Молекулярный измерения в ультрацентрифуге

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

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

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

Поскольку количественного соотношения между коэффициентом поступательного трения и молекулярным весом молекул полимера нет, измерение коэффициента диффузии не дает возможности непосредственно находить молекулярный вес. Это возможно только при сочетании измерения коэффициента диффузии с другими методами, основанными на изучении гидродинамических свойств макромолекул в растворе, например, с измерением седиментации в ультрацентрифуге (см. гл. V) или вязкости [9]. [c.122]

Последующие годы ознаменовались чрезвычайно сильным развитием методов синтеза в области высокомолекулярных соединений. Из крупнейших достижений этого периода следует отметить полимеризацию мономеров диенового ряда, изученную С. В. Лебедевым и приведшую к промышленному производству синтетических каучуков, а также разработанные Карозерсом методы поликонденсации, с помощью которых было получено множество новых синтетических веществ, в частности важных волокнообразующих полимеров — полиамидов и полиэфиров. Наряду с этим в 40-х годах интенсивно изучались природные полимеры — целлюлоза, крахмал, каучук. Из крупнейших достижений физики полимеров того времени следует упомянуть разработку безупречных методов измерения молекулярных весов макромолекул (осмометрию и измерение светорассеяния), а также изучение седиментации в ультрацентрифуге, построенной Сведбергом. [c.16]

Седиментация (в большинстве случаев в ультрацентрифуге) используется для определения мольной массы молекулярных коллоидов (макромолекул). В этих же целях применяют измерения осмотического давления, вязкости, коэффициента диффузии. [c.499]

В 1935 г. в химии полимеров начали применяться физические методы измерения молекулярных весов применение этих методов к целлюлозе и ее производным рассмотрено в обзоре Кремера и Лансинга [12]. Ультрацентрифуга оказалась особенно ценной при исследовании белков, однако в то время этих приборов было очень мало. Для определения молекулярных весов было также предложено измерение осмотического давления, однако измерения по этому методу занимают много времени. [c.100]

Получение функции распределения высокодисперсных систем при помощи ультрацентрифуги было реализовано Сведбергом и его сотрудниками и в особенности Ринде Такие определения, как и определения молекулярных весов (по седиментационному равновесию) коллоидов, основаны на измерении концентраций в центрифугируемой пробе на различном удалении от оси вращения. Такого рода измерения до сих пор осуществляются, например, посредством фотографирования вращающейся кюветы и последующего фотометрирования фотографий, полученных через различное время после начала центрифугирования. [c.22]

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]

В случае неорганических веществ и простых органических соединений метод определения молекулярного веса по осмотическому давлению не обладает преимуществами по сравнению с другими методами, такими, как определение молекулярного веса по понижению температуры замерзания. Однако в случае веществ с очень высоким молекулярным весом этот метод оказался очень удобным именно при помощи этого метода был впервые достоверно определен в 1925 г. молекулярный вес гемоглобина. Значение молекулярного веса гемоглобина, найденное Адером и равное 68 ООО, было подтверждено данными измерений, произведенных с использованием ультрацентрифуги. [c.284]

Определение молекулярного веса производится методами, обычно применяемыми для высокополимеров, — путем измерения осмотического давления, с помощью ультрацентрифуги, вискозиметрическим методом и т. д. Применение этих методов в случае высших полиоз связано с рядом трудностей, обусловленных нестойкостью растворов (выпадение полиоз в осадок, ассоциация молекул). Для получения более надежных данных полярные группы молекул высокополимеров иногда предварительно защищают , переводя полиозы в алкильные (метильные) или ацильные (ацетильные) производные, что препятствует ассоциации определения проводят в неводных растворителях (хлороформ, дихлорэтан и т. д.). [c.699]

Амилоза — это линейный высокополимерный углевод, состоящий из остатков молекул глюкозы, соединенных 1,4-а-глюко-зидными связями. Все простые крахмалы содержат 20—30% амилозы. Исключение составляют восковидные крахмалы, в которых амилозы очень мало или совсем нет и которые, по существу, состоят из амилопектина. (Амилопектин, полимер с разветвленной цепью, является основным компонентом всех простых крахмалов.) Амилозы, выделенные из различных крахмалов, имеют разный молекулярный вес. Например, средний молекулярный вес амилозы, выделенный из кукурузного крахмала, равен 300 000 [80], а из картофельного крахмала — 1 ООО ООО [29]. Измерения вязкости показывают, что молекулярные веса амилоз, полученных из других крахмалов, имеют промежуточные значения. Седиментационные исследования на ультрацентрифуге [10, 12, 25, 80] и изучение фракций [29] показали, что в амилозе имеются молекулы с различной длиной цепи распределение по длинам цепей в амилозе, полученной из кукурузного крахмала [29], приближается к распределению, предполагаемому для полимеров, полученных поликонденсацией. [c.527]

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

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

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

Метод седиментации в ультрацентрифуге является абсолютным методом измерения молекулярной массы полимера, так как в нем не делается никаких предположений о конформациях макромолекул. [c.415]

Растворы белков обладают многими свойствами, которые характерны для лиофильных коллоидных растворов. Молекулы белков не проходят через полупроницаемые мембраны, и это используется для их очистки от низкомолекулярных примесей при помощи диализа. Представляет большой интерес определение размеров, формы белковых молекул и молекулярных весов белков. Для этой цели используется целый ряд физико-химических методов. Так, белки в растворах седиментируют в ультрацентрифугах при ускорениях до 200 ООО g , величины констант седиментации колеблются от 1 Ю до 90—100 сек. Коэффициенты диффузии — в пределах от 0,1 10 до 10- 10 средний удельный объем — около 0,75 см г. Размеры и форму (асимметрию) частиц белка определяют, кроме того, методами светорассеяния, двойного лучепреломления в потоке, измерениями вязкости, коэффициента вращательной диффузии, но, по-видимому, наиболее точно — прямым наблюдением в электронном микроскопе в тех случаях, когда молекулы белка достаточно велики и когда удается преодолеть технические затруднения. Молекулярные веса, кроме названных выше способов, определяют методами осмометрии, гель-фильтрации, исследованием монослоев белков на поверхности жидкой фазы, светорассеяния и др. [c.30]

Определение постоянной проводят на полимерах, для которых молекулярный вес можно определить иными методами, например определением конечных групп, криоскопическими способами, методами измерения осмотического давления или применением ультрацентрифуги. Получаемые значения К, не вполне независимы от природы растворителя. Обычно пользуются следующими средними коэфициентами, пригодными для различных растворителей (табл. 4) . [c.72]

Для построения полной кривой распределения молекулярных весов полимеров измерения на ультрацентрифуге иногда сочетают с предварительным фракционированием полимера методом осаждения, суммируя кривые распределения для отдельных фракций. [c.43]

Молекулярно-кинетические методы. Эти методы основаны на измерении характеристик перемещения макромолекул в растворах. К таким методам относятся метод ультрацентрифуги, вискозиметрический метод и др. [c.54]

Для полной оценки полидисперсности необходимо знать распределение молекул по молекулярным весам. Однако это очень трудоемкие измерения, проводимые в специальных сложных приборах (ультрацентрифугах). Поэтому такие полные характеристики полидисперсности получают только в особо важных случаях, а обычно ограничиваются сравнением среднечисловых и средневесовых молекулярных весов. [c.284]

Надежность применения способа анализа в ультрацентрифуге методом скоростной седиментации для оценки распределений по молекулярным весам, очевидно, зависит в определенной степени от природы использованного растворителя. Указанный метод должен приводить к истинному распределению по молекулярным весам независимо от природы примененного растворителя, если кажущиеся кривые распределения, полученные при конечных концентрациях, надежно экстраполируются на бесконечное разбавление [1] тем не менее оказывается, что при концентрациях, обычно используемых для большинства измерений в ультрацентрифуге, наиболее высокую степень разделения молекул по размерам можно получить в идеальном [c.235]

В заключение упомянем еще два метода определения молекулярного веса, которые также основаны на уравнении (55.5), но практически (так же как непосредственное измерение осмотического давления) применяются только для растворов макромолекулярных соединений. Первым из них является рассмотренное в 54 седиментационное равновесие в ультрацентрифуге. Этот метод, как было упомянуто, не имеет пока большого значения. Второй метод использует измерення рассеяния света растворами. Общие основы теории изложены в более подробных работах по статистической термодинамике, в то время как применение к растворам макромолекулярных соединений следует искать в специальной литературе. [c.291]

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

Одной из особенностей коллоидных растворов поверхностноактивных веществ является их способность к образованию мицелл. Молекулярный вес образующихся мицелл, так называемы мицел-лярный вес, составляет обычно несколько десятков тысяч. Значение средневесового мицеллярного веса ПАВ можно определить различными методами, которыми пользуются и для нахождения молекулярного веса полимеров. Сюда относятся методы, основанные на измерении светорассеяния растворами ПАВ и на определении диффузионной способности мицелл, а также метод седиментационпого анализа с помощью ультрацентрифуги. Наиболее эффективным и вместе с тем относительно простым методом оценки размеров коллоидных частиц в растворах является метод светорассеяния. С помощью этого метода определяют значение мицеллярного веса ПАВ в данной работе. Вывод теории светорассеяния применительно к разбавленным растворам ПАВ, содержащим мицеллы, размер которых не превышает /20 длины волны видимого света, может быть записан в следующей форме [c.122]

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

Метод ультрацентрифугирования (седиментации в ультрацентрифуге). Этот метод первоначально был разработан для определения размеров коллоидных частиц, а затем усовершенствован для измерения молекулярной массы полимеров. В настоящее время он является наиболее точным и теоретически обоснованньпк , однако сложен в аппаратурном оформлении. В ультрацентрифуге при больших частотах вращения создается сильное центробежное поле, под воздействием которого происходит седиментация (осаждение) макромолекул в растворе. Метод дает возможность определять молекулярные массы в очень широком интервале от 50 до 50-10 [c.176]

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

В высокодисперсных лиофобных золях (в золях золота) и в растворах высокомолекулярных веществ полидисперсность часто исследуют при помощи ультрацентр ифугирования.В скоростной ультрацентрифуге полидисперсность проявляется в размытости границы оседания дл я монодисперсных веществ граница остается весьма резкой в равновесной ультрацентрифуге полидисперсность проявляется в отклопении наблюдаемого распределения концентрации по высоте столба от идеального логарифмического распределения, вычисленного по формуле (П. 13). Для построения полной кривой распределения молекулярных весов полимеров измерения на [c.46]

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

Этот метод, впервые предложенный Ламмом [1, 2], является наиболее точным из всех рефрактометрических методов определения градиентов концентрации, но связан с довольно кропотливой обработкой фотопластинок. Применение его поэтому стремятся ограничить теми случаями, когда первостепенное значение приобретает воспроизведение кривой распределения концентрации во всех деталях. Обычно это имеет место при измерениях коэффициентов диффузии полидисперсных веществ и при исследовании в ультрацентрифуге молекулярно-весовых распределений (скоростным ультрацентрифугированием или методом седиментационного равновесия) [4, 5]. [c.271]

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

Молекулярный вес полимера определяется следующими способами вискрзиметрическим, криоскопическим, осмометрическим, седиментационным (на ультрацентрифуге) в сочетании с оптическим, по количеству концевых групп и по температуре текучести при термомеханических измерениях. [c.25]

Молекулярный вес полимеров можно определять через связанные с ним свойства полимерных растворов. Наиболее подходит для этой цели измерение осмотического давления эбулиоскопия применима лишь для полимеров со сравнительно малыми молекулярными весами (ниже 30 ООО). К числу методов определения усредненного молекулярного веса полимерного раствора относится измерение интенсивности рассеяния света этим раствором, а также седиментация в ультрацентрифуге. При испытании большого числа образцов полимеров часто имеется возможность отложить чрезвычайно длительную и кропотливую процедуру измерения молекулярных весов до следуюш,его этапа и сравнивать образцы по другим их свойствам, зависящим от молекулярного веса, пусть даже характер этой зависимости с точностью и не установлен. Например, для этой цели нередко испо.т1ьзуют вязкость расплавленного полимера при данной температуре или же вязкость полимерных растворов одинаковой концентрации. [c.123]

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

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

В отличие от метода осмотического давления измерения на ультрацентрифуге дают усредненные по массе частиц значения молекулярного веса, ши средневесовой молекулярный вес М . Для монодисперсных веществ значения Л1 и совпадают, для нолидисперсных [c.43]

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

Ультрацентрифугирование давно уже считается классическим методом определения молекулярных весов полимеров, поскольку позволяет получить полную кривую распределения по молекулярным весам, а также различные средние величины молекулярных весов. Химики-полимерщики тем не менее довольно часто относятся скептически к полученным в ультрацентрифуге данным в связи с трудностями проведения экспериментов и сложными проблемами интерпретации результатов измерений при использовании неидеальных растворителей для полимеров. Последние достижения в конструировании ультрацентрифуг, развитие методики эксперимента и теоретических основ метода ультрацентрифугирования в значительной мере повысили интерес к этому методу. В настоящее время методы ультрацентрифугирования уже успешно применяют для относительно подробного исследования определенных полимерных систем. В данной главе рассмотрены главным образом те методы седиментационного анализа, которые оказываются полезными при определении степени неоднородности образцов полимеров. [c.216]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология