Форма границы седиментации

При седиментации в ультрацентрифуге или при электрофорезе граница между раствором и растворителем возникает под действием центробежного или электрического поля. Здесь полезно подчеркнуть, что, согласно принятой терминологии, под границей понимается вся область перехода от чистого растворителя к раствору, а под геометрической формой границы понимается форма кривой градиента показателя преломления в этой области. Положение границы определяется по положению максимума этой кривой или — если она асимметрична — по положению ее центра тяжести. В рассматриваемых случаях граница мигрирует в направлении действующей силы и расплывается с течением времени за счет той же диффузии и (или) полидисперсности. [c.270]

Одним из наиболее часто употребляемых и наиболее старых критериев гомогенности является наблюдение единственной границы при исследовании седиментации в ультрацентрифуге. Важно провести этот эксперимент, но при этом следует иметь в виду некоторые положения. Хотя гетерогенность по коэффициентам седиментации обычно легко обнаружить, если примеси присутствуют в количествах, достаточных для наблюдения с помощью используемой оптической системы, форма границы является очень плохим показателем степени полидисперсности. Асимметричные или гибкие молекулы взаимодействуют гидродинамически даже при достаточно высоких разбавлениях раствора, вызывая уменьшение коэффициентов седиментации с увеличением концентрации, что ведет к искусственному обострению границы. Более того, как уже отмечалось, для больших гибких молекул даже в очень разбавленных растворах может происходить интенсивное физическое взаимодействие, а именно переплетение и спутывание цепей. Образование исклю- [c.48]

Стабильность полосы. Прежде всего необходимо обеспечить стабильность полосы с ферментом. Чтобы избежать появления конвекций, которые исказят форму границы и сделают невозможным измерение коэффициента седиментации, должно быть соблюдено условие [7], связывающее суммарный градиент плот- [c.179]

Предположив, что белок с молекулярным весом 16 ООО имеет в водном растворе форму сферы, рассчитать а) коэффициент диффузии О, б) стандартное отклонение о диффузной границы после 10 ч, в) коэффициент седиментации, г) расстояние оседающей молекулы от оси вращения центрифуги спустя 1 ч (скорость вращения 60 000 об/мин, начальное расстояние от оси 6,0 см). При 20° С т]=0,001005 Па-с, v = =0,75 см /г, Рн,о =0,9982 г/см . [c.623]

Если система настолько инертна, что не происходит никакого смещения равновесия во время ультрацентрифугирования, то для каждой осаждающейся формы образуются раздельные границы, и, в принципе, можно получить равновесные концентрации из соответствующих граничащих областей. Сингер и сотрудники использовали этот метод для получения концентрации свободного антигена в растворах растворимых комплексов антиген — антитело [66, 69, 70]. Однако необходима большая осторожность при объяснении измерений в системах, в которых происходит частичное смещение равновесия во время седиментации и последующее расширение границ [70]. [c.386]

Только что приведенный вывод был дан Гольдбергом . Его важность заключается в том, что он зависит, по существу, только от закона сохранения массы. Более того, он является независимым от формы седиментационной границы или от типа зависимости 5 от концентрации. Он не только дает критерий, с помощью которого мы можем решить, является ли уравнение (22-6) применимым, но также показывает, как лучше определить з, когда этот критерий не удовлетворяется. Наконец, этот вывод показывает, что коэффициент седиментации, который мы определяем, соответствует концентрации Ср в области плато, а не концентрации при г . [c.428]

В этом методе скорость вращения ротора — порядка 60 ООО об/мин (обычно это соответствует 250 ООО g). При этом происходит образование границы раздела между растворителем и раствором и ее передвижение ко дну ячейки. Этот метод позволяет получить представление о чистоте препарата по числу границ раздела и рассчитать константу седиментации с тем, чтобы использовать эти данные для определения молекулярного веса вещества, а также оценить изменения формы и молекулярного веса при различных превращениях молекулы и т. д. [c.146]

В явлении седиментации движущая сила, действующая на легкие противоионы, мала, и они слабо замедляют седиментацию полииона. В диффузии же движущая сила не зависит от размера частиц и потому противоионы значительно сильнее увеличивают эту силу, чем сопротивление трения. Однако и здесь доминирующую роль играет набухание полиионов при разбавлении системы D резко уменьшается при уменьшении концентрации полиэлектролита. В результате форма распределения d /dx перестает быть гауссовой полиэлектролит, диффундирующий в чистый растворитель, образует чрезвычайно узкую диффузионную границу с шлейфом со стороны более высоких концентраций. [c.194]

Раствор, исследуемый в скоростной ультрацентрифуге, помещается в кювету с толстыми кварцевыми окнами. Она имеет форму сектора, если смотреть под прямым углом к плоскости вращения ротора центрифуги, так как седиментация происходит радиально. По мере того как компонент с высоким молекулярным весом оседает во всем объеме раствора, образуется перемещающаяся граница, за которой находится только растворитель. За движением такой границы в кювете можно проследить с помощью оптической системы, основанной на принципе различного светопропускания (стр. 381). [c.614]

Для непористой частицы любой формы определение объем является вполне однозначным (отношение ее веса к плотности материала). В качестве объема агрегата примем объем пространства, ограниченный внешней поверхностной границей, разделяющей свойства среды вне и внутри агрегата в рассматриваемом процессе. Например, при седиментации жидкость внутри агрегата движется вместе с твердой фазой, его граница проходит по жидкой фазе и определяется условием равенства скорости движения жидкости и агрегата. Аналогично определяется [c.25]

Решение уравнения (12.37) при наличии внешней силы представляет собой очень трудную задачу, и его редко удавалось получить в аналитической форме. Принято работать в двух предельных случаях. В первом случае определяют W(6, ф, t), т.е. ориентационное распределение, установившееся под действием какой-то конкретной силы, в состоянии механического равновесия (после того, как прекратятся все переходные, зависящие от времени, процессы) — такой подход напоминает равновесное центрифугирование. Во втором случае перестают прикладывать силу и наблюдают обратный процесс перехода распределения W(6, ф, О в распределение, отвечающее изотропному раствору, — этот переходный процесс подчиняется уравнению (12.37), решение которого можно получить в аналитическом виде. В ультрацентрифугировании этому случаю отвечала бы такая постановка опыта, при которой вещество некоторое время подвергали бы седиментации, затем резко снижали скорость ротора до пренебрежимо малой величины и наблюдали за тем, как происходит уширение границы в результате диффузии. [c.283]

Под геометрической формой границы седиментации понимают форму кривой градиента показателя преломления <1п1йг. [c.161]

Преимуществом метода скоростной седиментации является высокая чувствительность получаемых в опыте параметров к степени неоднородности полимерного образца но молекулярным весам. Указанная неоднородность образца определяется путем прогрессивного развития расширения границы седиментации в процессе перемещения этой границы в кювете ультрацентрифуги. Визуальное определение степени расширения границы седиментации мо/кет дать качественную информацию о неоднородности полимера, но может привести к ошибочным выводам, поскольку расширение границы определяется не только полидисперсностью образца. Форма границы седиментации зависит также от концентрационных эффектов, диффузии, гидростатического давления. Несмотря на значительн1з1Й успех в понимании природы этих эффектов, не существует простого и надежного метода, позволяющего провести учет всех влияющих на форму границы седиментации факторов. Однако эти факторы можно оценить раздельно с тем, чтобы попытаться определить лишь ту степень уширения границы, которая обусловлена 1тсклю-чительно полидисперсностью образца. [c.222]

В методе скоростной седиментации фиксируют скорость перемещения границы седиментации в кювете. Форма границы седиментации зависит от МВР образца, но в то же время она зависит от концентрационных и диффузионных эффектов. Учет этих факторов требует весьма трудоемких вычислений. На практике эти факторы пытаются определить раздельно с тем, чтобы учесть упшрение границы седиментации только за счет неоднородности образца. [c.119]

