Седиментация и диффузия. Седиментационное равновесие

Молекулярный вес продуктов диссоциации определяют как химическими (ср. разд. 10.2.3 и 10.2.4), так и физическими методами. Для установления молекулярного веса обычно используют методы ультрацентрифугирования (седиментация, диффузия, седиментационное равновесие [104, 105, ПО—115]), измерения светорассеяния [116—118] и осмотического давления [136. Характеристическая вязкость полимерных цепей в конформации статистического клубка связана простым соотношением с молекулярным весом. Следовательно, он может быть найден по измерению вязкости [137] (ср. разд. 10.2.7.5). Плотности и вязкости различных водных растворов представлены в табл. 2. Размер полипептидных цепей при денатурации можно оценить пО полипептидам-маркерам с известными молекулярными весами при электрофорезе в полиакриламидном геле (ср. разд. 10.2.7.4) и гель-фильтрации (ср. разд. 10.2.7.5). [c.414]

Неионогенные ПАВ в водных растворах образуют мицеллы, веса которых составляют обычно несколько десятков тысяч. Их можно определить различными методами (измерениями светорассеяния, диффузии, по скорости седиментации и седиментационному равновесию), которые применяются и для определения молекулярных весов высокополимеров. Из этих методов для определения мицеллярных весов очищенных неионогенных ПАВ в водных растворах применялись методы светорассеяния и комбинированный метод измерения диффузии и вязкости. [c.133]

Молекулярный вес в ультрацентрифуге может быть определен не только по скорости седиментации, но также путем исследования распределения концентраций после установления равновесия между оседанием частиц и обратным процессом диффузии (седиментационное равновесие). Если при первом методе роль диффузионных процессов сравнительно невелика, то при седиментационном равновесии благодаря применению сравнительно слабых центробежных полей скорость седиментации и диффузионного переноса вещества близки. При равновесии эти скорости становятся равными, и перенос растворенного полимера прекращается. [c.412]

Существуют два главных явления, изучаемых при помощи ультрацентрифуги скорость седиментации и седиментационное равновесие вещества в растворе. Для изучения этих явлений необходима аппаратура двух типов, так как при сравнительно низких скоростях вращения—от 1000 до 20 ООО об/мин — скорость седиментации белков и высокополимерных соединений имеет тот же порядок величины, что и скорость диффузии, тогда как для того, чтобы преодолеть диффузию и получить пригодную для наблюдения перемещающуюся границу седиментации, необходимы чрезвычайно высокие скорости — до 75 ООО об/мин. Основными требованиями, предъявляемыми ко всем типам ультрацентрифуг, являются отсутствие вибрации и конвекции и, для оптической системы, четкость изображения. [c.488]

При осаждении частиц ультрамикрогетерогенных систем создается градиент концентраций, который является движущей силой диффузии частиц в направлении, обратном седиментации. При равенстве диффузионного и седиментационного потоков устанавливается так называемое диффузионно-седиментационное равновесие, характеризующее термодинамическую седиментационную устойчивость таких систем. Частичная концентрация на высоте к равна [c.77]

Оптические методы исследования распределения концентраций в процессе седиментации или в состоянии седиментационного равновесия довольно сложны. Обычно используется зависимость показателя преломления раствора от его концентрации. Этот способ регистрации используется и в других исследованиях — при определении коэффициента диффузии или в случае электрофореза по методу Тизелиуса, при обсуждении которых он и будет рассмотрен более подробно. [c.64]

Если в системе силы тяжести полностью уравновешены силами диффузии, наступает так называемое седиментационное равновесие, которое характеризуется равенством скоростей седиментации и диффузии. При этом через единицу поверхности сечения в единицу времени проходит вниз столько же оседающих частиц, сколько их проходит вверх с диффузионным потоком. Седиментационное равновесие наблюдается не только в коллоидных растворах, но и в молекулярно-дисперсных системах. Это равновесие характеризуется постепенным уменьшением концентрации частиц в направлении от нижних слоев к верхним. Распределение частиц в зависимости от высоты столба жидкости подчиняется гипсометрическому (или барометрическому) закону Лапласа в применении к золям при [c.307]

Процесс седиментации постепенно приводит дисперсную систему к упорядоченному состоянию, так как оседающие частицы располагаются в соответствии с их размерами (в нижних слоях преобладают крупные, затем более мелкие). Через какой-то промежуток времени все частицы могли бы осесть, как бы малы они ни были. Однако этому противодействуют броуновское движение и диффузия, стремящиеся распределить частицы равномерно по всему объему дисперсионной среды. Между процессами седиментации и диффузии устанавливается равновесие, характеризуемое неоднородным распределением частиц по высоте столба. Мелкие частицы сильнее испытывают влияние диффузии и располагаются в основном в верхних слоях, более крупные частицы под действием силы тяжести располагаются в нижних слоях. Установившееся состояние системы называют седиментационно-диффузионным равновесием. Путем подсчета частиц на двух уровнях можно определить массу и радиус частиц. [c.375]

Диффузионно-седиментационное равновесие. Выше рассмотрены два крайних случая поведения частиц дисперсной фазы в вязкой среде. В одном случае игнорировалось действие силы тяжести, в другом (при изучении седиментации) не принималось в расчет броуновское движение. При совместном протекании диффузии и седиментации в системе устанавливается равновесное распределение частиц по высоте, описываемое уравнением [c.156]

Это соотношение описывает распределение концентраций частиц вдоль оси пробирки при установлении равенства встречных потоков диффузии и седиментации, т. е. при седиментационном равновесии. Нетрудно видеть, что, измеряя концентрацию исследуемого вещества вдоль ячейки после установления равновесия (это можно сделать в аналитической ультрацентрифуге), легко определить молекулярную массу полимера. Действительно, из (18.20) следует, что если концентрация исследуемого полимера в точках, находящихся на расстоянии r и Га от оси ротора, равна соответственно i и Сг, то [c.336]

Однако надо иметь в виду, что, как уже указывалось, такое равновесие частиц в поле земного тяготения можно наблюдать лишь для коллоидных и весьма малых дисперсных частиц, размеры которых не превышают десятых долей микрона. Для них сила тяжести уравновешивается диффузией, стремящейся выровнять концентрации частиц, и наступает так называемое седиментационное равновесие. Для систем с более крупными частицами (начиная с 1 мк) уже наблюдается седиментация, т. е, свободное их оседание под действием силы тяжести. Седиментация, следовательно, происходит в грубодисперсных системах, размер частиц в которых превышает 1 мк. [c.29]

Анализ при приближении к седиментационному равновесию метод Арчибальда) измеряет изменение локальной концентрации в полимерном растворе или коллоидной суспензии в течение квазиравнО весия (неустановившегося равновесия) между седиментацией и диффузией под влиянием слабого центробежного поля. [c.122]

Седиментационное равновесие в градиенте плотности позволяет установить изменение градиента плотности в растворе полимера, который достигается в столбике жидкости, представляющей собой смесь легкого и тяжелого растворителей, при равновесии между седиментацией и диффузией под влиянием слабого центробежного поля. [c.123]

При определении молекулярной массы по методу седиментационного равновесия знание коэффициента диффузии не является необходимым. В этом случае используют более низкое число оборотов. По сравнению с предыдущим методом, для которого необходимо гравитационное поле до 400 ООО g, здесь достаточно центробежной силы, в 10 — 15 тыс. раз превосходящей земное притяжение. Через несколько часов или через несколько суток процесс седиментации и обратной диффузии достигает состояния равновесия, при котором перемещение частиц отсутствует. Измерив градиент концентрации белка от мениска до дна ячейки, можно вычислить его молекулярную массу. Медленное установление равновесия — недостаток метода. Этого можно избежать при проведении определения по Арчибальду. В этом низкоскоростном методе для расчетов можно использовать градиент концентрации, образующийся в измерительной ячейке у мениска жидкости (до отделения белковой зоны). Метод нулевой концентрации в мениске, предложенный в 1964 г., делает возможным достижение седиментационного равновесия при высокой скорости ротора (высокоскоростной метод), в этом случае белковая зона уже отделена от мениска. Это дает возможность сократить время эксперимента до 2 — 4 ч. [c.361]

Седиментация — оседание (или всплывание) частиц в дисперсионной среде под действием гравитационного поля. Фактором, противодействующим седиментации, является диффузия, стремящаяся выровнять концентрации по всему объему. Действие гравитационных сил оказывается преобладающим лишь для более крупных частиц. Для мелких частиц скорость диффузии достаточна, чтобы предотвратить их оседание. Совокупное действие седиментации и диффузии приводит к установлению с течением времени седиментационного равновесия, характеризующегося постепенным уменьшением концентрации от нижних к верхним слоям раствора. [c.22]

Метод равновесной седиментации в градиенте плотности основан на следующем. Если поместить в ячейку центрифуги смесь низкомолекулярных жидкостей (растворителей) различной плотности, то при сильном центробежном ускорении (более 10 м/с ) через некоторое время в кювете установится седиментационное равновесие, т.е. в радиальном направлении возникнет постоянный во времени градиент плотности. Если в таком бинарном растворителе содержится полимерный компонент с плотностью, промежуточной между плотностями элементов растворителя, то полимер начнет собираться в полосы в тех местах кюветы, где его плотность равна плотности бинарного растворителя. Чем ниже молекулярная масса, тем больше коэффициент диффузии и тем сильнее размывается эта полоса (изоденса). Для сополимеров (если сомономеры имеют разные плотности) в результате установления равновесия могут появиться несколько полос макромолекулы с различной плотностью соберутся в разные полосы. Следует отметить, что метод применим для молекулярных масс выше критической, иначе ширина полосы становится соизмеримой с длиной ячейки. [c.325]

Существует несколько физических методов абсолютного измерения молекулярных масс, в первую очередь основанных на использовании седиментации или рэлеевского рассеяния света. Они требуют существенно большего количества индивидуального биополимера, чем описанные химические и биохимические методы, проводятся путем прецизионных измерений на дорогостоящем оборудовании и применительно к задаче измерения молекулярных масс белков и нуклеиновых кислот постепенно утрачивают свое значение. Седиментационные методы основаны на использовании уравнений (7.2) или (7.3). В первом случае измерению подлежат константа седиментации биополимера и коэффициент диффузии. Во втором случае нужно достичь состояния седиментационного равновесия и измерить распределение концентрации исследуемого биополимера вдоль центрифужной ячейки, т.е. концентрацию биополимера на нескольких разных расстояниях г от оси ротора. Оба метода требуют определения парциального удельного объема, или, что то же самое, плавучей плотности биополимера в условиях, используемых для седиментации. [c.267]

По скорости седиментации По седиментацион-ному равновесию Диффузия через мембрану Термо диффузия Зонное плавление [c.69]

Вообще при отсутствии постороннего электролита кажущийся молекулярный вес полимера с зарядом Z будет MI Z -f 1) [105, 125]. Это соотношение справедливо для измерений как седиментационного равновесия, так и скорости седиментации и диффузии. Даже при большой ионной силе раствора поведение заряженных молекул отнюдь не является таким простым, как это предполагают [105, 180]. [c.57]

Если предположить, что коэффициенты седиментации и диффузии не зависят от концентрации растворенного вещества, то изменение концентрации по мере приближения к седиментационному равновесию подчиняется следующему соотношению [60] [c.62]

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]

Используя данные, полученные с помощью трех различных методов, можно оценить вес вирусной частицы. Из величины радиуса инерции, определенной по светорассеянию, и данных электронной микроскопии следует, что частица вируса ВТМ представляет собой стержень длиной 3000 А. Рентгеноструктурный анализ показывает, что на каждые 69 А длины приходится 49 белковых субъединиц. Таким образом, всего в вирусе 49-3000/69 = 2130 белковых субъединиц. Молекулярный вес этих частиц, определенный по данным об их аминокислотном составе, составляет 17 420. Отсюда для молекулярного веса белка вируса получается величина 2130 17 420 = 37,2 10 . Поскольку вирус на 5% состоит из РНК, вес всей частицы равен 37,2 10 /0,95 = = 39- 10 . Этот результат находится в хорошем согласии со значениями молекулярного веса, полученными путем измерения светорассеяния, седиментации и диффузии, а также с помощью метода седиментационного равновесия. [c.362]

СЕДИМЕНТАЦИЯ И ДИФФУЗИЯ. СЕДИМЕНТАЦИОН-НОЕ РАВНОВЕСИЕ [c.79]

Можно указать три варианта, в которых операция (2.122) осуществляется в конкретных опытах. Наиболее благоприятен простейший из них, при котором непосредственно измеряемая величина сама по себе от М не зависит. Как правило, такой величиной оказывается концентрация, а фракционирующим параметром — координата х. Этот вариант опытов благоприятен еще тем, что фракционирующий параметр непосредственно входит в схему опыта преобразованная функция сразу получается в виде спектра смещений п х), с х) или их первых производных по х (седиментация, седиментационное равновесие, диффузия). Наиболее просто задача решается при скоростной седиментации, когда сам фракционирующий параметр является одно-однозначной функцией М при этом спектр смещений q x) оказывается просто нелинейным преобразованием МВР [c.110]

Наибольшее значение, с нашей точки зрения, имеют методы светорассеяния, приближения к седиментационному равновесию и сочетания седиментации и диффузии. Эти методы позволяют как правило, определять Мп и Мт- Меньшее значение имеют методы измерения М осмометрия, крио- и эбулиоскопия, газовая осмометрия — измерение тепловых эффектов конденсации. Это связано с тем, что последние методы существенно ограничены по интервалу измерения ММ, очень чувствительны к низкомолекулярным примесям. [c.180]

Во-вторых, с помощью физико-химических методов, применимых. к белковым растворам, можно установить молекулярный вес. Он может быть определен несколькими различными приемами, при условии, если материал монодисперсен. К таким приемам относятся методы измерения осмотического давления, светорассеяния, седиментационного равновесия и измерения скорости седиментации и диффузии. Все эти приемы основаны на различных принципах и часто дают не вполне совпадающие результаты. Это объясняется тем, что получаемые данные зависят не только от размеров и массы, но и от. электрического заряда, формы и степени гидратации белковых молекул. При измерении скорости движения частиц (например, скорости диффузии или скорости седиментации) хорошие результаты получаются только для тех молекул, форма которых близка к шарообразной, ибо они ведут себя в соответствии с изученными закономерностями. Отклонение от сферической формы (фибриллярные белки) и гидратация молекул приводят к различным ошибкам, так как движение молекул замедляется в результате увеличения коэффициента трения или эффективного размера частиц. [c.128]

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]

Штамм [119] впервые измерял скорости седиментации и седиментационного равновесия целлюлозы в медноаммиачном растворе. Он определял константу диффузии с помощью преимущественно применявшихся тогда измерений в ультрацентрифуге. Однако в дальнейшем выяснилось, что измеренная таким путем скорость диффузии протеинов может оказаться завышенной на 30%, а в отношении целлюлозы погрешность может быть еще больше. Юлландер [120] показал, что перемещение пограничного слоя седиментации во времени в случае нитроцеллюлозы почти целиком обусловливается полидисперсностью, а не диффузией. Этим, а также и тем, что кислород был неполностью удален из растворов, объясняется тот факт, что молекулярный вес альфа-целлюлозы хлопковых линтеров, измеренный Штаммом (50000), меньше значений, полученных в настоящее время. Значения, вычисленные Штаммом по седиментационному равновесию, также были невелики, потому что молекулярный вес его целлюлозы был слишком большим, чтобы строго подчиняться простейшим термодинамическим зависимостям [116]. Дальнейшие исследования показали, что целлюлоза является высокомолекулярным веществом. [c.213]

Диффузия противодействует седиментации, стремясь выравнять концентрацию дисперсных частиц в системе. В результате одновременного действия седиментации и диффузии в системе устанавливается седиментационное равновесие. Для него характерно неравномерноё распределение частиц дисперсной фазы по высоте системы — концентрация частиц дисперсной фазы уменьшается по мере увеличения высоты (рис. VI.4) и происходит высветление системы в ее верхних слоях. [c.274]

Седиментация частиц дисперсной фазы под действием сильг тяжести приводит к концентрированию частиц в нижней части сосуда (или в верхней, если плотность вещества дисперсной фазы ниже плотности дисперсионной среды). Для частиц достаточно малого размера, у которых склонность к седиментации выражена слабее, а коэффициент диффузии — выше, седиментации противостоит стремление к равномерному распределению частиц по высоте вследствие броуновского движения. Если между процессами седиментации и диффузии наступает равновесие — седиментационно-диффузионное равновесие, то устанавливается и определенное равновесное распределение частиц по высоте. Получить условие седиментационно-диффузионного равновесия можпо как из кинетических, так и из термодинамических соображений. [c.154]

Седиментационное равновесие. Крупные частицы, взвешенные в жидкости, если они обладают большей по сравнению с жидкостью плотностью, под действием силы тяжести оседают на дно. Процесс этот носит название седиментации. Скорость его находится в прямой зависимости от размеров частиц более крупные частицы оседают быстрее, чем мелкие. Фактором, противодействующим этому оседанию, является диффузия, стремящаяся, наоборот, выравчить концентрации. Диффузия более мелких частиц протекает с большей скоростью она замедляется с увеличением размера частиц. [c.505]

В методе седиментационного равновесия определяется распределение концентрации в ячейке при условии равновесия между седиментацией и диффузией, действующими в противоположных направлениях. Скорость вращения ротора при таких измерениях должна быть небольшой, чтобы предотвратить сосредоточение тяжелых компонент на дне ячейки (10 —10 об1мин). [c.191]

При бесконечном разбавлении двухкомпонентного раствора член, заключенный в квадратные скобки в числителе, стремится к единице. Поскольку в этих формулах коэффициент диффузии не фигурирует, с их помощью можно вычислять молекулярный вес непосредственно по данным седиментации. Если d jdr измеряется в точке перегиба (средняя точка на фиг. 35, Л), то с равно просто начальной концентрации и можно применять формулу (Х.7). Подставляя в формулу (Х.8) тангенс угла наклона кривой зависимости In с от для системы, находящейся в равновесии, а также значения других фигурирующих в этом выражении параметров, получаем средневесовой молекулярный вес. Последний способ расчета имеет то преимущество, что он основан на применении интерференционной оптики, обеспечивающей большую точность измерения, чем теневой метод. Если кривая зависимости In от обращена выпуклостью вверх, то это свидетельствует о полидисперсности системы. Вогнутый характер кривой означает, что раствор является неидеальным. С помощью данных по седиментационному равновесию можно также рассчитать Z-средний молекулярный вес и оценить, таким образом, полидисперсность системы. [c.193]

Если уравнение (22-23) применяется к полимерным смесям, то получающийся средний молекулярный вес зависит от способа, который мы выбираем для определения з я О яз данных по седиментации и диффузии . Если уравнения (22-16) и (22-18) образуют основу для расчета 5, то получается среднее весовое значение коэффициента седиментации. Оно может быть скомбинировано с весовым средним значением коэффициента диффузии (см. стр. 410), но отношение этих величин не дает одинакового средневесового молекулярного веса. Вообще предпочитают использовать осмотическое давление, рассеяние света, седиментационное равновесие или методы Арчибальда для гетерогенных смесей, так как эти методы допускают точную математическую обработку. По этой причине мы не будем рассматривать здесь молекулярные [c.436]

Обычные суспензии и эмульсии содержат частицы, сильно отличающиеся друг от друга по их величине. В задачу седиментационного анализа входит не только установление размеров самых крупных к самых мелких частиц, но и определение полного гранулометрического или фракционного состава дисперсных систе.м, позволяющее установить процентное содержание в них отдельных фракций в заданных интервалах радиусов частиц. (Само собой разумеется, что частицы исследуемой суспензии должны иметь одинаковый химический состав.) Седиментационный анализ в описанном ниже виде неприменим для определе ния величины частиц порощков, если они заметно набухают в жидкости, являющейся дисперсионной средой. У мелких частиц с размерами порядка десятых и сотых долей микрона полной седиментации препятствует диффузия, поэтому действие силы тяжести может привести только к установлению седиментационного равновесия. [c.313]

В седиментационном анализе можно проводить два типа экспериментов. При анализе методом скоростной седиментации проводят определения скорости оседания и диффузии частиц при бioльшиx скоростях вращения ротора, тогда как при анализе методом седиментационного равновесия выжидают установления равновесия между процессами седиментации и диффузии в процессе центрифугирования при меньших скоростях вращения ротора. Теоретически неоднородность распределения по молекулярным весам в образце можно охарактеризовать с помощью обоих указанных методов, получая методом скоростной седиментации распределение по коэффициентам седиментации, а методом седиментационного равновесия — распределение по молекулярным весам. Распределение по молекулярным весам легче интерпретировать хими-ку-полимерщику, не имеющему специальной подготовки. Было показано, что детализированный характер распределения по коэффициентам седиментации можно получить методом скоростной седиментации в отсутствие дополнительных предположений о форме кривой распределения. Такие дополнительные предположения, как правило, необходимы при анализе методом седиментационного равновесия. Скоростное ультрацентрифугирование приобрело, следовательно, наиболее широкое распространение при исследовании неоднородности распределения но молекулярным весам полученные этим методом данные обычно комбинируют с результатами других измерений, преобразуя кривую распределения по коэффициентам седиментации в кривую распределения по мол екулярным весам, в ряде случаев более подходящую для целей исследования. Метод седиментационного равновесия применяется в основном в качестве способа определения абсолютных величин средних молекулярных весов, но применение этого метода для растворов в смешанных растворителях ультрацентрифугирование в градиенте плотности), как недавно было показано, позволяет оценить распределение полимера по плотности. [c.216]

Процесс оседания частиц под действием силы тяжести носит название седиментации. Скорость его находится в прямой зависимости от размеров частиц более крупные частицы оседают быстрее, чем мелкие. Диффузия же протекает с большей скоростью в случае более мелких частиц и замедляется с увеличением размера частиц. Если степень дисперсности мала (диаметр частиц больше 4 т ), то такие частицы не совершают броуновского движения и их способность к диффузии равна нулю. Здесь сила тяжести резко преобладает над силами диффузии. При достаточно высокой степени дисперсности частиц броуновское движение, как движение диффузионное, стремится к выравниванию концентраций во всем объеме дисперсной системы. Однако в достаточно толстых слоях полного выравнивания не достигается. Здесь в результате взаимодействия между силой тяжести и силой диффузии устанавливается некоторое состояние равновесия, характеризующееся постепенным уменьшением концентрации в направлении от нижних слоев к верхним. Это седиментационное равновесие оно характеризуется равенством скоростей седиментации и диффузии, когда через единицу поверхности сечения в единицу времени проходит вниз столько же оседающих частиц, сколько их проходит вверх с диффузионным потоком (в силу различной концентрации). Это явление наблюдается не только в коллоидных растворах, но и в молекулярнодисперсных системах. [c.352]

Если в системе силы тяжести полностью уравновешены силами диффузии, наступает так называемое седиментационное равновесие, которое характеризуется равенством скоростей седиментации и диффузии. При этом через единицу поверхности сечения в единицу времени проходит вниз столько же оседающих частиц, сколько их проходит вверх с диффузионным потоком. Седиментационное равновесие наблюдается не только в коллоидных растворах, но и в молекулярно-дисперсных системах. Это равновесие характеризуется постепенным умеиь- [c.391]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология