Методы, применяемые для исследования макромолекул

Рассмотренный в обзоре материал иллюстрирует широкие возможности использования стабильных радикалов для исследования молекулярных движений, структуры и структурных переходов в полимерах. Метод парамагнитного зонда применим для исследования процессов кристаллизации и ориентации полимеров, структурирования и деструкции, пластификации и наполнения. Метод может быть использован для исследования гетерофазных систем, таких, как совмещенные полимеры и блоксополимеры, компоненты которых отличаются по молекулярной подвижности. Широкие перспективы открываются при использовании этого метода для исследования растворов и латексов полимеров растворимости, конформационных переходов и т. д. В дальнейшем, по-видимому, стабильные радикалы найдут применение не только в качестве зонда, но и в качестве спиновых меток, т. е. радикалов, химически связанных с макромолекулами полимера. Спиновые метки особенно перспективны для иссле- [c.60]

К олиго- и полисахаридам относятся соединения, молекулы которых построены из остатков моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями. Разграничение олигосахаридов и полисахаридов не может быть сделано строго, поскольку природные углеводы представлены почти непрерывным рядом соединений от моносахаридов до высших полисахаридов. Однако с методической точки зрения целесообразно считать олигосахаридами соединения, содержащие до 8— 10 моносахаридных звеньев, а к полисахаридам относить более высокомолекулярные сахара. Внутри класса олигосахаридов различают в зависимости от числа моносахаридных звеньев дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т. д. Олигосахаридами в принятой выше несколько условной классификации можно считать соединения, при изучении которых могут быть применены обычные логические подходы и методические приемы органической химии. Так, олигосахариды, как правило, можно выделить в индивидуальном состоянии и для них возможно установление однозначной структурной формулы, в том смысле, как это принято в органической химии. Для полисахаридов, напротив, понятие индивидуального вещества заменяется понятием смеси полимергомологов с однотипной структурой макромолекул. Поэтому и структурные формулы полисахаридов носят несколько условный характер, отвечающий условности соответствующего понятия в химии высокомолекулярных соединений. Отсюда вытекает и ряд различий в методах исследования обоих классов углеводов для олигосахаридов характерны методы классической органической химии, для полисахаридов — методы химии высокомолекулярных соединений. [c.419]

Важнейшей областью применения эксклюзионной хроматографии является исследование высокомолекулярных соединений. Применительно к синтетическим полимерам этот метод за короткий срок занял главенствующее положение для определения их молекулярно-массовых характеристик и интенсивно используется для изучения других видов неоднородности. В химии биополимеров эксклюзионную хроматографию широко применяют для фракционирования макромолекул и определения их молекулярной массы. [c.48]

Основная физическая идея о макромолекуле, как о линейной кооперативной системе, и воплощение этой идея с помощью модели Изинга были вначале применены к исследованию макромолекулы в растворе и в высокоэластическом состоянии. В дальнейшем американские ученые начали развивать конформационную статистику биополимеров, создав, в частности, теорию переходов спираль — клубок, основанную на той же идее и том же методе. Позднее представление об одномерной кооперативности было применено автором этих строк к исследованию редупликации дезоксирибонуклеиновой кислоты. [c.7]

Исследование макромолекул как синтетических, так и биологических полимеров требует прежде всего определения молекулярных весов (м. в.). Эти определения производятся в растворах полимеров с помощью ряда методов. Методы, основанные на понижении точки замерзания и на повышении точки кипения раствора, — криоскопия и эбуллиоскопия — пригодны лишь для весьма разбавленных растворов полимера малого молекулярного веса (100—5000). Чувствительность таких методов падает с увеличением м. в., и ими практически не пользуются. Метод изотермической перегонки, основанный на понижении давления пара над раствором по сравнению с чистым растворителем, достаточно точен в интервале м. в. 1000—20 ООО, но связан с большими экспериментальными трудностями [47, 52]. Теоретические основы этого метода в сущности те же, что и метода измерения осмотического давления, осмометрии, который весьма широко применяется в физике и физической химии полимеров [47, 52, 53]. [c.146]

Определение молекулярных характеристик по данным эксклюзионной хроматографии проводят с помощью калибровочной кривой, отражающей связь удерживаемых объемов с молекулярной массой. Существует несколько методов калибровки хроматографической системы. Наиболее надежным из них является калибровка по узкодисперсным образцам исследуемого полимера (М лг/Мп=<1,1). В этом случае хроматографируют ряд стандартов, перекрывающих требуемый диапазон молекулярных масс, измеряют удерживаемые объемы в максимумах пиков и строят зависимость логарифма молекулярной массы от удерживаемого объема, получая калибровочную кривую типа показанной на рис.2.16. Если по каким-либо причинам не удается получить линейную калибровочную зависимость, то нелинейную 8-образную кривую аппроксимируют полиномом (обычно достаточно полинома третьей степени). Этот метод часто используют при исследовании индивидуальных макромолекул, в частности, белков. Так, на рис.2.18 приведена Калибровочная зависимость для геля TSK3000SW, построенная по 25 белкам. Однако для многих типов синтетических полимеров такие стандарты обычно отсутствуют, а их приготовление чрезвычайно трудоемко. Наиболее доступны стандарты полистирола. Они, как правило, имеют нормальное логарифмическое ММР, для которого справедливо соотношение Мр= /Муу Мп (Мр — молекулярная масса, соответствующая максимуму пика полимера), и широко применяются в практике эксклюзионной хроматографии. При использовании калибровочной кривой, построенной по полистирольным стандартам, для определения молекулярных характеристик других полимеров результаты получают в относительных величинах (в так называемой полистирольной шкале ). [c.53]

Метод получил широкое распространение в молекулярной биологии и медицине. Применение метода к исследованию мембран позволило получить важную информацию о подвижности липидов в составе мембран. Однако, когда метод применяется к исследованию конформаций биологических макромолекул, результаты в подавляющем большинстве носят сугубо качественный характер, а в тех случаях, когда используются модели, дающие количественные результаты, нет единого подхода у различных авторов даже при исследовании одних и тех же объектов. Такая ситуация не может считаться удовлетворительной и, на наш взгляд, требует анализа. [c.223]

Метод поляризованной люминесценции эффективно применяется к изучению комплексов макромолекул нуклеиновых кислот с малыми молекулами, в частности с молекулами акридиновых красителей. Исследования таких комплексов дают важную информацию о конформационной структуре нуклеиновых кислот (см. [276] и гл. 8). [c.325]

Характерную фибриллярную структуру имеют растянутые образцы ПЭВД. Существуют различные способы вытяжки, в частности, вытяжка на холоду, вытяжка при повышенной температуре (выше температуры плавления), например методом экструзии с последующим раздувом, которая применяется при промышленном получении пленок из полиэтилена. Исследование структуры таких растянутых пленок, а также волокон методами двойного лучепреломления и рентгеновской дифракции позволило получить ряд важных результатов и сопоставить их с механическими свойствами. Результаты этих исследований показали, что в образцах, растянутых на холоду, как в пленках, так и в волокнах, ось с и, следовательно, оси макромолекул ориентированы преимущественно вдоль направления вытяжки. Оси Ь и д ориентированы равномерно в перпендикулярной плоскости. [c.146]

Возможно исследование этим методом вулканизованных эластомеров, однако для этого необходимо применять специальные методики. Например, при изучении структуры вулканизованного изопренового каучука методом ТЭМ образцы растворяют или подвергают набуханию в стироле с последующей его полимеризацией. После контрастирования образцов тетраоксидом осмия наблюдается сетчатая структура с размером ячейки, хорошо согласующимся со среднеквадратичной длиной фрагмента каучука между узлами сшивания. По данным распределения по размерам можно построить кривую распределения плотности сшивания. В образцах, полученных из раствора, наблюдаются сферические частицы с диаметром, соответствующим ассоциатам из 10 макромолекул. [c.356]