Аналитическая кювета состоит из короткого цилиндрического центрального вкладыша с полостью, перпендикулярной его диаметру и содержащей исследуемый раствор. Эта полость с двух сторон герметически закрывается кварцевыми или корундовыми окошками перед тем, как вкладыш вставляют в металлическую кювету. Описанная конструкция всей кюветы оставалась постоянной в течение ряда лет, изменяли лишь типы центральных вкладышей. Центральные вкладыши в форме сектора применяют для создания длины оптического пути 1,5—30 мм, при этом секториальный угол изменяют от 2 до 4°. Применяют также небольшие центральные вкладыши, с помощью которых можно исследовать малые количества полимеров, однако более высокая чувствительность оптической системы достигается при использоваьгии более крупных вкладышей. Природу растворителей мон но изменять в широких пределах благодаря тому, что центральные вкладыши изготовляют из металла или из пластмасс. Бисекториальные вкладыши, сконструированные специально для работы с интерференционными оптическими системами регистрации, в настоящее время применяют обычно при регистрации границ седиментации методом скрещенных диафрагм . Более высокую степень [c.220]

Расчет коэффициентов седиментации по данным экспериментов более общего характера, проведенных методом скоростной седиментации, с учетом диффузии требует более сложного решения уравнения Ламма. Первое решение полного уравнения Ламма было предлон<ено Факсепом [13]. Такое решение представляло собой первое приближение и имело ограниченную применимость для практических целей, и все же оно послун ило основой для проведения седиментационного анализа на ранних этапах развития метода ультрацентрифугирования. Расчет, проведенный с помощью уравнения Факсена в предположении независимости от концентрации как седиментации, так и диффузии, показал, что при седиментации растворенного вещества одного типа (в отличие от седиментации в отсутствие диффузии с резкой ступенчатой границей) образуется размытая граница примерно гауссовой формы. Образование подобной диффузной границы седиментации не зависело от положения самой границы и от концентрации впереди границы седиментации. Метод расчета Факсена свидетельствует о том, что путем исследования методом скоростной седиментации формы диффузной границы седиментации можно определить коэффициент диффузии. Для градиентной кривой, полученной Факсе-ном в результате решения уравнения Ламма, отношение площади к высоте А1Н) можно записать в виде [c.225]

Уравнение непрерывности называют также уравнением Ламма [1], или основным уравнением ультрацентрифугирования. В теории седиментации оно занимает центральное положение, так как это уравнение связывает изменения концентрации раствора во времени с величинами 5, й и со. Кроме того, и в этом уравнении учитываются также секториальная форма полости ячейки, цилиндрическая симметрия границ седиментации и негомогенность центробежного поля, т. е. его линейное возрастание с расстоянием х. Из уравнения Ламма вытекает закон радиального разбавления, с помощью которого можно рассчитать поправку, вносимую в значение площади под щлирен-пиком для приведения к истинной концентрации. Из уравнения Ламма можно вывести также равенства, содержащие молекулярную массу растворенного вещества. [c.85]

Экспериментально это показали Кроуфорд и Уоринг (фиг. 46). Переход из суперспирализованной в простую кольцевую форму и последующий переход в суперспираль, закрученную в противоположном направлении (наблюдаемый по мере увеличения концентрации вклинивающихся молекул) хорошо прослеживаются по различиям в скорости седиментации. Движение границ седиментации в этой работе наблюдали при помощи абсорбционной оптики, оценивая затем по седиментационным диаграммам относительные количества разных форм в растворе. На фиг. 46 показан результат вклинивания молекул красителя в кольцевые молекулы ДНК, имеющие в одной из двух цепей разрыв. Происходящее в результате простое увеличение периметра кольцевой молекулы приводит к относительно медленному уменьшению коэффициента седиментации. [c.214]

Уравнение, предложенное Фудзита [45], описывает форму границы раздела монодисперсного раствора в ультрацентрифуге в том случае, когда коэффициент диффузии не зависит от концентрации, а коэффициент седиментации находится от нее в линейной зависимости. Это уравнение можно использовать и, оно действительно было применено [46] для определения примерно аналогичным способом кажущегося коэффициента диффузии для сравнения с наблюдаемым коэффициентом. Это также является чувствительным критерием монодисперсности, хотя следует иметь в виду, что используемое уравнение выведено в предположении, что изменения коэффициента седиментации в зависимости от концентрации малы. [c.50]

