2 Сили на взаимодействие между частиците на веществото. Молекулен строеж на течните и твърди тела. Полимери и биополимери. Течни кристали. Фазови преходи

Изтегляне 0.82 Mb.

страница	4/4
Дата	31.12.2017
Размер	0.82 Mb.
	#38318

1 2 3 4

Фиг. 2. 9. 1. Сили действащи на суспендираните частици при утаяване и центрофугиране.
Фиг. 2. 9. 2. Разрез на ъглов и летящ ротор.
Фиг. 2. 9. 3. Принципна схема на ултрацентрофуга за определяне на седиментационния коефициент S и молекулна маса M на частици.

F_сед = G - F_a = .V.g - _o.V.g = ( - _o).V.g при седиментацията и
F_цф = F_цб - F_a = .V. ².r - _o.V. ².r = ( - _o).V. ².r при центрофугирането.

Съотношението на ускоренията, създавани при центрофугирането (a_цф) и при седиментацията (a_сед) е същото, както на съответните резултантни сили: a_цб/ a_сед= F_цф / F_сед = ².r / g. Оттук, ускорението при центрофугиране се изразява обикновенно в единици за земно ускорение ( х g). При ценрофугиране с високи обороти, разделянето става много по-бързо спрямо утаяването. Времето необходимо за утаяване на частиците зависи обратно пропорционално от квадрата на оборотите. Така, ако оборотите се увеличат два пъти, времето за отделяне на частиците се намалява четири пъти. Суспензията се поставя в подходящи гнезда на центрофужен ротор, който може да бъде ъглов ротор или летящ ротор (фиг. 2.9.2). За да се избягнат вибрациите по време на центрофугирането, роторът трябва да бъде добре балансиран, а оста на въртене е препоръчително да бъде деформируема (иглена ос). Балансирането на ротора става, като кюветата съдържаща суспензията и една друга кювета със същата форма и тегло се поставят в гнезда симетрично разположени спрямо оста на въртене.

Фиг. 2. 9. 1. Сили действащи на суспендираните частици при утаяване и центрофугиране.

Извесни са няколко начина за разделяне на суспендирани частици чрез центрофугиране:

1. Ако в суспензията има няколко фракции частици с различна плътност, разделянето става чрез няколко последователни центрофугирания. Първото центрофугиране е с ниски обороти при което се отделят най-плътните и едри частици като утайка (седимент). Надутаечната среда (супернатанта) се центрофугира отново при по-високи обороти за да се отделят следващите по плътност частици и т.н.- диференциално центрофугиране. Така в суспензия, съдържаща клетъчни ядра и митохондрии, най-напред се отделят ядрата чрез нискооборотно центрофугиране (1000 об/мин), след което от супернатанта се отделят митохондриите чрез центрофугиране със средни обороти (15 хиляди об/мин).

2. Суспензията се надслоява върху носеща среда, чиято плътност нараства отгоре надолу равномерно или на скокове. След центрофугирането, отделените частици застават на местата, където тяхната плътност се изравнява с тази на средата. Това е градиентно или зонално центрофугиране. Нарича се още равновесно или препаративно центрофугиране. Извършва се с летящ ротор при много високи обороти (над 50 000 об/мин) в т.н. ултрацентрофуги.

Фиг. 2. 9. 2. Разрез на ъглов и летящ ротор.

3. Ако разтворените частици са макромолекули, те могат да се разделят в зависимост от големината на тяхната молекулна маса като се използва неравновесно центрофугиране, наречено скоросно утаяване. В процеса на центрофугиране, на всяка една частица действат три сили -силата на триене между частицата и околната среда (нарича се сила на Стокс), центробежната сила и подемната сила на Архимед. Тези сили взаимно се уравновесяват, поради което частиците се движат равномерно и праволинейно със скорост B в посока надалеч от оста на въртене. Разтвора на биополимера се поставя в прозрачна кварцова кювета и се центрофугира със свръхвисоки обороти (100 хиляди об/мин) във вакуумна хладилна центрофуга (фиг. 2.9.3). При утаяването се образува граница между разтворените частици и разтворителя, която също се движи със скорост В в посока надалеч от оста на въртене. От двете страни на тази граница ще имаме различен коефициент на пречупване на светлината. Тази граница се установява, като през кюветата се пропуска светлинен лъч, който след това попада върху фотографска плака. На получената снимка, границата се очертава като една тъмна ивица, ако в разтвора имаме молекули от един вид, или няколко ивици ако молекулите са от различни фракции. Скоростта В се определя чрез няколко фотографии, снети през известен интервал от време.

По големината на скоростта В се определя молекулната маса M на частиците. На центробежната сила F_цб=M. ².r, противодействат архимедовата сила F_арх = M.v. _o. ².r и силата на триене (сила на Стокс) F_тр = k.B. Тук k е коефициент на триене, а v е парциалният специфичен обем на разтвореното вещество, т.е., нарастването на обема на разтвора след добавянето на 1 g от разтворените частици. От своя страна, M.v представлява парциалния молекулен обем (обема на една макромолекула). Заместваме тези изрази за силите и получаваме

M. ².r = M . v. ². r . _o + k . B
След преобразуване на това уравнение се получава
M .(1 - v. _o) . ². r = k . B
Полагаме S = B /(². r) (седиментационен коефициент) и за молекулната маса получаваме
M = k.S/(1-v._о).
Седиментационният коефициент има смисъл на подвижност, т.е., скорост с която се движат частиците под действие на стандартна по големина сила, в случая единица центробежно ускорение. За различни частици (биомакромолекули, полимери, рибозоми и др.), седиментационният коефициент се измерва като се измери скоростта В и по горната формула се изчислява молекулната им маса.

Фиг. 2. 9. 3. Принципна схема на ултрацентрофуга за определяне на седиментационния коефициент S и молекулна маса M на частици.

Изтегляне 0.82 Mb.

Сподели с приятели:

1 2 3 4