ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы РАННИЙ ПЕРИОД УЛЬТРАЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ из "Введение в ультрацентрифугирование" чем в центрифугах, использованных Думанским. В 1923 г. была сконструирована небольшая центрифуга с оптической системой, дающая ускорение 150g и позволяющая непосредственно наблюдать и фотографировать картину седиментации. Дальнейшее усовершенствование сводилось к увеличению скорости вращения ротора, к устранению вибрации и к введению специальных устройств, позволяющих регулировать температуру. Вначале центрифуги использовались для изучения таких систем, как золи золота. Однако уже тогда было ясно, что целый мир биологических коллоидов ждет своей очереди. [c.17] Термин ультрацентрифуга был предложен для центрифуг с оптической системой. Термин суперцентрифуга, использовавшийся фирмой Sharpies o., был оставлен для скоростных центрифуг без оптики. В настоящее время, однако, это терминологическое различие стерлось, и ультрацентрифугами теперь называют пре-фативные и аналитические машины, в которых ротор ащается с большой скоростью в вакууме или в атмо-[)ере водорода. [c.17] В начале 20-х годов вопрос о молекулярных разме-)рах белков еще не был решен. Велики они или малы, распределены ли они по молекулярным весам непре- ывно или дискретно Минимальной молекулярной мас- Осой белка считалась молекулярная масса гемоглобина, вычисленная, исходя из содержания в нем железа, по эмпирической формуле, как это принято в классической химии однако истинная молекулярная масса гемоглобина могла бы быть кратной этой величине, как оно и оказалось в действительности. Вопрос о размерах белков частично был решен путем измерений осмотического давления [6, 7], а также с помощью центрифуги Сведберга. Необходимость создания еще более высокоскоростных и совершенных ультрацентрифуг ощущалась все сильнее. [c.17] Для расчета М по этому уравнению необходимо измерить концентрации вещества (С1 и Сг) в ячейке на двух разных уровнях, находящихся соответственно на расстояниях Х и ЛГ2 от оси вращения. [c.20] В соответствии с существованием двух подходов к определению молекулярной массы были разработаны ультрацентрифуги двух основных типов. Первая низкоскоростная ультрацентрифуга была создана на основе молочного сепаратора, однако позже были построены центрифуги с прямым приводом, работавшие с меньшей вибрацией. В 1933 г. эти центрифуги давали 18 ООО об/мин и ускорение 19 000 . Ротор вращался на вертикальной оси, охлаждался водородом и был заключен в камеру с водяной рубашкой. [c.20] Роторы высокоскоростных ультрацентрифуг приводились во вращение масляными турбинками. К 1934 г. Сведберг с сотрудниками, работая с небольшими роторами, добились ускорений, достигающих 900 ООО Однако эти роторы обычно взрывались уже после первых запусков. Роторы больших размеров давали ускорение порядка 260 ООО и были более пригодны для каждодневной работы. [c.20] Длина оптического пути в современных ячейках варьирует от 1,5 до 30 мм. Обычно она составляет 12 мм, и этим определяются параметры оптической системы. [c.21] Первые роторы были круглыми, что лучше обеспечивает установление теплового равновесия. Такая форма ротора и сейчас используется в некоторых современных ультрацентрифугах, однако при высокоскоростном центрифугировании стали применять роторы овальной формы, в которых напряжение распределяется более равномерно. Для материала, из которого изготавливается ротор, существенна величина отношения прочности на разрыв к удельной массе материала. Следует, однако, иметь в виду, что существует определенный предел, меньше которого ячейка весить не должна. Именно по этой причине роторы Сведберга были сделаны из стали, а не из алюминиевых сплавов, уже известных в то время. Однако другие конструкторы (их имена будут упомянуты ниже) предпочли тем не менее роторы, сделанные из сплавов алюминия. [c.21] Оптические системы, используемые в центрифугах того времени, отличались от тех, которые устанавливаются в современных машинах. Использовались адсорбционные методы, а также шлирен-система Теплера. В опытах по седиментационному