Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
используется гибкий вал, чтобы ротор мог сам найти точное положение
своего центра масс и вращаться вокруг оси, проходящей через этот центр. В
случае аналитических роторов это позволяет уравновешивать образцы с
допуском 0,5 г без нежелательных последствий.
Ультрацентрифугирование может быть препаративным и аналитическим. В
качестве препаративного метода оно применяется для очистки препаратов или
для разделения смесей с целью последующего анализа. При этом образец,
помещенный в цилиндрическую пробирку, вращают с большой скоростью в
течение заранее заданного промежутка времени, а затем извлекают из
центрифуги, прежде чем приступить к каким-либо измерениям. Преимущество
такого подхода состоит в том, что можно использовать большие
препаративные объемы (5-100 мл), а также в том, что полученный после
центрифугирования образец может быть подвергнут в дальнейшем
биохимическим и физическим измерениям. Однако при остановке ротора и
извлечении образца неизбежно происходит некоторое взбалтывание или
перемешивание содержимого пробирки. К тому же в связи с тем, что в данном
случае возможно изучение состояния образца лишь в один из моментов
времени, при таком подходе теряется много информации.
При аналитическом ультрацентрифугировании за движением молекул
растворенного вещества следят непосредственно во время вращения ротора с
находящимся в нем небольшим количеством исследуемого материала (0,1-1
мл). Это обеспечивается оптическими системами, в которых свет проходит
через ячейку с веществом параллельно оси вращения. Оптическая система
может представлять собой абсорбционную систему, интерференционную систему
Рэлея или шлирен-систему - те же три системы, которые упоминались ранее в
разделах, посвященных диффузии.
Крайне важным моментом является конструкция ячейки для исследуемого
вещества. Такая ячейка должна иметь секториальную форму в сечении,
перпендикулярном оси вращения (рис. 11.3, Б). Так как ускоряющая сила -
сила радиальная, седиментирующие молекулы движутся вдоль радиусов. Если
бы ячейка была прямоугольной (рис. 11.4, А), то траектории многих молекул
заканчивались бы соударением с боковыми стенками ячейки. При этом
молекулы могут остаться на стенках, но не исключено, что, слипаясь друг с
другом, они в конечном счете упадут на дно, вызывая конвекционные токи. В
обоих случаях необходимые для описания гидродинамических процессов
граничные условия становятся очень сложными. Казалось бы, при той форме
ячейки, которая изображена на рис.
11.4, В, не возникает упомянутых проблем, но это не так. Дело в том, что
всякое перемещение растворенного вещества должно сопровождаться
компенсирующим обтеканием его растворителем. Если макромолекулы
седиментируют слева направо, как на рис. 11.4, то растворитель движется
справа налево. В случае, который иллюстрирует рис. 11.4, В, молекулы воды
ударяются в стенки ячейки и отбрасываются к ее центру, вызывая
перемешивание.
Секториальная форма, изображенная на рис. 11.4, Б, позволяет использовать
седиментацию для количественных измерений, хотя, как мы скоро увидим,
значительно усложняет математическую обработку эксперимента. Ячейками для
исследуемого вещества при препаративном ультрацентрифугировании по
традиции служат цилиндрические пробирки отнюдь не секториальной формы.
Поэтому некоторое количество молекул растворенного вещества теряется на
стенках пробирок - эффект, который необходимо учитывать при
УЛЬТРАЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ 227
РИС. 11.4. Схема переноса растворенного вещества в ячейках различной
конфигурации при ультрацентрифугировании Показана проекция ячеек на
плоскость, перпендикулярную оси вращения. А. В прямоугольной ячейке
происходит соударение растворенного вещества со стенками. Такая ячейка
эквивалентна цилиндрическим пробиркам, используемым в препаративных
ультрацентрифугах. Б. В сек-ториальной ячейке, используемой в
аналитических ультрацентрифугах, растворенное вещество движется, не
встречая препятствий, вдоль радиусов. В. В ячейке, боковые стенки которой
расходятся быстрее, чем у секториальной ячейки, растворитель ударяется в
стенки, отбрасывая при этом от стенок растворенное вещество.
"?:
Расстояние
проведении точной количественной обработки полученных данных. На практике
некоторые исследователи забывают вносить необходимые поправки.
ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА В УЛЬТРАЦЕНТРИФУГЕ: УРАВНЕНИЕ ЛАММА
На рис. 11.5 дано изображение секториальной ячейки для центрифугирования.
На нем обозначены: граница раздела между воздухом и растворителем - хм
(мениск), ха (дно ячейки), ф - угол в вершине сектора ид - толщина ячейки
в направлении, параллельном оси вращения. Мы можем рассматривать
гидродинамику седиментации как одномерную задачу движения вдоль
координаты х, характеризующей расстояние от оси вращения. Поскольку
координата х - это радиальное расстояние, она определяет положение
цилиндрических поверхностей.
Рассмотрим двухкомпонентную систему, состоящую из растворителя (1) и
