种结合了表面电导率并消除杜坎数（Dukhin number）很小的条件约束的分析理论。现代严格的理论可以适用于任何ζ电势条件，通常也适用于任何aκ 值的体系，这主要来源于杜坎-塞姆尼克欣（Dukhin–Semenikhin）理论。[14]在薄双电层条件限制下，这些理论验证了奥布莱恩（O'Brien）和怀特（White）所提出问题的数值解。[15]
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