Гидродинамические методы исследования макромолекул

Исследование методом ГПХ полиэлектролитов имеет специфи ческие особенности по сравнению с хроматографией олигомеров или полимеров. В процессе ГПХ поведение макромолекул определяется главным образом их гидродинамическими размерами, а характерной особенностью нолиэлектролитов является зависимость размеров макромолекул от pH и ионной силы раствора. Чем меньше значение pH и ионной силы раствора, тем выгоднее становятся более развернутые конформации макромолекул полиэлектролитов (так называемое полиэлектролитное набухание). Их среднестатистические размеры растут и это приводит к уменьшению удерживаемых объемов в ГПХ. При отсутствии других [c.164]

Гидродинамические методы исследования макромолекул [c.187]

Для количественной оценки гидродинамических радиусов клубков макромолекул полиарилатов можно воспользоваться теорией Флори разработанной им для исследования разветвленных полимеров. Метод Флори заключается в сравнении размеров клубков макромолекул в 0-растворителе (состав О-растворителя таков, что при измерении вязкости раствора полимера в нем при 0-температуре параметр а в уравнении Марка —Хувинка равен 0,5). [c.135]

Изучение диффузии в растворах полимеров является одним из важнейших методов исследования размеров и формы макромолекул. Величина В, непосредственно связанная с вязкостью, характеризует гидродинамические свойства макромолекул. В. Н. Цветковым 5 ] был разработан наиболее точный метод определения коэффициента поступательной диффузии, основанный на применении поляризационного интерферометра А. А. Лебедева и проведен ряд важных иссле- [c.38]

Наиболее плодотворным оказывается комплексное изучение свойств растворов блок- и графтполимеров с применением всех гидродинамических и оптических методов исследования структуры макромолекул (см. [33]). Такое изучение было проведено для ряда графтполимеров стирола (прививаемый компонент В) с метил-н бутилметакрилатом (основной компонент А) [464, [c.237]

Любая внешняя сила, действующая на взвешенные частицы, может вызвать перенос массы [согласно уравнению (10.37)]. Исследование действия разных сил требует применения весьма различной экспериментальной аппаратуры и при этом выявляются весьма различные аспекты структуры и свойств молекул. В этой главе мы подробно рассмотрим перенос массы, вызванный силой, которая обусловлена радиальным ускорением в ультрацентрифуге. Мы выбрали этот пример, потому что на практике для количественного анализа свойств макромолекул ультрацентрифугирование применяют гораздо охотнее, нежели другие гидродинамические методы. [c.223]

Существующие методы определения ДЦР являются не только косвенными, но содержат в себе условные положения, что приводит к неоднозначности результатов исследования. В основе этих методов лежит учет относительного уменьшения размеров молекулярного клубка с появлением разветвленности, поэтому для характеристики разветвленности принято использовать отношения средних квадратов радиусов инерции — фактор g и эффективных гидродинамических радиусов — фактор к, разветвленной и линейной макромолекул одинаковой молекулярной массы. Величины g к И являются функциями величины т в зависимости от типа разветвленности. [c.124]

Другим методом определения размеров макромолекул является исследование их гидродинамических свойств при вращательном движении (вязкость, двойное лучепреломление в потоке) или поступательном движении (диффузия, седиментация в ультрацентрифуге). При этом теория, связывающая указанные свойства с размерами макромолекул, основывается на определенных модельных представлениях, касающихся как геометрии цепи, так, и степени ее гидродинамической проницаемости для растворителя. В настоящее время общепризнанной является точка зрения Флори [ ], согласно которой длинные и гибкие макромолекулы практически подлостью увлекают при своем движении весь растворитель, находящийся в их объеме, так что их гидродинамические свойства подобны гидродинамическим свойствам сплошных частиц. В соответствии с этим характеристическая вязкость макромолекул выражается формулой, аналогичной формуле Эйнштейна [c.22]

В основе всех методов лежат физические законы, контролирующие транспортные свойства макромолекул коэффициент поступательной диффузии О, константа седиментации 5о и хроматографическая подвижность = (1 4- К ) или удерживаемый объем Эти законы связывают транспортные свойства макромолекул с геометрическими, массовыми, химическими, структурными, гидродинамическими и другими характеристиками полимерных цепей и поэтому транспортные методы используют не только для определения средних значений величин, но, самое главное, для исследования полидисперсности полимеров. [c.216]

Промышленная ценность полиэтилена вызвала широкий интерес к установлению корреляций между его физическими свойствами и параметрами первичной структуры, такими, как молекулярный вес, молекулярно-весовое распределение и разветвленность цепей. Из методов анализа поведения макромолекул в разбавленных раствора.х, которые могут быть использованы для определения перечисленных параметров, практически наиболее важным является метод рассеяния света под различными углами. Этот метод дает информацию о размерах макромолекул и их конформациях в растворах. Поскольку во всех гидродинамических и термодинамических исследованиях главной искомой величиной является конформация цепи н ее зависимость от природы растворителя, температуры, молекулярного веса и химического состава, этому параметру уделено особое внимание в данном изложении. [c.9]

Среди многочисленных работ, посвященных изучению эффекта Максвелла в системах с жесткими частицами, можно различить два основных направления. К первому относятся исследования с целью проверки основных положений и выводов теории, причем в некоторых случаях экспериментальные данные сравниваются с данными других методов. В работах другого направления двойное лучепреломление используется как метод структурного исследования, т. е. изучения геометрических гидродинамических и оптических свойств частиц (макромолекул) в растворе. При этом используемые теоретические зависимости считаются применимыми к изучаемой системе. [c.596]

Изучение свойств растворов полимеров имеет огромное значение. В частности, исследование зависимости вязкости раствора от молекулярного веса (определенного одним из независимых абсолютных методов) дает возможность быстро определять эту важнейшую характеристику полимера. Изучение гидродинамических свойств растворов позволяет выявить форму макромолекул, особенно в разбавленных растворах, где взаимодействие между макромолекулами минимально. Кроме того, имеются и другие очень важные обстоятельства, побуждающие к тщательному изучению растворов полимеров, в том числе и растворов полиарилатов. [c.112]

В этой главе мы последовательно рассмотрим проблему изучения химического строения, или структурной формулы, белка, исследование вторичной спиральной структуры цепи и в этой связи — опыты с модельными синтетическими веществами полипептидами, без которых нельзя было бы столь быстро научиться понимать белки. Далее мы рассмотрим третичную структуру белковых макромолекул и наиболее совершенный метод ее изучения — рентгеноструктурный анализ, а также многочисленные физикохимические свойства белков, зависящие от макромолекулярной структуры — гидродинамические, оптические, электрические. Наконец, мы остановимся па современных методах разделения, очистки и идентификации белков. [c.10]

Гомогенность таких полимеров должна намного превосходить гомогенность фракций, полученных обычными методами осаждения или экстракции. Поэтому они представляют особую ценность, как идеальный объект для исследования гидродинамических характеристик и конфигурации макромолекул. [c.178]

Из изложенного следует, что, вопреки часто встречаюш емуся мнению, исследование рассеяния света практически не дает нам сведений о размерах макромолекул независимо от гипотез относительно их структуры. Такие сведения могли бы быть получены только из изучения рассеяния света под очень малыми углами, что практически невозможно. Тем более сказанное относится к методам определения размеров макромолекул по их гидродинамическим свойствам. Гидродинамические свойства макромолекул в растворе (вязкость, седиментация,, поступательная и вращательная диффузия), несомненно, определяются размерами макромолекул, однако эта зависимость часто довольно сложна и определение размеров макромолекул из их гидродинамических параметров требует известных модельных предположений. [c.306]

Во вступлении к этой главе было указано, что для удовлетворительной характеристики состояния макромолекулы в растворе необходимо установление нескольких параметров. Поэтому для такой оценки часто требуется объединять информацию, полученную несколькими экспериментальными методами. Прежде всего рассмотрим картину, наблюдающуюся для жестких глобулярных частиц [754]. Если ограничиться описанием таких макромолекул как эллипсоидов вращения (а бо.чее подробное описание находится за пределами исследования свойств раствора), то необходимы следующие параметры молекулярный вес М2, молярный объем гидродинамически эквивалентных эллипсоидов Ve и осе- [c.263]

Единственный путь определения формы молекул состоит в том, чтобы сделать их тем или иным способом видимыми , например с помощью рентгеновской кристаллографии. При исследовании высокомолекулярных веществ в растворе в настоящее время можно лишь выяснить, в какой степени их гидродинамическое поведение согласуется с принятой молекулярной моделью. Реально возможно рассматривать лишь те модели, которые поддаются обработке методами теоретической гидродинамики. Этому условию отвечают только модели эллипсоидов вращения (вытянутых или сплюснутых у полюсов) и модели гауссовых клубков. Последний тип моделей более близок физико-химикам, работающим в области полимеров, чем химикам, специализирующимся но белкам. Действительно, подобные конформации характерны скорее для длинных гибких нитевидных молекул, которые в растворе под влиянием броуновского движения принимают конфигурации неупорядоченных клубков, занимающих приблизительно сферическую область пространства. Свойства растворов молекул такого типа рассмотрены Флори [13] и Тенфордом [189]. Ограничения, налагаемые теорией, приводят к тому, что рассматриваемые модели лишь весьма приближенно описывают форму молекул. Реальные макромолекулы очень редко имеют форму правильных эллипсоидов вращения и никогда не бывают нитями незначительной толщины. В настоящее время детально выяснена форма молекул нескольких белков, например миоглобина [190] и рибонуклеазы [191], причем очень трудно подобрать подходящий эллипсоид, который аппроксимировал бы форму молекул этих веществ. Молекулы белков и, по-видимому, гликонротеинов могут иметь неправильную форму. Более того, нет оснований предполагать, что они являются вполне жесткими и непроницаемыми для растворителя. [c.73]

Калориметрические исследования показывают, что при замораживании раствора белка около двух молей воды на моль аминокислот (0,4 г Н2О иа 1 г белка) остаются в незамороженном состоянии. Ясно, что состояние этой воды обусловлено присутствием белка. По данным ЯМР и диэлектрической дисперсии в белковом растворе при комнатной температуре каждая аминокислота ограничивает свободу движения нескольких молекул воды. По-видимому, эти молекулы воды взаимодействуют с белком либо настолько часто, либо настолько прочно, что в результате скорость вращательного движения молекул воды уменьшается. Однако не ясно, тождественны ли эти молекулы тем, которые по данным калориметрии не кристаллизуются при охлаждении. Имеются и другие молекулы воды, связывающиеся с макромолекулами более слабо, но тем не менее вносящие свой вклад в свойства водных растворов белков. Часть воды может задерживаться в полостях или углублениях молекулы белка. Даже не будучи прочно связанной, она будет двигаться с белком, что приведет к увеличению кажущегося размера молекулы белка. Такая вода будет влиять на гидродинамические свойства, но ее нельзя выявить как связанную ни методом ЯМР, ни термодинамическими методами. [c.189]

В заключение остановимся еще на одном важном методе исследования макромолекул в растворах. Еще Максвеллом было открыто интересное явление динамического двойного лучецреломления, т. е. двойного лучепреломления жидкости в потоке. Жидкость в поле градиента скорости становится анизотропной, приобретает свойства двухосного кристалла [ ]. Это объясняется ориентацией анизотропных молекул в потоке и их растяжением. Очевидно, что динамическое двойное лучепреломление тесно связано с гидродинамическими свойствами молекул. [c.39]

Регулярная 12-лучевая структура гибридного полимера была подтверждена гидродинамическими методами [60] и специальным способом селективной окислительной деструкции фуллеренового ядра в сочетании с хроматографическим анализом [60-62]. В процессе деструкции фуллеренового ядра путем окисления связей С=С системой КМп04-дибензо-18-краун-6 цепи вырезаются по отдельности. Исследование продуктов деструкции позволяет получить информацию не только о молекулярно-массовых характеристиках полимерных цепей, входящих в гибридную макромолекулу, но и оценить их число и местоположение на молекуле фуллерена. [c.208]

В работах [52, 53, 60] опубликованы данные исследования образцов звездообразных фуллеренсодержащих полимеров, различающихся по структуре ядра моноядерного 6-лучевого и дву-ядерого 12-лучевого (продукта попарного сочетания 6-лучевого полимера) полистиролов, а также моноядерного гибридного 12-лучевого полимера с равным числом лучей из полистирола и по ли-7ире 7-бути л метакрилата [60] классическими гидродинамическими методами (скоростная седиментация, поступательная диффузия, вискозиметрия) в разбавленных растворах. Диффузия гибридного полимера изучена с привлечением метода невидимок [60]. Определены ММ, асимметрия, гидродинамический радиус макромолекул и число ветвлений, изучен композиционный состав полимерного продукта и идентифицированы примеси [59, 74]. Полученные данные сопоставлены с трансляционной и вращательной подвижностью линейных полимеров, аналогов отдельного луча и звездообразных макромолекул. Проведено сравнение гидродинамических характеристик Сбо-содержащих полимеров со свойства- [c.210]

Настоящая монография посвящена в основном гидродинамическим и оптическим свойствам макромолекул и методам их изучения, к числу которых относятся вязкость, светорассеяние, диффузия, седиментация, динамическое двойное лучепреломление. В книге подробно рассмотрено приложение указанных методов исследования к ряду конкретных и важных проблем определению молекулярных весов, молекулярно-весовых распределений, размеров макромолекул, их формы, структуры, разветвленности, гибкости, внутренней подвижности, стереорегулярности, анализу композици-онной неоднородности сополимеров. Книга рассчитана на широкий круг научных работ-ников и инженеров, работающих в области физики, химии, биологии, физической химии и технологии синтетических и биологических полимеров, а также на преподавательский состав и студентов старщих курсов вузов, специализирующихся по указанным наукам. [c.2]

Физические и химические свойства белков, Р-ры Б. обладают рядом свойств, характерных для лиофильных коллоидных р-ров. Частицы Б. не проходят через полупроницаемые мембраны, что используется для их очистки от низко-молекулярных соединений диализом. Наличие на поверхности частиц Б. многочисленных полярных групп обусловливает их значительную гидратацию. Так, количество гидратационной воды, связанной с альбуминами и глобулинами, составляет 0,2—0,6 г на 1 г сухого веса Б. В определенных условиях Б. образуют гели (студни). Во многих случаях Б. удается получить в кристаллич. виде. Б. в р-рах седимен-тируют в ультрацентрифугах при ускорении порядка 200 000 константы седиментации (s) Б. находятся в пределах от l-10 i до lOO-lO i сек. Коэфф. диффузии Б. О,МО —10-10 см /сек средний удельный объем 0,75 см г. Эти физико-химич, характеристики используются для определения мол. веса Б., а также степени асимметрии их молекул е/а, где в и а — продольная и поперечная полуоси гидродинамически эквивалентного эллипсоида, приближенно принимаемого за форму молекулы Б. Мол. вес Б. — от 5000 до нескольких миллионов, в/а — от 1 до 200. Для определения мол. весов и размеров молекул Б. широко применяется метод светорассеяния. Мол. веса могут быт1> определены также методом осмометрии, методом исследования монослоев на поверхности жидкой среды. Размеры молекул Б. определяются методом двойного лучепреломления в потоке, измерением коэфф. вращательной диффузии. Макромолекулы некоторых Б. наблюдались в электронном микроскопе. Для изучения структуры Б. широко применяется метод рентгеноструктурного анализа и электронографии. [c.193]

Неоднократно отмечалось, что уравнения для определения молекулярного веса гидродинамическими методами применимы, строго говоря, только для двухкомпонентной системы (высокомолекулярное растворенное вещество + растворитель). Однако лишь совсем недавно был теоретически исследован тот факт, что отклонения значений коэффициентов седиментации и диффузии, которые не устраняются даже при экстраполяции к нулевой концентрации, связаны с наличием в системе третьего компонента. Даже в двухкомпонентной системе может находиться растворитель, ассоциированный с макромолекулой, который физически отличается от растворителя в объеме системы. Такое явление наблюдается, найример, в непосредственном окружении карбоксильного иона, где вода более упорядочена и имеет несколько иную плотность (эффект электрострикции [108, 109]). Само по себе это не приводит к отклонениям молекулярных весов по сравнению с определенными в однокомпонентном растворителе [1101, но в присутствии третьего компонента возможна его избирательная ассоциация с макромолекулярными частицами, что является потенциальным источником ошибок. Эта проблема обсуждается в работах [5, 91], где показано, что в присутствии третьего компонента, не являющегося электролитом, с концентрацией с , молекулярным весом Мг и парциальным удельным объемом Уг наблюдаемый молекулярный вес отличается от истинного на коэффициент [c.58]

Для книг такого рода, как наша, стало традицией начинать изложение гидродинамических методов с описания диффузии, и не потому, что изучение диффузии является мощным или часто применяемым методом. В действительности измерения диффузии макромолекул в растворе очень трудны. Более того, экспериментальные данные по диффузии не дают сведений о форме макромолекулы или молекулярной массе, если одна из этих величин не определена заранее. Тем не менее в общем среди гидродинамических методов метод диффузии является самым простым, и в отличие от других методов в нем пользуются уравнениями, решения которых имеют удобный аналитический вид. В последние годы как весьма перспективный способ быстрого и точного исследования диффузии развивается метод неупругого светорассеяния. Этот метод, который, возможно, вновь возродит интерес к изучению диффузии, кратко обсуждается в гл. 14. Более детально с ним можно ознакомиться в книге Берна и Пекоры (Berne, Pe ora, 1975). [c.205]

В предшествовавших параграфах мы рассмотрели различные методы измерения молекулярного веса и молекулярновесовых распределений. Очень важным параметром структуры макромолекул является их геометрический размер, т. е. средний радиус клубка. Во второй главе мы детально ознакомились со значением этой величины, ее зависимостью от жесткости цени и свойств растворителя. Измерение среднего радиуса макромолекулы может быть осуществлено с помощью гидродинамических констант — характеристической вязкости и коэффициента поступательного трения. Однако в этих случаях мы должны независимо определить молекулярный вес полимера. Существует прямой метод измерения средних размеров макромолекулы-клубка, не требущий никаких дополнительных исследований, — это изучение углового распределения рассеянного света, или, иначе говоря, дифракционного рассеяния света макромолекулами [20]. Выше мы рассматривали рассеяние света частицами, значительно меньшими, чем длина волны. В этих случаях можно считать, что световые волны, испускаемые различными точками объекта (рассеянные волны), колеблются с одинаковыми фазами. Однако, когда размер клубка начинает приближаться к длине волны света (а у цепных макромолекул с молекулярным весом порядка нескольких мил-R [c.157]

Теоретичесние основы методов ультрацентрифугирования весьма Еодробво и доступно изложены в гл. Исследование гидродинамических свойств макромолекул и поли-дисперсности с помощью ультрацентрифуги монографии В. Н. Цветкова, В. Е. Эскина и С. Я. Френкеля Структура макромолекул в растворах , изд-во Наука , М., 1964. Сведения, необходимые для отработки методики, проведения расчетов и т. н., изложены также в написанной В. О. Шпикнтером главе в сб. Современные методы в биохимии , изд-во Медицина , М., 1964.— Прим. перев. [c.217]

Информацию о форме несферическпх макромолекул можно получить, исследуя их двойное лучепреломление в условиях гидродинамического ориентирования, которое имеет место в потоке жидкости. Кристаллическое вещество, которому свойственно двойное лучепреломление, имеет по существу не один, а два показателя преломления, соответствующие различным осям кристалла это обстоятельство приводит к ряду оптических явлений, которые можно наблюдать с помощью светового поляризационного микроскопа. Даже макромолекулярные кристаллы , например гранулы крахмала, дают в поле поляризационного микроскопа характерное изображение (темные кресты и другие картинки). Двойное лучепреломление возникает вследствие анизотропии расположения молекул, благодаря чему свет распространяется вдоль одной из осей кристалла со скоростью, отличной от скорости распространения вдоль другой оси. Когда анизотропные вещества находятся в растворе, а не в кристалле, то при исследовании с помощью поляризационного микроскопа двойного лучепреломления не обнаруживают, что обусловлено беспорядочным расположением молекул. Если каким-то образом заставить молекулы принять определенную взаимную ориентацию, то можно было бы наблюдать двойное лучепреломление. Ориентирование молекул осуществляют двумя методами либо приложением электрического поля, либо гидродинамическим способом. Первый метод называют электрическим двойным лучепреломлением, второй — двойным лучепреломлением в потоке. Ориентирование молекул вдоль направления струи (вдоль линии потока) показано на рис. 7.21. [c.426]

Мы привели в этом параграфе ряд примеров изучения методом светорассеяния свойств макромолекул, проявляющих повышенную жесткость цепи. Это относится как к коротким цепям обычных (гибкоцепных) полимеров, так и к полимерам, молекулы которых имеют вторичную структуру (ДНК, ПБГ) или циклизован-ную (частично пли полностью) структуру основной цепи. Известное положение о плодотворности комплексного изучения структуры макромолекул в особенности Относится к исследованию свойств полужестких и жесткоцепных молекул — объектов во многих отношениях необычных и проявляющих особые, а подчас и уникальные свойства. Обзор свойств полужестких цепных молекул, обобщающий определенный этап исследования гидродинамических (вязкость, диффузия, седиментация) и оптических (динамическое и электрическое двулучепре-ломление) свойств их растворов, читатель найдет в обзорной статье В. Н. Цветкова [241]. [c.146]

С помощью динамических методов светорассеяния проводят также изучение структуры гелей и механизмов их образования [88, 99]. В работе [102] исследовали диффузию макромолекул в гелях, в частности движение фракций декстрапа в гелях альгината кальция и агарозы. Динамические методы светорассеяния неоднократно использовали для исследования структуры и поведения ДНК в растворах [33, 35, 41]. В работе [72] изучены изменения конформации спирали ДНК при связывании различных агентов. Обнаруженное с помощью СКУРС расщепление коэффициента диффузии ДНК динуклеосомального размера (в среднем 375 пар оснований) после понижения ионной силы свидетельствует о том, что предположение о простой связи гидродинамического радиуса с размером частицы может приводить к ошибочным заключениям относительно конформации молекулы [87]. Изучение с помощью динамического рассеяния света переходов типа скручивание-раскручивание у рибонуклеазы А в широком диапазоне температур показало ценность этого метода для исследования [c.547]