Для установления химического состава высокомолекулярных соединений используются обычные приемы элементарного анализа [1,2]. Что касается выяснения их строения, то задача оказалась настолько сложной, что до сих пор на страницах научных журналов не прекращается полемика по этому вопросу, несмотря на широкое привлечение для его разрешения новейших химических, физико-химических и физических методов исследования. Хотя подобные методы и сходны с теми, которые применяются при исследовании низкомолекулярных веществ, они все же отличаются некоторым своеобразием, связанным с особыми свойствами макромолекул, со сложной структурой их. Поэтому при попытке установить строение высокомолекулярных соединений нередко приходят к противоречивым результатам. [c.8]

В зависимости от природы высокомолекулярного соединения и его стойкости к различным воздействиям применяются гидроли . тический, термический, окислительный и другие методы деструкции. Рассмотрим использование некоторых из них при изучении строения типичных представителей высокомолекулярных соединений — натурального каучука и целлюлозы [3,4], именно на этих веществах. были разработаны основные методы исследования структуры макромолекул. [c.9]

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) -важнейший спектроскопический метод выяснения молекулярной структуры и стереохимии органических соединений. Спектроскопия ЯМР широко применяется в органической, неорганической, металлоорганической, биологической и медицинской химии, где с ее помощью получают детальную ин юр-мацию не только о низкомолЬкулярных соедининиях, но и о синтетических и природных полимерах и макромолекулах. Кроме того, спектроскопия ЯМР находит широкое применение для исследования цутей биосинтеза, химической динамики, а также для непосредственного изучения все большего числа внутриклеточных процессов, целых органов и даже живых организмов. Эта глава, однако, посвящена главным образом определению структуры органических соединений с помощью спектроскопии ЯМР Н и С. [c.79]

Особый интерес для установления взаимного расположения заместителей в макромолекуле представляет метод ЯМР высокого разрешения, так как положение пиков в спектрах ЯМР в большой степени зависит от ближайшего окружения атомов в цепи. Этим методом, в частности, доказано, что в некоторых случаях заметная-часть мономерных звеньев соединена между собой в положении 1,2 в продуктах полимеризации СН. =СРа и СН2=СНР она составляет соответственно около 10 и 30%. Метод ЯМР С, который применяется для исследования соединений по естественному содержанию тяжелого изотопа углерода С, оказывает существенную помощь при установлении строения разветвленных высокомолекулярных соединений [5]. [c.20]

Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что, как это указывает и сам автор в предисловии, данная книга отнюдь не монографический обзор современного состояния теоретической физики полимеров. Излагаемый в книге скейлинговый подход очень эффективен для исследования свойств гибкоцепных макромолекул в хорошем растворителе, однако для исследования жесткоцепных полимеров и полимерных систем в плохом растворителе необходимо применять другие методы, которые ь книге почти не рассматриваются. [c.6]

Криос конический метод определения молекулярного веса можно применять для исследования полимеров, молекулярный вес которых не превышает 5000. В основу криоско-пического метода положено устанонление количества кинетически независимых частиц в растворе. Чтобы результаты испытаний отражали действительное количество макромолекул в растворе, концентрация исследуемого раствора должна быть такой, при которой его свойства приближались бы к свойствам идеальных растворов. Область приближения реальных растворов высокомолекулярных соединений к идеальным растворам характеризуется столь большими разбавлениями, что величины температурной депрессии невозможно установить при помощи термометра Бекмана. Поэтому криоскопический метод применяют в редких случаях, когда требуется установить молекулярный вес наиболее [c.77]

Принципиальными отличиями эксклюзионной хроматографии от других вариантов являются заранее известная продолжительность анализа в конкретной используемой системе, возможность предсказания порядка элюирования компонентов по размеру их молекул, примерно одинаковая ширина пиков во всем диапазоне селективного разделения и уверенность в выходе всех компонентов пробы за достаточно короткий промежуток времени, соответствующий объему У . Хотя данный метод применяют, главным образом, для исследования ММР полимеров и анализа макромолекул биологического происхождения (белки, нуклеиновые кислоты и т.д.), указанные особенности делают его чрезвычайно перспективным для анализа низкомолекулярных примесей в полимерах и предварительного разделения проб неизвестного состава. Получаемая при этом информация существенно облетает выбор наилучшего варианта ВЭЖХ для анализа данной пробы. Кроме того, микропрепаративное эксклюзионное разделение часто используют в качестве первого этапа при разделении сложных смесей путем комбинации различных видов ВЭЖХ. [c.42]