Дополнительное доказательство гомогенности при ультрацентрифугировании можно получить изменением плотности среды, в которой проводится ультрацентрифугирование (например, в тяжелой воде). Если при увеличении плотности среды граница седиментации будет иметь тенденцию к расширению это свидетельствует о нолиджсперс-ности препарата. И, наоборот, при относительно не изменяющейся ширине границы оседания при ультрацентрифугировании в средах с различной плотностью различия в плотности частиц нет. Этот способ исследования позволяет обнаружить в вирусном препарате неполные вирусные частицы. Они при одинаковом размере и форме отличают ся от полных частиц вируса только отсутствием нуклеиновой кислоты. Например, Ченг и Шахман нашли, что, если разница в плотности между растворенным материалом и средой равна 0,052 г/мл, разброс скоростей седиментации составит только 0,2% при различиях в плотности между частицами на 1 10 ООО, Однако если разница в плотности между частицей и средой уменьшается до 0,001 г/мл, это обусловит 10%-ный разброс в величинах коэффициентов седиментации [258, 259]. [c.152]

При концентрационно зависимой седиментации полидисперсного полимера из-за характера зависимости 5 (С) наблюдается замедление седиментации легких компонентов в области седиментации тяжелых, что приводит к увеличению относительной концентрации легких частиц в области седиментационной границы (так называемый эффект Джонстона—Огстона). Наиболее ярко эта разновидность эффекта автосжатия проявляется в эксперименте с двумя полимерными компонентами, достаточно различающимися по коэффициентам седиментации, когда образование отрицательного градиента концентрации медленного компонента в области седиментационной границы быстрого приводит к наблюдаемому уменьшению площади (под быстро седиментирующим пиком). Последнее более значительно, нежели то, которое обусловлено только секториальным разбавлением [2, 221 ]. При седиментации полимолекул яр ного вещества с непрерывным ММР эффект приводит к обогащению смеси легкими компонентами и получению искаженного ММР [222 ], причем эффект не исчезает и в 9-условиях [223]. Исключение влияния эффекта Джонстона—Огстона на форму седиментационной кривой экстраполяцией экспериментальных данных к С = О является наиболее надежным, но весьма трудоемким. [c.116]

Таким образом, задачу измерения градиента концентрации йС/йх = УС = п/к можно свести к измерению градиента показателя преломления Уп. Последний, в свою очередь, может быть измерен в абсолютных цифрах или в единицах (числе) интерференционных полос на единицу длины. Соответственно, методы измерения Уп могут быть подразделены на собственно рефрактометрические и интерферометрические. В первых непосредственно воспроизводится регистрирующим устройством кривая Ул = = [ (л ), которая затем подвергается графоаналитической обработке для расчета О или других параметров. В интерферометриче-ских методах производится, в сущности, счет полос, обусловленных разностью хода лучей, прошедших области кюветы с различными п. Точность интерферометрических методов регистрации по крайней мере на порядок выше, чем собственно рефрактометрических, однако применение их подчас бывает ограниченным в частности, некоторые из них оказываются непригодными для исследования подвижных границ, в седиментации или электрофорезе некоторые модификации интерферометрических методов требуют, чтобы кривые были обязательно симметричны и унимодальны (с одним максимумом, что гарантируется только в случае диффузии) и т. д. В сравнительно недавнее время были предложены варианты интерференционных методов, позволяющие одновременно непосредственно регистрировать формы кривых распределения (1п/с1х = / (х) или п (л ). [c.157]

Процесс седиментации в растворах полиэлектролитов осложняется зарядовыми эффектами I и П родов. Эффект I рода (эффект Смо-луховского) возникает из-за различия скоростей седиментации ионизованных макромолекул и их противоионов, что порождает тормозящий потенциал и вызывает уменьшение скорости седиментации макромолекул. Однако значительно сильнее влияет на седиментацию полиэлектролитное набухание, которое может приводить к резкому искажению формы седиментационной границы (рис. Vni.l), проявляющемуся в том, что кривая d Idx круто спадает со стороны мениска, а иногда граница вообще не отделяется от мениска. Этот эффект родственен автосжатию и вызван тем, что ионная сила убывает при переходе от области плато к периферии границы. Поэтому в области меньшей концентрации диффузия практически сведена на нет из-за сильного набухания. [c.193]

Из формы этого выражения очевидно, что и зависит от отношения гидродинамической экранирующей длины к толщине противоионной атмосферы. При/с" ,/сх> скорость электрофореза будет равна скорости, оншдаемой для свободно протекаемого клубка, и при постоянной плотности заряда QIZ не будет зависеть от длины цепи. Действительно, обнаружено, что в опытах по исследованию нефракционированных линейных цепных полиионов [831 ] наблюдается резкая электрофоретическая граница, а фракционирование полиэлектролита с гибкими цепями приводит к получению полиионов, подвижность которых идентична даже в том случае, если они резко различаются по длине [832]. На первый взгляд может показаться неожиданным, что поведение макромолекулярного клубка, который в процессе седиментации или диффузии ведет себя как непротекаемый, при электрофорезе должно быть таким, как будто он является свободно протекаемым. Однако Германе и Фуджита указали, что при предельно высокой ионной силе суммарная плотность заряда во всех точках исчезает и поэтому суммарная сила, действующая на любой элемент объема, равна нулю. При таких обстоятельствах нет оснований ожидать наличия эффектов взаимодействия, которые бы придавали клубку непроницаемость. Тщательная экспериментальная проверка других особенностей выражения, полученного Германсом и Фуд-житой, была проделана Нагасавой и др. [833]. Эти авторы показали, что подвижность нолииона, измеренная при конечных концентрациях полимерного компонента, уменьшается в результате ряда осложняющих факторов, и поэтому экспериментальные значения й до сравнения с теорети- [c.304]

Очень чувствительным тестом на монодисперсность является разработанная недавно методика [43, 44], в какой-то мере аналогичная электрофоретической методике Хоха [25]. Для системы, в которой происходит как обострение границы, вызванное изменением коэффициента седиментации с концентрацией, так и диффузия, можно найти условия, при которых оба эти эффекта равны и противоположны. В этих условиях граница принимает такую форму, что все точки с определенной концентрацией фракций имеют одинаковые коэффициенты седиментации. Это может происходить только при одной определенной скорости ротора. Из-за радиального разбавления приходится несколько усложнить измерения, чтобы установить, что описанные выше условия достигнуты из предварительных экспериментов необходимо знать как коэффициент диффузии, так и истинную зависимость от с. Максимальная высота кривой градиента концентрации, расстояние от оси вращения и угловая скорость ротора при этих условиях могут быть связаны с О — кажущимся коэффициентом диффузии. О учитывает факторы рас-1иирения границы как за счет диффузии, так и за счет нолидиснерсности. Если полидисперсность отсутствует, равно — коэффициенту диф- [c.49]

Сейчас можно по анализу формы кривой подвижной границы в ультрацентрифуге получить данные о степени полидисперспости по коэффициентам седиментации и описать их распределение. Это может быть достигнуто путем улучшенной регистрации границы в результате введения фазовой пластинки и точного установления положения базальной линии благодаря использованию двухсекторной ячейки. Эти два фактора позволяют определить йс/йг и, после интегрирования, с как функцию от г в зоне границы, причем точность будет достаточно высока для того, чтобы стало возможным применение недавно разработанной теории, связывающей эти параметры с распределением коэффициентов седиментации. Математически эта теория сложна [91, 118], и для ее использования требуется много точных измерений, расчетов и экстраполяций. Наблюдаемая градиентная кривая может быть пересчитана в кривую, описывающую функцию распределения коэффициентов седиментации (я), путем введения поправок к каждой точке наблюдаемой кривой, как это описано Зингером и Гроссом [119]. Последующая экстра- [c.60]

Коэффициенты диффузии. Коэффициенты диффузии почти всех биологических макромолекулярных препаратов были определены методом свободной диффузии, при котором наблюдают изменение во времени формы первоначально резкой границы между раствором и чистым растворителем. При этом используют шлирен- или интерференционную оптические системы. Исчерпывающее квалифицированное изложение этого вопроса содержится в обзоре Гостинга [53]. Две доступные интерферометрические системы (Гои [126—128] и Релея [129—132]) обеспечивают высокую степень прецизионности. Шлирен-оптика также дает точность, достаточную для многих целей. При изучении более вязких гликонротеинов основная практическая трудность состоит в создании хорошей первоначальной границы при соблюдении этого условия нет необходимости в очень высокой точности измерений. Эта трудность в известной степени может иметь место при применении для измерения диффузии ячейки ультрацентрифуги для искусственного образования границы. Очень резкие и симметричные границы позволяют проводить определения при малом расходовании изучаемого вещества. Ультрацентрифуга нри подобных экспериментах должна работать на низких скоростях вращения ротора, чтобы не происходило перераспределение компонентов полидисперсной смеси [133] и не было обострения границы за счет седиментации. Если благодаря высокому коэффициенту седиментации это невозможно, тогда Т) можно определить при различных скоростях вращения ротора и экстраполировать полученные данные к нулевой скорости вращения ротора [134]. [c.61]

Основная молекулярная форма ГТХ, первоначально названная Таммом ингибирующим муконротеином , представляет собой длинную нитевидную молекулу. При исследовании в ультрацентрифуге она дает один очень острый пик с коэффициентом седиментации 29,5 S [12]. Коэффициент диффузии равен 3,25-10" см сек [2]. Граница диффузии скошена. Характеристическая (экстраполированная, приведенная) вязкость lim i i— — l) [c.152]

Коллоидные свойства выражены в гораздо большей степени у полимеров, чем у основной молекулярной формы ГТХ. Растворы полимеров даже при сильном разбавлении дают эффект тиксотропии. По характеру вязкости такие растворы в значительной степени отличаются от ньютоновских. Характеристическая вязкость равна 800 мл г. При исследовании в ультрацентрифуге рассматриваемые формы ГТХ дают один чрезвычайно острый пик с коэффициентом седиментации 65 8 [13]. При исследовании разбавленных растворов, содержащих тетрамеры и основные молекулярные формы ГТХ, можно обнаружить два пика ). В концентрированных растворах поведение тетрамерных компонентов ГТХ в ультрацентрифуге сходно с поведением эластичного геля без поперечных связей. При исследовании свободной диффузии найдено, что границы заметно скошены, так же как это имеет место при диффузии геля, поэтому константа диффузии не определена. Однако вряд ли приходится сомневаться в том, что рассматриваемые формы являются тетрамерами основных молекулярных форм ГТХ. Поведение тетрамеров при свободном электрофорезе не отличается от поведения основных форм ГТХ. Видимый и ультрафиолетовый спектры обеих молекулярных форм ГТХ, а также инкремент показателя преломления одинаковы, в то же время отношение оптической плотности при 252 ммк к оптической плотности при 278 ммк несколько выше для тетрамерных форм ГТХ вследствие повышения светорассеяния полимерами. Полимеры растворимы в воде, но в разбавленных растворах солей их растворимость значительно меньше и они агрегируют в форме плоских, похожих на мембрану, веретеновидных пара-кристаллических тактоидов, в которых молекулы ориентированы продольно. [c.154]

Если скорости взаимных превращений достаточно велики для того, чтобы успевало установиться равновесие мономер—димер, то обе границы сливаются в одну асимметричную границу. Даже если пренебречь влиянием концентрации на характеристические скорости седиментации, такая граница имеет сложную форму, которую можно проанализировать с помощью теории, разработанной Гилбертом (см. Сапп, 1970 Van Holde, 1975). Общая концентрация растворенного вещества близка к нулю в хвостовой части границы, и равновесие сдвинуто в сторону образования мономера. В головной части границы, если концентрация там достаточно велика, происходит преимущественное образование димера. В результате образуется асимметричная граница, а положение в ячейке максимального значения дс/дх зависит от того, насколько равновесие сдвинуто в сторону образования мономера или димера. [c.245]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология