Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот - Лазуркина Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
Исследуемая среда
Рис. 34. Принципиальная оптическая схема определения силы ДЛП и направления оптической оси анизотропной среды
также не проходит. Однако уже при небольшом повороте скрепленных П и А от этого положения поле зрения просветляется. Это и позволяет определить ориентацию оптической оси исследуемой двулучепреломляющей среды.
Для определения разности фаз между двумя поляризованными взаимно перпендикулярно компонентами проходящего сквозь среду света используется компенсатор, например схематически изображенный на рис. 34 компенсатор Бабинэ (К), состоящий из двух кварцевых клиньев с взаимно перпендикулярными оптическими осями. Компенсирующий сдвиг фаз создается разностью толщин первого и второго клина, которую можно регулировать. При этом плоскости поляризации П и А устанавливаются под углом 45° к направлению оптической оси среды. Для точных измерений обычно применяются более сложные компенсаторы [60, 61] в сочетании с полутеневыми устройствами.
Зная толщину образца d, можно определить разность между главными показателями преломления, пользуясь соотношением
¦п±
2nd
где К — длина волны падающего света; 6ф — измеренная разность фаз.
б. ДЛП в потоке
Молекулы движущейся жидкости или частицы, растворенные в ней, ориентируются в потоке жидкости при наличии градиента скорости течения. Это впервые обнаружил Максвелл [62], наблю-
дая появление двулучепреломления в канадском бальзаме, при его течении. Поскольку оптические свойства анизотропной среды связаны со свойствами составляющих ее молекул, эффект Максвелла дает нам удобный метод исследования некоторых молекулярных характеристик.
Основной способ создания градиента скорости в жидкости для наблюденйя ее оптической анизотропии — это помещение жидкости в зазор между коаксиальными цилиндрами, один из которых
Рис. 35. Прибор для исследования эффекта Максвелла (динамооптиметр) с внешним и внутренним роторами
А — система термостатирования; Б и В — стеики статора; R — ротор; и Д/?2 —
внутренний и внешний зазоры; Г — перфорация в роторе для наблюдения; Д — смотровые окошки
QGG
2®
равномерно вращается. Величина зазора намного меньше диаметра цилиндра, так что градиент скорости можно считать постоянным. На рис. 35 показан один из вариантов такого прибора [63]. Существенно, чтобы течение жидкости, вызванное вращением одного из цилиндров, было спокойным, без -завихрений (так называемый ламинарный поток). Только тогда имеет смысл говорить об определенном градиенте скорости В этом отношении небезразлично, который цилиндр вращается, так как при вращении внешнего цилиндра, при неподвижном внутреннем, можно достичь больших градиентов, сохраняя ламинарность потока.
• Рассмотрим поведение жестких частиц в таком потоке с градиентом скорости g (рис. 36). В результате того, что поток, омывающий частицу с одной стороны (на рисунке сверху), движется в большей скоростью, чем поток.с другой стороны (снизу), на частицу действует вращающий момент так, что частица непрерывно вращается в потоке. При этом сферическая частица вращается с постоянной скоростью, тем большей, очевидно, чем больше градиент g. Иначе обстоит дело с частицами удлиненной формы. Если такая частица ориентирована вдоль направления потока, то
вращательный момент, действующий на нее, значительно меньше, чем когда она ориентирована поперек потока. Поэтому такая частица вращается неравномерно. Она дольше задерживается в положении, когда ее ориентация близка к направлению потока, и быстро проходит через другие положения.
Для палочкообразных частиц
(37)
где со —угловая скорость вращения частицы; ор — угол между осью частицы и осью X — направлением движения потока (см. рис. 36) (боковыми движениями частицы для простоты пренебрегаем). Доля частиц р(ф), ориентированных в данный момент времени под углами от ф до ф+А?ф к потоку, называется функцией углового распределения частиц. По смыслу распределение р(ф) эквивалентно среднему времени пребывания каждой отдельной частицы в интервале углов [ф, ф + я?ф]. Очевидно, для сферических частиц р(ф)=
= Для удлиненных частиц р(ф),
Рис. 36. Палочкообразная частица в потоке
2л
как следует из изложенного, максимально при фш=0, т. е. в ансамбле частиц, находящихся в стационарном потоке, в каждый момент времени большая их часть оказывается ориентированной вдоль потока.
Такая простая картина поведения жестких частиц в потоке, однако, соответствует действительности только в случае больших градиентов скорости. Дело в том, что градиент скорости в потоке жидкости — не единственная причина вращения частиц в растворе. Имеется еще беспорядочное тепловое вращательное движение частиц, зависящее от температуры, аналогичное поступательному броуновскому движению. Тепловое вращательное движение существенно ослабляет ориентирующее действие потока. Это естественно, так как чем больше частиц ориентировано в данном направлении, тем большее их количество «диффундирует» в состояния с иной ориентацией. Рассмотрим на примере палочкообразных частиц, как в этом случае изменится распределение р (ф) по углам ориентации частиц в потоке. Без учета теплового движения это распределение имеет максимум при ф = 0. При этом поток осей вращающихся частиц, приходящих в зону максимума, равен потоку осей, выходящих из этой зоны. Только благодаря этому распределение не изменяется во времени. Диффузионное вращение создает потоки осей в обе стороны от максимума,
