Influence of weak groups on polyelectrolyte mobilities
Influence of weak groups on polyelectrolyte mobilities
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弱基团对聚电解质迁移率的影响
DOI：
10.1002/elps.201800346
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
2.9
通讯作者：
Christian Holm
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
David Sean;Jonas Landsgesell;Christian Holm
弱聚电解质中可解离基团的电离不是以均匀的方式发生的。分子连接性对影响局部电势的解离（带电）单体的局部化施加约束。因此，平均裸电荷沿着弱电荷可以根据与拓扑特征的接近度（例如，交联或悬挂末端的存在）而变化。使用反应系综Monte Carlo模拟，我们计算了几个选定的PE配置，线性，棒状，灵活的四臂星星，和一个星星与刚性臂的解离不均匀性。系综preaverage是用来获得这些不同的聚合物配置的退火裸电荷分布。使用分子动力学模拟的晶格玻尔兹曼流体中，我们研究了如何电泳迁移率的影响所产生的退火弱聚电解质的裸电荷不均匀性。令人惊讶的是，对应于退火弱聚电解质的预测电荷分布的情况下获得的迁移率与当所有单体具有相同电荷时获得的迁移率没有显著不同（在总的无电荷电荷相同的约束下）。对于刚性棒状变体也是如此，其中由单体电荷定位诱导的构象变化可忽略不计。在盐溶液中，我们发现反离子会受到拓扑结构引起的电势调制的影响，由于反离子聚集在解离单体引起的电势最高的区域，它们会冲刷掉裸电荷的不均匀性，并有助于更均匀的有效骨架电荷。
The ionization of dissociable groups in weak polyelectrolytes does not occur in a homogenous fashion. Monomer connectivity imposes constraints on the localization of the dissociated (charged) monomers that affect the local electric potential. As a result, the mean bare charge along a weak polyelectrolyte can vary depending on the proximity to topological features (e.g. presence of crosslinks or dangling ends). Using reaction‐ensemble Monte‐Carlo simulations we calculate the dissociation inhomogeneities for a few selected PE configurations, linear, rod‐like, flexible four‐arm star, and a star with stiff arms. An ensemble preaverage is used to obtain the annealed bare charge profile for these different polymer configurations. Using molecular dynamics simulations within a Lattice‐Boltzman fluid, we investigate how the electrophoretic mobility is affected by the bare charge inhomogeneities arising from the annealed weak polyelectrolytes. Surprisingly, the mobility obtained for the situations corresponding to the predicted charge profile for annealed weak polyelectrolytes are not significantly different than the mobility obtained when all the monomers have an identical charge (under the constraint that the total polyelectrolyte bare charge is the same). This is also true for the stiff rod‐like variants where conformational changes induced from the localization of the monomer charges are negligible. In salty solutions, we find that counterions are affected by the electric potential modulations induced by the topological features. Since the counterions crowd in regions where the electric potential caused by the dissociated monomers is highest, they wash‐out the bare charge inhomogeneities and contribute to a more uniform effective backbone charge.
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