равновесию использовались щелевой метод и метод совмещенных шкал Лам-ма, ныне вышедшие из употребления об этих системах читатель может прочесть в книге Сведберга и Педерсена [4]. [c.22] Большое внимание уделялось разработке защитных камер, крепежных болтов и фундамента, на который устанавливается камера с ротором, приводимым во вращение масляной турбинкой. Вычислено, например, что при взрыве ротора УП (ультрацентрифуги Сведберга), вращающегося со скоростью 78 500 об/мин, развиваются усилия, сравнимые с максимальными силами, действующими на снаряд орудия 8-дюймового калибра. [c.22] Одновременно с исследованиями Сведберга разрабатывался другой подход к созданию ультрацентрифуги. В 1925 г. Анрио и Угенар [8] получили высокие скорости вращения ротора без подшипников, используя для поддержки и вращения ротора воздушные струи. [c.22] Более поздняя разработка ультрацентрифуг с масляной турбинкой решала главным образом вопросы регуляции температуры, конструкции ротора и другие технические задачи. На такой ультрацентрифуге были выполнены работы по расщеплению яичного альбумина папаином [14, 15] и много других измерений. Вскоре стало ясно, что белки характеризуются дискретным, а не непрерывным распределением молекулярных масс и, по-видимому, образуют агрегаты. Из ранних наблюдений следовало, что молекулярные массы белков распадаются на группы с молекулярными массами, кратными величине 17 600. Позже, после получения более точных данн1,1х, оказалось, что это представление ошибочно. [c.23] В задачу данной главы входит лишь краткое описание основных характеристик современных ультрацентрифуг. Вопросы, касающиеся деталей конструкции и эксплуатации, в ней не рассматриваются, поскольку такого рода сведения лучше получать из инструкций, издаваемых соответствующими фирмами. (Перечень этих фирм приведен в конце главы.) Более того, в ультрацентри-фуги постоянно вносятся отдельные изменения, о которых можно узнать только из проспектов фирм, рассылаемых потребителям. [c.25] Без сомнения, аналитическая ультрацентрифуга Be kman Spin o ), модель Е, пользуется наибольшим признанием, и опыт автора основан на эксплуатации именно этого прибора с начала 50-х годов. Преимущество этой ультрацентрифуги в том, что в любую старую ее модель можно вносить все последние дополнения и изменения. Такая постановка дела имеет и свои недостатки, однако создание полностью модернизированной конструкции могло бы затруднить ее дальнейшую оперативную модификацию. В последние годы получили распространение аналитические ультрацентрифуги других фирм некоторые характеристики современных машин приведены в специальном обзоре [1]. Мы не станем здесь рассматривать финансовую сторону вопроса. Следует, однако, иметь в виду, что ультрацентрифуги постоянно нуждаются в поставке запасных частей, ячеек, роторов и приводов. [c.25] Ультрацентрифуги можно подразделить на аналитические и препаративные. Это разделение в известном смысле условно, так как любую аналитическую ультрацентрифугу можно использовать и для препаративных задач, а на препаративных ультрацентрифугах можно установить оптическую систему. Известны по крайней мере две такие модели. [c.26] Ультрацентрифугу (фиг. 2, А и 3,Л) хорошо знают во многих лабораториях мира, и большнство седиментационных диаграмм, публикуемых в научных журналах, получено с помощью именно этой ультрацентрифуги. Ее ротор подвешен на гибкой струне, и для уравновешивания ячеек достаточна точность 0,1 г. Ротор находится в вакуумной камере и приводится во вращение электромотором через редуктор с передаточным числом 1 или 6,3. Скорость вращения вала привода сравнивается со скоростью вращения вала, приводимого в движение синхронным мотором коробки передач, что позволяет выбирать различные скорости вращения ротора. В последнее время применяется более точный электронный контроль скорости, особенно важный при малых скоростях, необходимых для определения молекулярных масс методом седиментационного равновесия. [c.26] Для поддержания температуры 20° С и ниже камеру охлаждают. Степень охлаждения камеры зависит от скорости вращения ротора. [c.29] Вернуться к основной статье