Скорость ультрацентрифуги, измерение

Для определения полидисперсности высокомолекулярных соединений можно применить несколько способов. Важнейшими из них являются фракционное разделение полимеров, определение седиментацион-ного равновесия в ультрацентрифуге, измерение скорости диффузии, изучение рассеяния света, а также сравнение значений молекулярных весов, полученных разными способами. [c.16]

Чрезвычайное значение центробежного поля для физики и физической химии основано на том факте, что в ультрацентрифугах, сконструированных впервые Сведбергом (1924), можно достигнуть ускорений примерно до 10 g. При этих условиях седиментационное равновесие, не имеющее значения в поле тяготения, используется для того, чтобы либо разделить компоненты смеси (препаративная ультрацентрифуга), либо по уравнению (54.8) определить молекулярный вес (аналитическая ультрацентрифуга). По экспериментальным причинам для последней цели используют почти исключительно измерение скорости седиментации. Теория этого последнего метода основана на термодинамике необратимых процессов. Поэтому не будем здесь останавливаться на подробностях и отошлем читателя к специальным учебникам. [c.282]

С е д и м е н т а ц и о н н ы й м е т о д определения молекулярного веса полимера основан на установлении седимента ционного равновесия в растворах полимера. Раствор полимера фракционируют в ультрацентрифуге и одновременно определяют молекулярный вес каждой фракции полимера, т. е. из каждого слоя раствора после его расслаивания. Для этого определяют скорость седиментации каждой фракции исследуемого полимера (в растворах с известными концентрациями). Измерение скорости седиментации основано на наблюдении за передвижением границы раздела между раствором и растворителем в ячейке центрифуги. По данным наблюдений строят график изменения скорости седиментации при различной концентрации и определяют по этому графику константу седиментации 5 данного полимера при бес конечном разбавлении его раствора. Одновременно определяют константу диффузии полимера при бесконечном разбавлении. Молекулярный вес каждой фракции вычисляют по следующему уравнению [c.80]

Вследствие гидратации полярных групп мицеллообразующих молекул (ионов) на поверхности мицелл имеется гидратная оболочка. Количество связанной воды на поверхности мицелл может быть определено на основании гидродинамических данных по вязкости, скорости диффузии, скорости седиментации в ультрацентрифуге. В последнее время получил распространение ультраакустический метод, основанный на измерении скорости распространения ультразвука в растворах ПАВ. [c.164]

Под действием гравитационного поля растворенные молекулы либо оседают, либо всплывают в зависимости от их плотности и плотности растворителя, но поступательная кинетическая энергия молекул препятствует этому. Чтобы вызвать оседание при измеримых скоростях даже таких маленьких молекул, как молекулы сахарозы, были построены достаточно мощные ультрацентрифуги. Сведберг [б] положил начало разработке ультрацентрифуг, приспособленных для количественных измерений седиментации в условиях, исключающих конвекцию и вибрацию. Различают два типа опытов, проводимых в ультрацентрифугах 1) измерение скорости седиментации компонента раствора (скорость седиментации) и 2) определение перераспределения молекул при равновесии (седиментационное равновесие). [c.613]

Установлено, что белки могут иметь весьма различные размеры и форму. Определение молекулярной массы и размеров молекул белка выполняется с применением мощного арсенала физических методов исследований. Молекулярные массы можно определить с помощью измерения скоростей диффузии, скоростей седиментации в ультрацентрифуге, рассеяния света и даже путем измерения размеров индивидуальных больших по размеру молекул белка методом электронной микроскопии. [c.510]

При скорости вращения (4—6)-10 об/мин в ультрацентрифуге развивается центробежное ускорение, равное 10 g. При таких ускорениях макромолекулы с М 10 в течение нескольких часов оседают на дно кюветы. В процессе осаждения образуется граница между раствором концентрации с и растворителем (см. рис. 4.26). Если бы на макромолекулы действовала только центробежная сила, то для монодисперсного полимера наблюдалась бы резкая граница. Однако наличие диффузионного потока, связанного с градиентом концентрации, а также и полидисперсность образца приводят к размыванию границы с увеличением времени седиментации. Такой способ проведения эксперимента — наблюдение за неравновесным процессом седиментации — называют скоростной седиментацией. Измерение положения границы и ее смещения во времени проводится с помощью оптических схем (см. стр. 160), что позволяет рассчитать коэффициент седиментации [c.150]

Кроме скоростных ультрацентрифуг, применяемых при измерении скорости седиментации (значительно преобладающей над процессами диффузии), применяют также ультрацентрифуги с меньшим числом оборотов (до 20 ООО об/мин), в которых скорости седиментации и диффузионного переноса близки и поэтому устанавливается седиментационное равновесие. Молекулярный вес при определении по методу седиментационного равновесия, [c.44]

МНОГО полезного в технику ультрацентрифугирования. В этом обзоре описаны многие важные экспериментальные детали — конструкция кювет, оптические системы и пр., — а также теоретические основы метода.) Существует несколько методов определения молекулярного веса с помощью ультрацентрифуги. Ниже мы рассмотрим наиболее важные из них, начиная с классического метода, основанного на измерении скорости седиментации. [c.65]

Установлено, что белки могут иметь весьма различные размеры и форму. Определение молекулярных масс и размеров белков было выполнено с применением мощного арсенала физических методов исследований. Молекулярные массы можно определить с помощью анализа отдельных компонентов (см. упражнение 20-23), измерения скоростей диффузии, скоростей седиментации в ультрацентрифуге, рассеяния света и даже путем измерения размеров индивидуальных, очень больших по размеру молекул белка методом электронной микроскопии. Сведения о форме молекул получают, измеряя скорости молекулярной релаксации после электрической поляризации, исследуя изменения в оптических свойствах (двойное лучепреломление), возникающие в струе жидкости, непосредственно с помощью электронной микроскопии и, что имеет, быть может, наиболее важное значение, исследуя интенсивность рассеяния света и рентгеновского излучения как функцию угла рассеяния. Применение всех этих методов часто встречает трудности вследствие высокой степени гидратации белков, а также в результате того, что многие белки вступают в обратимые реакции ассоциации, образуя димеры, три-меры и т. д. Молекулярные массы, молекулярные параметры и изоэлектрические точки ряда важных белков приведены в табл. 20-2. [c.125]

При определении молекулярных весов результаты измерения диффузии чаще всего используют в сочетании с данными другого какого-либо гидродинамического метода (например, измерения скорости седиментации в ультрацентрифуге). Это позволяет исключить коэффициент трения и таким образом рассчитать молекулярный вес (разд. 2 гл. X). [c.175]

Кроме скоростных ультрацентрифуг, применяемых при измерении скорости седиментации (значительно преобладающей над процессами диффузии), применяют также ультрацентрифуги с меньшим числом оборотов (до 20 ООО об, мин), в которых скорости седиментации и диффузионного переноса близки и поэтому устанавли- [c.40]

Обычные методы не приложимы для определения молекулярного веса белков. Для этой цели наиболее подходящим оказался метод, предложенный Сведбергом и основанный на измерении скорости оседания частичек вещества в ультрацентрифугах (центрифугах, делающих от 40 ООО до 60 ООО оборотов в минуту). Исследования показали, что молекулярный вес белков колеблется в очень широких пределах, достигая 300 000 (эдестин из семян конопли) и выше. [c.338]

Вторая возможность характеристики полимера с помощью ультрацентрифуги состоит в измерении скорости седиментации. Простейшим примером является седиментация плотных, шарообразных частиц в умеренно концентрированных растворах. При центробежных силах, примерно в 10 раз превышающих силу тяжести (центрифуга с 40 000 об/мин), частицы в среде меньшей плотности движутся от [c.154]

Установка для измерения сил трения в области больших скоростей скольжения. Достаточно большие скорости скольжения (до 50 м сек) могут быть получены на дисковых приборах. Однако для более высоких скоростей применяются принципиально другие методы. Для скоростей порядка 1000 м сек используется метод ультрацентрифуги [90, 91]. [c.234]

На ультрацентрифуге можно проводить два типа измерений. Метод седиментационного равновесия основан на том, что кювету с испытуемым раствором центрифугируют при относительно небольшой скорости вращения ротора до установления равновесия между процессами седиментации и диффузии. Этот метод требует много времени и применяется в основном для определения средних молекулярных весов. [c.119]

Скорость седиментации суспензий под влиянием силы тяжести уже давно использовалась рядом исследователей для установления размеров частиц суспензий. Формула "Стокса, связывающая скорость падения сферической частицы с ее радиусом, давала возможность приблизительно определить размеры частицы. В 1923 г. Сведберг и Никольс применили центрифугу для увеличения действующей силы и для ускорения седиментации с целью измерения размеров частиц . Дальнейшее развитие техники ультрацентрифуги привело к тому, что в настоящее время этот прибор является наиболее мощным орудием физического исследования белков и других коллоидных молекул. [c.333]

Средневесовой молекулярный вес Мц, определяют с помощью методов, позволяющих характеризовать величину молекул, путем измерения скорости седиментации частиц в ультрацентрифуге или методом светорассеяния ). [c.253]

Ротор ультрацентрифуги представляет собой стальной или дюралюминиевый диск (рис. 5). В двух отверстиях в роторе (см. рис. 5) помещены две маленькие ячейки. В одной из них находится центрифугируемый раствор, в другой, уравновешивающей, ячейке — чистый растворитель. Вся эта конструкция закреплена и вращается с большой скоростью. В первых моделях ультрацентрифуги диск был насажен на простую ось в обычном подшипнике и приводился во вращение маленькой масляной турбиной на конце оси. Если вращение с большой скоростью происходит на воздухе, то ротор сильно разогревается, что нарушает процесс осаждения частиц и делает невозможным точные измерения их движения. Поэтому в некоторых современных моделях ротор ультрацентрифуги вращается в атмосфере водорода при пониженном давлении для охлаждения. В других конструкциях вращение осуществляется воздушной турбиной, [c.51]

В методе свободной диффузии можно использовать аппарат для электрофореза, аналитическую ультрацентрифугу или специальный прибор, предназначенный для измерения диффузии. Сначала создается резкая граница раздела между раствором, содержащим макромолекулы, и зоной растворителя эту границу получают либо при помощи стеклянной перегородки, либо создают в результате седиментации. Затем перегородку убирают или понижают скорость центрифугирования и дают [c.406]

Важнейшими методами, используемыми для определения молекулярных весов макромолекулярных соединений, являются измерение осмотического давления раствора, определение вязкости раствора, дифракции света в растворе (Дебай) и измерение скорости или равновесия оседания в ультрацентрифуге (Сведберг) (последний метод см. в томе II). Метод определения вязкости требует простой аппаратуры и широко [c.282]

Полидисперсность полимера может быть определена путем измерения скорости седиментации макромолекул в разбавленном растворе. Для ускорения седиментации кюве-гу с раствором исследуемого полимера помещают в тело ротора ультрацентрифуги (рис. 37), вращающегося со скоростью до 130 тыс. об/мип. [c.75]

Мицеллы ПАВ по размерам и молекулярно-кинетичес-ким свойствам близки к макромолекулам высокомолекулярных соединений, и для определения мицеллярной массы ПАВ пригодны те же методы, которые применяются для нахождения молекулярной массы полимеров. Эти методы основаны на измерении интенсивности светорассеяния, скорости диффузии, скорости седиментации в поле центробежной силы ультрацентрифуги. (В последнее время предложен метод, основанный на измерении оптической плотности мицеллярных растворов, содержащих солюбилизированный олеофиль-ный краситель. Однако он находит лишь ограниченное применение — пригоден для неионогенных ПАВ с невысокой степенью оксиэтилирования.) [c.157]

При определении молекулярных масс в ультрацентрифуге [67 — 69 различают метод измерения скорости седиментации и оавновесное центрифугирование. В то время как в первом случае измеряют скорость седиментации, во втором — определяют положение седиментационного равновесия. [c.360]

Наилучшим абсолютным методом измерения м. в. и молекулярно-весовых распределений, особенно широко применяемым в биофизике, биохимии и молекулярной биологии, является се-диментационный. Метод состоит в осаждении макромолекул под действием центробежной силы в ультрацентрифуге, вращающейся со скоростью порядка 10 —10 об мин. Центр обежное ускорение при этом во много раз превышает ускорение силы тяжести g. В современных ультрацентрифугах оно доходит до 350 ООО g (число оборотов в минуту 70 ООО). Кювета с раствором полимера помещается в ротор центрифуги. Кювета представляет собой цилиндр с прозрачными окнами из кристаллического кварца. Через кювету проходит пучок света, и наблюдение за седиментацией производится оптичес1шт методами. Впервые седиментация в ультрацентрифуге была применена к изучению полимеров Сведбергом в 1925 г. Подробное описание экспериментальных методов приведено в [48, 58]. [c.150]

Скорость, с которой молекулы осаждаются в ультрацентрифуге, является функцией их веса следовательно, и скорость седиментации и наступающее равновесие можно использовать для измерения молекулярного веса полимеров. Метод дает оценку среднего веса растворенных молекул в противоположность осмотическим измерениям, которые дают среднее число молекул в весовой единице образца. Средневесовые и среднечисловые молекулярные веса для типичного образца обычно различаются, поскольку на первые сильно влияет относительно небольшое число очень крупных частиц, а на последнее может оказать сильное влияние малое число молекул низкого молекулярного веса. [c.595]

Седиментация в гомогенной среде. Один из наиболее полезных методов исследования веществ очень высокого молекулярного веса состоит в изучении их поведения в ультрацентрифуге. Для подобных исследований обычно используют сильно разбавленные растворы полимеров (чтобы свести к минимуму агрегацию и другие концентрационные эффекты). Кроме того, стремятся подобрать условия, при которых ДНК находится в наиболее стабильной конфигурации. К таким условиям относятся присутствие противоионов (обычно одновалентных неорганических катионов, например Na" ), относительно высокая ионная сила (>-0,1 М) и умеренная скорость вращения ротора ультрацентрифуги. Низкая концентрация (/ -10 мкг мл) требует применения ультрафиолетовой оптики. Измеренная скорость перемещения концентрационной границы подставляется в уравнение (III.24). Обычно полученные в опыте значения константы седиментации Sobs (выражаемой в единицах Сведберга) приводят к го.ил т. е. к величине константы седиментации в растворителе с плотностью и вязкостью воды при 20°. Для этого пользуются следующим уравнением [c.137]

Молекулярный вес, определяемый по формуле (Х.6), не всегда равен средневесовому молекулярному весу. Это отчасти связано с тем, что при его вычислении используется отношение з к О. Дело в том, что в случае полидисперсных систем с более или менее непрерывным распределением молекулярных весов метод скорости седиментации неприменим, и вместо него нужно пользоваться каким-либо из методов, описанных ниже. В случае гомогенных или гетеродисперсных систем, состоящих из дискретного набора компонентов, измерения скорости седиментации, дополненные измерениями диффузии, позволяют правильно определять молекулярные веса. Разделение компонентов гетеродисперсных белковых смесей с помощью ультрацентрифуги сыграло большую роль в развитии науки, поскольку таким путем было установлено, что белки — это индивидуальные вещества, а не беспорядочные конгломераты молекул меньших размеров. [c.190]

НИЗКИЙ оптический дихроизм хлоропластов может объясняться именно этой недостаточно строгой ориентацией. Парк и др. [251—253] определили молекулярный состав квантосом, исследуя разрушенные хлоропласты шпината. Для зеленых ламеллярных структур диаметром от 2000 до 80 нм, полученных центрифугированием при постепенно возрастающих скоростях, отношение хлорофилла к азоту было довольно постоянным. Крупные структуры были, по-видимому, лишены гран, тогда как фракция более мелких частиц содержала граны. Эти результаты служат доказательством равномерного распределения хлорофилла по всей ламеллярной структуре хлоропласта. Было высказано предположение, что обычно наблюдаемая флуоресценция одних только гран объясняется более высоким содержанием ламеллярных структур. В квантосомах были обнаружены небольшие количества трех переходных металлов — железа, марганца и меди, причём концентрация марганца оказалась наиболее низкой. Марганец необходим для выделения кислорода при фотосинтезе. Учитывая это. Парк и Пон [253] рассчитали молекулярный вес наименьшей единицы в ламелле, которая, очевидно, еще могла бы осуществлять фотосинтез, т. е. частицы, соответствующей одному атому марганца. Он оказался равным 9,6-10 . Позже [251] расчеты были проведены с учетом данных об объеме квантосом (полученных путем измерений на электронных микрофотографиях), а также результатов определений эффективной плавучей плотности разрушенных ламеллярных структур в ультрацентрифуге. Было обнаружено, что молекулярный вес квантосом равен 2-10 , что соответствует двум атомам марганца. Данные о молекулярном составе квантосом представлены в табл. 1. Мембрана толщиной 10 нм содержит 50% липида и 50% белка. Следовательно, с учетом разницы в плотности (1,0 1,4) можно считать, что на долю липида приходится около 6,5 нм толщины мембраны, а это согласуется с представлением о существовании двойного липидного слоя. [c.35]

В ультрацентрифуге на раствор воздействует очень сильное центробежное поле. При очень большой частоте вращения (до 60 000 об/мин) сила тяжести увеличивается в сотни тысяч раз, в результате чего происходит осаждение (седиментация) частиц— макромолекул. При этом ма сромолекулы разной массы оседают с различной скоростью. После обработки данных измерений скорости осаждения вычисляют среднемассовое значение молекулярной массы Му,. С помощью ультрацентрифуги можно определять молекулярные массы ВМС в очень широком интервале, от 50 до 50 10 . [c.54]

В 1943 г. исследования молекулярного веса различных препаратов целлюлозы и ее эфиров путем определения скорости седиментации в ультрацентрифуге и скорости диффузии были проведены Граленом и СведбергомЧ Ими были получены еще более высакие значения молекулярного веса целлюлозы, соответствующие значениям степени полимеризации 10800 (хлопок), 9300 (небеленый хлопковый пух), 36000 (лен), 12400 (рами), 2500—3100 (древесная целлюлоза, выделенная по сульфитному или сульфатному методу). По данным этих исследователей, максимальный экспериментально определенный молекулярный -вес целлюлозы составляет около 6 000000 (для целлюлозы льна). Найденные ими значения молекулярного веса хлопковой целлюлозы совпадают с результатами, полученными Головой и Ивановым путем вискозиметрических измерений. Необходимо, однако, отметить, что Гра-лен и Сведберг производили менее тщательную очистку раствора от кислорода, чем Голова. [c.30]

Измерения с помощью ультрацентрифуги требуют значительных затрат на оборудование. Определение скорости седиментации и константы диффузии дают средневесовое значение молекулярного веса или веса частиц исследуемого вещества. Эти измерения, кроме того, позволяют сделать вывод о молекулярном распределении и о форме частиц полимера в данном растворе. [c.157]

Центрифугальные методы позволяют применить се-димецтационный анализ к системам с размером частиц до 0,01 мкм, и следовательно, к микронизованным пигментам и наполнителям. Современные ультраскоростные центрифуги (ультрацентрифуги) дают возможность получать силовое поле порядка 10 g. Обычно скорость перемещения частиц в суспензии контролируют не визуально, а путем измерения оптической плотности на определенном расстоянии от оси ротора центрифуги. Центрифу-гальный метод анализа требует особо тщательного диспергирования и стабилизации частиц в жидкой среде. [c.67]

Важным нововведением является установка измерителя температуры в середине ротора этой ультрацентрифуги. Это оказалось возможным благодаря успешной разработке надежной системы передачи сигнала, позволяющей регистрировать изменения температуры вращающегося ротора. Во время работы центрифуги заданная температура поддерживается с точностью 0,ГС, что достигается применением системы термоэлектрического охлаждения с батареями Пельтье. В температурном интервале от —5 до +25° С, характерном для основной массы препаративных и аналитических работ, температура ротора сохраняется постоянной с точностью 0,05° С. Скорость вращения может регулироваться непрерывно в диапазоне от 1500 до 60 000 об/мин. Ультра-центрифуга hrist оснащена шлирен-системой, интерференционной и ультрафиолетовой системами. Интерференционная система позволяет работать с сильно разбавленными растворами. Интерферограммы могут быть представлены в виде кривых распределения Гаусса. Переход от шлирен-системы к интерференционной осуществляется поворотом рычага. Ультрафиолетовая система устанавливается на центрифуге независимо от других оптических систем. Оптическая плотность в ультрафиолетовой области регистрируется автоматически при помощи самописца или фотографируется. Градиенты концентрации во время седиментации регистрируются самописцем. Наряду с самописцем можно одновременно пользоваться фоторегистрирующей системой. За ходом седиментации можно следить и по изображению на матовом экране. Для фотографирования используются пластинки размером 5 X 25 см, рассчитанные на 6 снимков. Пластинки сменяются автоматически. На ультрацентрифуге hrist можно установить приставку для измерения диффузии, рассчитанную на большое количество ячеек. [c.34]

При измерении 5 с точностью до 1% температура во время опыта должна поддерживаться с точностью не менее чем 0,25° С. Желательно, чтобы температура была стандартной (обычно 20°С), что позволяет избежать не очень надежных поправок, вносимых в соответствии с уравнением (IV. 4). В описаниях к ультрацентрифугам приведены подробные сведения о системах регуляции и измерения температуры, обычно осуществляемых при помощи установленного в роторе термистора. Прямое измерение температуры ротора необходимо потому, что при разгоне ротора он охлаждается за счет адиабатического растяжения, а при торможении вновь разогревается. Происходящее при этом изменение размеров ротора сказывается и на величине х (расстояние границы от оси вращения), что при особо точных измерениях необходимо учитывать. Внесение соответствующих поправок по фотографиям, полученным при малых и больших скоростях вращения, описано у Кегелеса и Гаттера [10]. Однако задача осложняется еще тем, что в результате растяжения ротора при вращении ось вращения может сместиться на 0,02— 0,04 см [1]. [c.66]

ДЛЯ стабильного вращения при малых скоростях. Фирма MSE также обеспечивает очень стабильное центрифугирование при малых скоростях. По данным этой фирмы, в ультрацентрифуге MSE можно определять коэффициенты диффузии с точностью, сравнимой с точностью измерений на стационарных приборах. Для диффузионных (и других) измерений эта фирма поставляет ячейки для искусственного образования границы с длиной оптического пути 20 мм. Имеются две модификации метода получения искусственной резкой границы между раствором и растворителем наслоение растворителя на раствор и подслаивание раствора под растворитель. Для работы с интерференционной оптикой или для наложения на изображение диффузионного пика базальной линии (при помощи шлирен-системы) применяется двухсекторная ячейка. Поскольку изучение диффузии в ультрацентрифуге осуществляется в ячейке с рабочей полостью секториальной формы, исследуемая граница несколько искривляется. Это, однако, не мешает анализировать результаты методом максимальная ордината — площадь , так как на высоту пика это искривление практически не влияет. Подобное искажение границы может также вызываться изменением величины D, происходящим при изменении концентраций, но этот эффект, как правило, невелик. Чаще всего искривление границы связано с дефектами ее формирования в самом начале. Введение небольшой поправки на начало отсчета времени служит и для частичной компенсации этих искажений. [c.81]

Некоторые результаты. Необходимо знать коэфициент диффузии белка, чтобы из скорости седиментации в ультрацентрифуге вычислить его молекулярный вес. Благодаря этому были измерены коэфициенты диффузии большого числа белков. В табл. 40 приведены коэфициенты диффузии некоторых белков и их объемные приведенные вязкости. В табл. 40 О измеренный коэфициент диффузии в квадратных сантиметрах в секунду, а 1>о — коэфициент диффузии сферической негидра-тирован ной молекулы того же самого молекулярного веса. [c.326]

Из аналитических методов следует назвать метод ультра-центрифугирования, основанный на определении скорости седиментации макромолекул в растворе, помещенном в сильное центробежное поле, и метод турбидиметриче-ского титрования, основанный на измерении возрастания оптической плотности раствора при осаждении полимера из раствора постепенным добавлением не растворяющей полимер жидкости (осадителя). Определение молекулярного состава, как и средней степени полимеризации, с помощью ультрацентрифуги дает наиболее точные результаты, однако требует дорогого и сложного оборудования. Турбидиметрическое титрование в существующем виде позволяет получить лишь приближенную характеристику распределения по молекулярным весам. Более подробно об этих методах можно прочитать в специальной литературе [1—3]. [c.302]

Руди и Шлёссер установили потенциометрическим титрованием, что в гексаметафосфате содержится 70—100 групп РОд, а путем измерения диффузии было найдено 34—38 групп РОд. Еще более высокий молекулярный вес был получен Лемом и Мальм-грином по измерению скорости седиментации с помощью ультрацентрифуги. Из этих колеблющихся данных относительно молекулярного веса можно сделать вывод о неустойчивости структуры высших метафосфатов. [c.266]