Н. Каразина С. В

УЛЬТРАЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ ЗОЛЕЙ И РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ

Для проведения седиментометрического анализа кинетически устой- чивых систем (золей, растворов ВМС) с целью определения размеров и массы их частиц недостаточно силы земного тяготения. Последнюю заме- няют более значительной центробежной силой центрифуг и ультрацен- трифуг. Идея этого метода принадлежит А. В. Думанскому (1912), кото- рый впервые применил центрифугу для осаждения коллоидных частиц. Затем Т. Сведберг разработал специальные центрифуги с огромным чис- лом оборотов, названные ультрацентрифугами. В них развивается цен- тробежная сила свыше 250000 g . Современная ультрацентрифуга пред-

ставляет собой сложный аппарат, центральной частью которого является ротор (с частотой вращения 60000 об/мин и выше), с тончайшей регули-

также по уравнению (10.11), заменяя в нем g на

²x , где  – угловая

скорость вращения ротора; x – расстояние от частицы до оси вращения. Константа седиментации в этом случае определяется уравнением

^Sсед

 ^{dx / dt} , (10.17)

²x

где x – расстояние от частицы до оси вращения,  – угловая скорость

вращения ротора,

²x

• 
  угловое ускорение. При стационарном движении
  

частицы в ультрацентрифуге центробежная сила, действующая на части- цу, уравновешивается силой трения

V ( _o

)²x  B ^dx , (10.18)

dt

где V – объем частицы;  – плотность частиц; ₀

– коэффициент трения. Откуда получаем

• 
  плотность среды; B
  

d ln x 

V ( _o )²

B

d и

ln ^x x_o

 ^{V ( o )}2^ , (10.19)

B

где

x_o – начальное расстояние частицы от центра вращения.

В ультрацентрифуге оседают не только частицы высокодисперсных золей, но и макромолекулы белков и других ВМС, что позволяет прово- дить определение их молекулярной массы и размеров частиц. В соответ- ствии с основным уравнением равномерного движения частицы имеем

V ( _o ) _ dx / dt _{. (10.20)}

^B ²x

Правая часть этого уравнения равна отношению скорости частицы к цен- тробежному ускорению, то есть является константой седиментации

^Sсед

_ dx / dt

²x

_и V ( _o ) _{ S} B
сед

. (10.21)

Коэффициент трения может быть рассчитан из данных по коэффициенту диффузии растворенного вещества ( D )

B  ^RT  ¹ . (10.22)

С учетом этого имеем

N_A
VN _A ( _o

D

)  ^RT S D

сед

. (10.23)

Так как произведение

VN _A

равно молярному объему (V ^o ) растворенного

вещества, а VN _A – его молярной массе ( M ₂ ), то

M  V ^o  ^RTSсед и M 


RTS_сед
, (10.24)
2

уд ^{V o}

2 2 o _D

² (1  V ^уд )D
2

о

_{V2 } 2

M ₂

• 
  удельный объем растворенного вещества; для большинства
  

белков он имеет значение около 0.74. Уравнение (10.24) называют урав- нением Сведберга. Таким образом, определяя скорость движения раство- ренного вещества в ультрацентрифуге, можно найти константу седимен- тации и, зная коэффициенты диффузии, можно определить молекуляр- ную массу макромолекул в растворе.

Ультрацентрифуги являются незаменимым средством изучения дис- персности коллоидных систем, определения размеров и формы частиц, процессов ассоциации, а также важнейшим средством для препаративно- го разделения и выделения фракций, которые отличаются по свойствам. Такой метод может быть применен для разделения вирусов, белков, нук- леиновых кислот.