Таким образом, методы исследования локальной конформации полимерных цепей оказываются практически идентичными тем которые применяются для исследования молекулярной структура низкомолекулярных соединений. В то же время методы изучени. конформации макромолекулы как целого в определенной степеш могут считаться специфическими для полимерных объектов. Одниг, tr из таких методов является рассеяние света, измерение которог о Дебай предложил использовать для характеристики размеров поли-, мерных цепей, размеры которых сравнимы с длиной волны Я. Анало- гичный подход использовался также в методе ренртеновской дифракции под малыми углами, что дало возможность исследовать микроструктуру полимеров на уровне элементов размерами порядка сотен ангстрем. В табл. III.1 дан перечень методов исследования структуры полимеров. Естественно, в определенных случаях удается получать косвенную информацию о конформации полимерной цепи в целом по результатам исследования локальной структуры макромолекулы на уровне сегментов. Следует также заметить, что методы исследования свойств растворов полимеров, служащие для характеристики конформации макромолекулы в целом, а также методы исследования набухания, динамических свойств и т. п., позволя- [c.162]

Спектрополяриметрия — один из наиболее эффективных методов изучения конформации О. а. п. в растворе. Наиболее успешно этот метод применялся при исследовании полипептидов, где удалось установить прямую зависимость между степенью спирализации макромолекулы и значением константы Ь в ур-нии Моффита и Янга — 630° для 100%-ной правоспи- [c.244]

Одним из методов, который успешно применяют для разделения тяжей ДНК, является предложенный Доти и Мармуром [23] метод термической обработки ДНК в растворителе с низкой ионной силой. Однако для его применения в случае исследования ДНК или ДНП, поврежденных ионизирующей радиацией, необходимо точеое тестирование образования одиночных полинуклеотидных участков после термического разделения тяжей ДНК. Обычно о разделении тяжей судят на основании изменения молекулярного веса, поведения полимера при центрифугировании в градиенте плотности СзС1 и т. д. Анализируя ряд экспериментальных подходов, дающих возможность судить о наличии в растворе однотяжевых структур, можно прийти к выводу о том, что один из наиболее перспективных методов, дающий прямой ответ на вопрос о количестве тяжей в макромолекуле полимера,— это определение характера кинетических закономерностей деградации. Принцип метода применим к тем деградационным воздействиям, которые вызывают статистически независимые единичные разрывы в главных цепях валентностей. [c.9]

И. И. первый применил метод дробного фракционирования для характеристики полидисперсности советских синтетических каучуков, осуществил подробнейшее исследование действия света и кислорода на натрий-дивиниловый каучук, изучил влияние природы растворителей на набухание различных типов синтетических каучуков, первый в СССР с успехом применил двойное лучепреломление в потоке как метод характеристики формы макромолекул. Великая Отечественная война прервала па некоторое время работы И. И. в этом направлении, но уже в 1945 г. он с обычной энергией продолжает эти работы. И. И. ставит широкие исследования величины и формы (разветвленпости) макромолекул советских синтетических каучуков, па основе изучения физико-химических свойств их растворов. Эти исследования имели целью разработку простых и падежных методов контроля процесса полимеризации и характеристики получающегося полимера и изучение влияния различных факторов, в частности температуры и способа полимеризации, на ве,дичину и строение макромолекул каучука, в особенности на их пространственную конфигурацию. [c.10]

Другой метод, широко используемый в последнее время для исследования макромолекул,— поляриметрия. Этот метод применим лишь для оптически активных веществ, каковыми, например, является большинство важных макромолекул живых организмов. Оптическая активность чрезвычайно чувствительна к конформационным переходам и является неоценимой для исследования переходов спираль — клубок. За последние годы получено все возрастающее число синтетических оптически активных полимеров, что позволяет воспользоваться специфическими возможностями ноляриметрии для дальнейшего развития наших представлений о поведении растворенных цепных молекул в целом. Теория оптической активности в общем и оптической активности полимеров в частности была рассмотрена Урнесом и Доти [477], Московитцем [478] и Тиноко [479]. [c.170]

Частицы небольшого размера, в том числе макромолекулы, выявляют методом напыления. Для этого металл —хром или платину — испаряют в вакууме и напыляют под определенным углом на поверхность исследуемого образца. Так можно увидеть отдельные молекулы ДНК, хотя и при сравнительно низкой разрешающей способности. Собственно, видны не сами молекулы, а только их тени , которые в 2—3 раза шире. При исследовании белков часто применяют метод негативного контрастирования. Суть метода состоит в следующем тонкий слой раствора, содержащего исследуемые белки и электроноплотное вещество (например, фосфоволь-фрамовокислый натрий в концентрации 1%), наносят на углеродную пленку-подложку и высушивают. Образуется однородный электроноплотный слой, характеризующийся тем, что в местах локализации молекул белка отсутствует соль фосфовольфрамовой кислоты отсюда и термин негативный контраст . [c.20]

Теория флуктуациоииого рассеяния света была развита Эйнштейном (1910) и особенно плодотворно применена для растворов макромолекул Дебаем (1947). В настоящее время измерения светорассеяния являются одним из наиболее важных методов исследования растворов белков и высокополимерных веществ. [c.56]

В заключение следует упомянуть, что для исследования взаимосвязи между структурой и биологическим действием было проведено значительное число синтезов цепей инсулина с различными последовательностями. После комбинирования таких аналогов с природными или синтетическими цепями определялся спектр их биологического действия. Так как природный инсулин относительно легко доступен, структурные изменения в молекуле могут быть проведены с помощью семисинтетических операций, причем такой частичный синтез возможен как исключительно химическим путем, так и с применением ферментативных методов. Подробности приведены в рекомендуемых обзорах. Поскольку инсулин, будучи макромолекулой, действует иммуногенно, для терапевтических целей очень важно, чтобы иммунный ответ в организме больных диабетом оставался на возможно низком уровне. Как правило, у большинства больных это так. В особых случаях применяют инсулин с иJмeнeнными антигенными свойствами (имеется в виду инсулин из других видов и модифицированный инсулин с уменьшенными антигенными свойствами). [c.269]

При изучении физической структуры полимеров (формы макромолекул и конформационных превращений, водородных связей, надмолекулярной структуры), а также и химического строения применяются разнообразные физические методы исследования микроскопия (световая, ультрафиолетовая, электронная) рентгеносчруктурный анализ электронография спектроскопия (ультрафиолетовая, инфракрасная, ядерного магнитного резонанса и др.) оптические методы (метод двойного лучепреломления) и др. [c.143]

В последнее время для исследования толщины поверхностного адсорбционного слоя макромолекул стали применять метод эл-липсометрии, основанный на отражении поляризованного света от покрывающей поверхность адсорбента полимерной пленки. [c.12]

Для исследования механизма структурообразования в водных системах желатины, яичного альбумина, казеина изучалась кинетика роста прочности пространственной структуры во времени и способность ее к обратимому восстановлению после разрушения [17], а также конформационные изменения молекул белка в этих условиях [18]. В работе использовались следующие методы для измерения прочности — метод тангенциально смещаемой пластинки Вейлера — Ребиндера [19], для исследования конформационных превращений макромолекул — поляриметрические методы (оптическое вращение и дисперсия оптического вращения). Для выяснения фазовых превращений в процессе гелеобразования желатины применялся макрокалориметр типа Кальве [20]. [c.354]

На изложенной выше основе разработан радиоспектраль-ный метод исследования термодинамических характеристик парамагнитных растворов и смесей, который предназначен для исследования обратимых процессов перераспределения парамагнитного и диамагнитного вещества в растворах и смесях. Способ рекомендуется применять в нефтехимии, углехимии и физике макромолекул, коллоидной химии, в молекулярной биологии и химической физике для исследования процессов, связанных с генерацией, и обменом парамагнитных центрюв между диамагнитными и парамагнитными компонентами в растворах и смесях. Физическая сущность способа заключается в использовании эффекта спин-решеточной релаксации, вследствие чего долю диамагнитных и парамагнитных компонентов смеси [c.22]

Изложенному методу присущи два недостатка. Во-первых, теория не вполне правильно предсказывает характер влияния молекулярного веса на вязкость, как это показано 151 расчетами для исследованных высокомолекулярных образцов. Во-вторых (и это является наиболее важным), существует разительное расхождение между значениями рассчитываемыми по формуле (20а) и определяемыми экспериментально для растворов в плохих растворителях. Формально это может объясняться неверной оценкой величины А в формуле (22), которая для плохих растворителей становится очень малой. Физическая причина этого — в существовании ассоциации макромолекул и образовании структуры в плохом растворителе. Наличие надмолекулярных ассоциатов должно приводить к повышению вязкости, причем образующиеся асссциаты должны быть большими по размеру и более устойчивыми для растворов полярных полимеров. Эти соображения согласуются с экспериментальными результатами, представленными на рис. 12. Для систем такого рода рассматриваемая модель, конечно, не может быть применена. [c.239]

Таким образом, точность метода реплик при правильной работе можно считать вполне удовлетворительной, во всяком случае пока речь идет об определении структурных элементов с размерами 100 А и более. Для этих условий, как отмечается в литературе, практически безразлично, применяют ли предварительно оттененную реплику, или же оттеняют уже снятую с объекта реплику. Несомненно, ренлики с успехом могут применяться и применяются для изучения более мелких деталей, но здесь положение становится менее определенным. С одной стороны, егце недавно считали, что углеродные реплики могут воспроизвести детали размером в 20 и даже 10 А [79]. На высокую точность углеродных реплик указывают также Лабав и Уайкофф [136]. Авторы при помощи предварительно оттененных углеродных реплик изучали расположение макромолекул в кристаллах различных вирусов и для наиболее низкомолекулярных соединений обнаружили частицы со средним размером 30—40 А. Они пришли к заключению, что лимитирующим фактором здесь является не точность самого метода реплик, а чистота препаратов (белковые и другие загрязнения биологических препаратов нередко настолько прочно удерживаются на поверхности, что они как бы входят в состав самого объекта), а также возможные деформации реплик под действием электронной бомбардировки нри больших увеличениях. С другой стороны, как отмечалось ранее, исследования последнего времени позволили установить существенные искажения в передаче изображения мелких деталей углеродными репликами из-за деформации последних. Однако имеющегося пока материала недостаточно для того, чтобы делать более определенные заключения. Несомненно, этот вопрос нуждается в весьма тщательном дальнейшем изучении. Можно лишь сказать, что наиболее благоприятные условия для передачи изображения будут в случае частиц простейших геометрических форм — сферической и кубической [79]. [c.112]

Преимущества метода реплик состоят в том, что его можно применять ко всем высокомолекулярным соединениям, в том числе нерастворимым, и определение молекулярного веса производить также и на технических смесях, так как присутствие других ингредиентов обычно не мешает измерению. Реплики получают с поверхности излома замороженного полимера. Естественно считать, что межмолекулярные силы слабее, чем внутримолекулярные, представляющие собой силы химической связи. Поэтому образования, наблюдаемые на микрофотографиях реплик с поверхности излома полимеров, могут быть интерпретированы как одиночные макромолекулы или их агрегаты. Однако иногда бывает нелегко отличить молекулу от агрегата или от структурных неоднородностей материала, применяемого в качестве промежуточного отпечатка, что является недостатком метода реплик. Проще обстоит дело с исследованием биологических макромолекул, значительн5 ю часть которых составляют белки с очень большим молекулярным весом, часто равным нескольким миллионам. Помимо большой величины этих молекул, исследование облегчается также тем, что их можно получить в кристаллическом состоянии и периодичность структуры поверхности кристалла позволяет проводить более точную идентификацию. [c.252]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология