ЦЕНТРОФУГИРАНЕ
разделяне в полето на центробежните сили на течни дисперсни системи с частици по-големи от 100 nm. Използва се за изолиране на съставни фази (течност - центрофуга или филтрат, твърдо вещество - утайка) от двукомпонентни (емулсии) и трикомпонентни (емулсии, съдържащи твърда фаза) системи.
Методи и оборудване.Има два метода на C.: центробежен и филтрационен. В. се извършва в центробежни машини - центрофуги и течни центробежни сепаратори. Основен работното тяло на тези машини е осесиметрична обвивка или ротор (барабан), въртящ се с висока честота c -1, поради което се създава поле на центробежни сили до 2 x 10 4 жв индустриални и до 35 x 10 4 g в лабораторни машини ( g-свободно ускорение. падане на гравитацията поле). В зависимост от метода, В. се извършва в твърди (утаителни; фиг. 1, а) или перфорирани (покрити с филтърен материал; фиг. 1, б) ротори.
Ориз. един.Ротори на машини за центробежно утаяване (а) и филтриране ( б): C - суспензия, F - центрофуга (филтрат), O - утайка; обяснение в текста, r W е радиусът на свободната повърхност на течността.
В. се характеризира с редица технологии. параметри, които определят качеството на процеса и неговата кинетика. Те включват: фактор на разделяне 
(r RT - макс. вътрешен радиус на ротора), отразяващ интензитета на центробежното поле; центробежна скорост - производителността на центробежна машина по отношение на първоначалната течна система или нейните съставни компоненти; увличане - съдържанието на твърдата фаза в центрата (филтрата); насищане на утайката с течната фаза (включително утайка) след С.; финост на разделяне - мин. размера на частиците, уловени при центробежното утаяване.
Кинетиката на C. зависи от много. факторите се класифицират в две групи. Факторите от първата група се определят от физич. разделяте системата (разлика във фазовите плътности, гранулометричен състав на твърдата фаза, течната фаза, специфична устойчивост на утайки по време на филтриране). Факторите от втората група, определени от конструкцията и скоростта на въртене на ротора на центробежна машина (структурата на вътрешнороторния поток, неговата хидродинамика и скоростно поле), имат решаващо влияние върху центробежната седиментация и отчасти върху центробежната филтрация; на свой ред хидродинамичен. режим зависи от производителността на машината. Мат. описанието на потока се дава от уравненията на Навие - Стокс и непрекъснатост (вж. хидромеханични процеси), to-rye са направени, като се вземат предвид геометрията на ротора и граничните условия; решението често се намира чрез методи теоретични прилики.
Центробежното утаяване включва сгъстяване, както и утаяване С. Избистряне - отстраняване на твърдата фаза от суспензии със съдържание на частици не повече от 5% обемни; използвани за пречистване, например, на петролни масла. Сгъстяването е процес, при който частиците на дисперсната фаза се групират в относително малък обем на дисперсионната среда; позволява прилагането на суспензии (напр. водна суспензия на каолин). Утаяване С. - отделяне на суспензии със съдържание на твърда фаза над 5-10% обемни; прилагат предимно. за дехидратация на твърди компоненти (напр. CaSO 4).
При центробежно утаяване движението на твърдите частици става под действието на центробежна сила ( д-диаметър на частиците - разлика между плътностите на твърдата и течната фаза; р-разстояние от частицата до оста на въртене на ротора) и съпротивителната сила на течната среда С.Съотношението на тези сили определя скоростта на отлагане w.В ламинарния режим, характерен за избистряне, силата S се изразява чрез закона на Стокс: и където динамична. вискозитет на течната фаза. За турбулентния режим по време на отлагането на големи частици, силно концентрирани. суспензии, силата S се намира от уравнението: (- коефициент на съпротивление; p W - плътност на течната фаза). Хидродинамиката на потока определя времето на престой на частиците в ротора, aw е времето на утаяване; сравнението на тези стойности ви позволява да намерите фиността на разделянето.
Центробежната филтрация протича с или без образуване на утайка върху филтърната преграда, както и с едновременното протичане на двата процеса в неговите зони; макс. ефективен за получаване на утаяване с мин. влажност. Процесът обикновено се разделя на три периода: образуване на утайка, отстраняване на излишната течност от нея и отстраняване на течността, задържана от интермола. сили (мех. тяга). Първият период обхваща центробежно утаяване и филтриране през образуван слой от утайка. За изчисляване на кинетиката на процеса се използва законът на Дарси-Вайсбах; движещата сила (спад на налягането) се определя от центробежното поле, действащо върху суспензията: където е плътността на суспензията; r w - свободен радиус. повърхността на течността (фиг. 1, б).Влияе се от приплъзването на течността над седиментния слой. Периодът може да тече при разл. режими; макс. режимите са характерни при постоянна и производителност на окачването. Вторият и третият период зависят от голям брой фактори, свързани с уплътняването на седимента, формата на порите му и др.; изграждане на тяхната постелка. модели е изключително трудно.
Поради сложността на центробежните машини, производителността на центробежните машини най-често се оценява чрез моделиране според т.нар. индекс на производителност, което означава с F в първото приближение площта на страничната повърхност на ротора. Phys. смисълът е, че по аналогия с утаяването в утаителните резервоари, производителността на центрофугите също е пропорционална на площта на работната повърхност, но поради центробежното поле се увеличава с коефициента Fr. В зависимост от конструктивните характеристики на ротора за машини от всеки тип, той се определя от собственото си уравнение и се използва при преизчисляване на производителността от един размер на центрофуга към друг. Моделирането се извършва в геом. сходството на роторите и идентичността на определящите критерии на процеса.
Ориз. 2. Непрекъсната центрофуга: а -утаителен шнек; б -филтърен винт; в - отпулсиращо изхвърляне на утайки; g - инерционен; д -вибрации; д -прецесионен; 1 - ротор; 2 - механизъм за разтоварване.
В сравнение с други методи за разделяне (филтриране), C. дава възможност да се получи утаяване с по-ниско съдържание на влага. При центробежно утаяване, за разлика от филтрирането, е възможно да се отделят суспензии (например при производството на бои и лакове) с фино диспергирана твърда фаза, мин. размерът на частиците на среза е 5-10 микрона. Важно предимство на C. е възможността за внедряването му в оборудване с относително малки обеми; недостатък - висока консумация на енергия.
Бал. центрофугите се разграничават: според принципа на разделяне - утаителни, филтриращи и комбинирани; по проект - преим. според местоположението на ротора и системата за изхвърляне на утайката (шнек, тласкач или бутало; използване на инерционни сили); върху организацията на процеса - периодично или непрекъснато действие.
В. в машини периодични. действията се извършват циклично в ротори с понякога регулируем нож или ръчно изхвърляне на утайката.
На фиг. 2 показва принципните диаграми на разделянето на суспензии в непрекъснати машини. Утаителните винтови центрофуги (фиг. 2, а) са предназначени за отделяне на суспензии с неразтворима твърда фаза (напр. Полистирол, утайки от отпадъчни води), дехидратация на кристали. и гранулирани продукти, класификация (напр. TiO 2), сгъстяване (напр. активна утайка). Процесът протича в твърд ротор; утайката се изхвърля непрекъснато от шнека, въртящ се с честота За тази центрофуга Fr600-3500.
Филтриращи винтови центрофуги (фиг. 2, б) са често срещани при разделянето на високо концентрирани. суспензии с едри твърди вещества (размер на частиците над 0,2 mm, напр. глауберова сол). C. се произвежда в рамков ротор с листово сито, през което се изхвърля филтратът. Утайката се отстранява от ротора чрез шнек под въздействието на разликата в скоростите на въртене. Високите стойности на Fr (1200-1800) правят възможно получаването на продукти с минимален влажност.
Основно се използват филтриращи центрофуги с пулсиращо изхвърляне на утайка (фиг. 2, в). за същите цели като филтърния винт. Поради наличието на дебел слой утайка върху ситото на решетката на един или многостепенен ротор е възможно да се извърши дълбоко измиване на продукта (напр. KC1, рафинирана захар). Утайката се разтоварва с помощта на тласкач, който се движи с възвратно-постъпателно движение. движение с линейна скорост v; 300-700 франка.
В инерционните центрофуги (фиг. 2, г) утайката се отстранява от ротора поради компонента на центробежното поле; във вибриращи центрофуги (фиг. 2, д) -
поради вибрациите на ротора по оста със скорост v; в прецесионни центрофуги (фиг. 2, f) -
поради жироскопични роторни движения със скорости на въртене и Машини от всякакъв тип се използват за центробежна филтрация високо концентрирана. суспензии с едри кристали. твърда фаза (напр. въглен, гранулирана захар).
Разновидност В. разделяне на суспензии и емулсии в центробежни сепаратори. Техните ротори са оборудвани с пакет от конични. плочи, монтирани една спрямо друга с малка междина (0,4-1,5 mm). Висока степен на разделяне се постига благодарение на потока му в тънък слой на междината на плочата в ламинарен режим. Фино диспергирани суспензии (маслени добавки, хормонални препарати и др.), Съдържащи 0,5-4,0% обемни мех. примесите се избистрят в сепаратор-пречистватели (фиг. 3, а). Твърдата фаза, събираща се в утайковото пространство на ротора, периодично се отстранява от него при отваряне на дъното (буталото). Центробежното сгъстяване (напр. фуражна и хлебна мая) се извършва в сепаратори-сгъстители (фиг. 3, б).Кондензираната фракция се извежда непрекъснато през дюзите по периферията на ротора, а избистрената - през горната част. зона. Сепараторите се използват за разделяне на емулсии (например маслени утайки) (фиг. 4), в роторите на които е осигурен пакет от плочи с отвори, разположени на границата между тежки и леки течности; компонентите (фугати F 1 и F 2) се показват отделно. Ако в емулсията има твърда фаза, се използват универсални ротори с разтоварване на утайката в съответствие с фиг. 3, или на ръка.
По аналогия с центрофугите, разделителната способност на сепараторите се оценява чрез индекса на ефективност
Където z - броят на плочите в опаковката; - половината от ъгъла на конуса на плочата в горната част; R max, R min - външни и вътрешни. радиуси на чинията. Симулирането на процесите в сепараторите се извършва, както в центрофугите, според индекса на производителност
Ориз. 3.Сепаратори за разделяне на суспензии: на фиг. сепаратор-пречиствател (а) и сепаратор-сгъстител ( б); 1 - ротор; 2 - пакет от плочи; 3 - подвижно дъно.
Ориз. четири.Сепаратор за разделяне на емулсии: 1 - ротор; 2 - пакет от плочи; F 1 и F 2 - центрати; Е - емулсия.
За изследване на центробежните процеси в лабораторията се използват модели. центрофуги и сепаратори с диаметър на ротора 150-250 mm, както и т.нар. чашкови центрофуги (роторът се състои от множество епруветки - чаши). Тези малки проби позволяват експериментално да се определи не само производителността на бала. машини, но и възможността за разтоварване на утайката от роторите, крайното съдържание на влага в продукта, увличането. Проучванията се извършват с малки обеми продукти по специални. стои. Центрофугите с чаши се използват за оценка на времето за утаяване на частиците при разлагане. фр.
Модерен центробежната технология има тенденция да увеличава скоростта на въртене на роторите, да увеличава производителността, да намалява ударите. метална и енергийна интензивност. Производителността на машините се увеличава поради подобряването на хидродинамиката на роторите, увеличаването на тяхната дължина (в утаителните центрофуги) и височината на пакета (в сепараторите). Увеличават се диаметрите на роторите в машините с голям капацитет; се създават комбинирани. ротори, в конструкциите на които се комбинират разкл. Методи на C. Въвеждат се микропроцесорни системи за управление и регулируеми задвижвания, за да се осигури оптимално C. режими.
В. е разпространена в техн. процеси на химико-горския комплекс, хранителни, текстилни и други производства. В. играе важна роля при решаването на екологични проблеми. проблеми (пречистване на битови и промишлени отпадъчни води), в ресурсоспестяващи технологии.
Лит.:Соколов V.I., Центрофугиране, М., 1976; Шкоропад Д. Е., Новиков О. П., Центрофуги и сепаратори за химическата промишленост, М., 1987.
И. А. Файнерман.
Ултрацентрофугиране -метод за разделяне и изследване на частици по-малки от 100 nm (макромолекули на животински и растителни органели, вируси и др.) в полето на центробежните сили. Позволява ви да разделяте смеси от частици на фракции или отделни компоненти, за да намерите кея. маса и MWD на полимерите, плътност на техните селвати. Това дава възможност да се оцени формата и размера на макромолекулите в разтвора (виж. дисперсионен анализ),влиянието на статиката натиск върху стабилността на частиците, параметрите на взаимодействието. асоциационен тип - макромолекули помежду си или с молекули с ниско мол. компоненти и йони, влиянието на природата на разтворителя върху конформациите на макромолекулите и др.
Извършва се с помощта на ултрацентрофуги, снабдени с кухи ротори, кухините на които са затворени и течащи. Правете разлика между висока скорост и равновесие. В първия случай частиците се движат по радиуса на ротора респ. с техния коефициент седиментация, в първо приближение пропорционална на масата на частицата, разликата в плътността на частицата и течността при при движение на частиците от оста на въртене на ротора към периферията (утайка), при - към оста на въртене (поплавък). При равновесно ултрацентрофугиране пренасянето на частици по радиуса продължава до събирането на химикала. потенциалната и моларната потенциална енергия във всяка точка на системата няма да станат постоянна стойност, след което разпределението на частиците ще спре да се променя.
Т. наз. аналит ултрацентрофугирането се прилага при анализа на разтвори, дисперсии и се извършва с помощта на аналита. ултрацентрофуги, оборудвани с ротори с оптически прозрачни затворени резервоари и оптични. системи за определяне на концентрацията или нейния градиент по радиуса на ротора във времето; изследвани обеми - от 0,01 до 2 ml с маса на частиците от няколко. mcg до mg. Препаративното ултрацентрофугиране се използва за изолиране на компоненти от сложни смеси; обемът на течността и масата на изпитваната проба m. b. на няколко поръчки повече, отколкото с аналит. ултрацентрофугиране. Центробежните ускорения в ултрацентрофугите достигат 5 х 10 5 g. Първият анализатор. ултрацентрофугата е създадена от T. Svedberg (1923; 5 x 10 3 g).
Лит.:Боуен Т., Въведение в ултрацентрофугирането, прев. от английски, М., 1973.
А. Д. Морозкин.
Химическа енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия. Изд. И. Л. Кнунянц. 1988 .
Синоними:Вижте какво е "ЦЕНТРОФУГИРАНЕ" в други речници:
Разделяне на нехомогенни системи (напр. течни твърди вещества) на фракции по плътност с помощта на центробежни сили. Центрофугирането се извършва в апарати, наречени центрофуги. Центрофугирането се използва за отделяне на утайката от ... ... Wikipedia
Разделяне на нехомогенни системи (например течността е твърдо тяло) с помощта на центробежни сили; използва се за разделяне на суспензии, избистряне на замърсени течности, класификация на утайките според размера на твърдите частици и др.; възможност за раздяла..... Термини за ядрена енергия
центрофугиране- Ndp. съединителен съединител Разделяне на течни нехомогенни системи в ротори под действието на центробежни сили. [GOST 16887 71] [GOST R 51109 97] Недопустимо, не се препоръчва фугиране фуги Теми промишлена чистота филтриране, центрофугиране, ... ... Наръчник за технически преводач
центрофугиране- - метод за формоване на продукти чрез използване на центробежни сили, които изстискват от сместа част от смесителната вода и увлечения въздух. [Терминологичен речник за бетон и стоманобетон. ФГУП "Изследователски център" Строителство "НИИЖБ и М. А. А. Гвоздев, ... ... Енциклопедия на термини, определения и обяснения на строителните материали
Разделяне на нехомогенни смеси (суспензии, емулсии, утайки) на съставни части под действието на центробежна сила. Извършва се в центрофуги. Използва се в научни изследвания, химическа, хранителна, минна и други индустрии ... Голям енциклопедичен речник
Метод за разделяне на нехомогенни, диспергирани течни системи в полето на центробежните сили (центрофужно поле). Има по-висока способност за разделяне от пресоването, утаяването и филтрирането. C. извършва се в центрофуги, принципът на работа до ... ... Речник по микробиология
Съществува., брой синоними: 1 ултрацентрофугиране (1) ASIS Synonym Dictionary. В.Н. Тришин. 2013 ... Речник на синонимите
центрофугиране- * центрофугиране * центрофугиране използването на сили, създадени от центрофуга (виж) за разделяне на молекули в течна среда. Има няколко вида C.: в градиент на плътност, диференциал, в градиент на захароза ... Генетика. Енциклопедичен речник - разделяне на нехомогенни системи (напр. течно твърдо вещество) с помощта на центробежни сили. Използва се за отделяне на суспензии, избистряне на замърсители. течности, хидравл класификация на утайките според размера на твърдите частици и др. Извършва се в ... ... Голям енциклопедичен политехнически речник
Книги
- Принципи и методи на биохимията и молекулярната биология, Дерек Гордън, образователна публикация, написана от автори от Обединеното кралство, излага основите на теоретичните концепции на биохимията и молекулярната биология, приложени към съвременните изследователски методи, сред ... Категория: Медицина Поредица: Методи в биологията (Лаборатория на знанието) Издател: Лаборатория на знанието, електронна книга(fb2, fb3, epub, mobi, pdf, html, pdb, lit, doc, rtf, txt)
Курсова работа
центрофугиране
1. Принципът на метода
Разделянето на вещества чрез центрофугиране се основава на различното поведение на частиците в центробежно поле. Суспензията от частици, поставена в епруветка, се зарежда в ротор, монтиран на задвижващия вал на центрофугата.
В центробежно поле частиците с различни плътности, форми или размери се отлагат с различни скорости. Скоростта на утаяване зависи от центробежното ускорение, което е право пропорционално на ъгловата скорост на ротора и разстоянието между частицата и оста на въртене:
и тогава центробежното ускорение ще бъде
Тъй като един оборот на ротора е 2n радиана, ъгловата скорост на ротора в обороти в минута може да бъде записана като:
Центробежното ускорение обикновено се изразява в единици g и се нарича относително центробежно ускорение, т.е.
Когато изброявате условията за отделяне на частиците, посочете скоростта на въртене и радиуса на ротора, както и времето за центрофугиране. Центробежното ускорение обикновено се изразява в единици g, изчислени от средния радиус на въртене на колона течност в центрофужна тръба. Въз основа на уравнението Dole и Kotzias съставиха номограма, изразяваща зависимостта на GCF от скоростта на ротора и радиуса r.
Скоростта на утаяване на сферичните частици зависи не само от центробежното ускорение, но и от плътността и радиуса на самите частици и от вискозитета на суспензионната среда. Времето, необходимо за утаяване на сферична частица в течна среда от течния менискус до дъното на центрофужната епруветка, е обратно пропорционално на скоростта на утаяване и се определя от следното уравнение:
където t е времето на утаяване в секунди, rj е вискозитетът на средата, rh е радиусът на частицата, rf е плътността на частицата, p е плътността на средата, hm е разстоянието от оста на въртене към менискуса на течността, където е разстоянието от оста на въртене до дъното на епруветката.
Както следва от уравнението, при дадена скорост на ротора времето, необходимо за утаяване на хомогенни сферични частици, е обратно пропорционално на квадрата на техните радиуси и разликата в плътността на частиците и средата и е право пропорционално на вискозитета на средата . Следователно смес от разнородни, приблизително сферични частици, различни по плътност и размер, може да бъде разделена или поради различни времена на тяхното утаяване на дъното на тръбата при дадено ускорение, или поради разпределението на седиментиращите частици по тръбата , което се установява след определен период от време. При разделянето на веществата е необходимо да се вземат предвид такива важни фактори като плътността и вискозитета на средата. Описаните методи могат да разделят клетъчните органели от тъканните хомогенати. Основните компоненти на клетката се отлагат в следната последователност: първо цели клетки и техните фрагменти, след това ядра, хлоропласти, митохондрии, лизозоми, микрозоми и накрая рибозоми. Утаяването на несферични частици не се подчинява на уравнението, така че частици с еднаква маса, но различни форми се отлагат с различни скорости. Тази функция се използва в изследването чрез ултрацентрофугиране на конформацията на макромолекулите.
Подготвителното центрофугиране се състои в изолиране на биологичен материал за последващи биохимични изследвания. В този случай могат да се вземат големи количества първоначален биологичен материал, например инокулации на микробни клетки от партидни или непрекъснати култури, както и инокулации на растителни и животински клетки от култури от тъкани и кръвна плазма. С помощта на препаративното центрофугиране се изолират голям брой клетъчни частици за изследване на тяхната морфология, структура и биологична активност. Методът се използва и за изолиране на такива биологични макромолекули като ДНК и протеини от предварително пречистени препарати.
Аналитичното центрофугиране се използва главно за изследване на чисти или по същество чисти препарати от макромолекули или частици, като рибозоми. В този случай се използва малко количество материал, а утаяването на изследваните частици се записва непрекъснато с помощта на специални оптични системи. Методът позволява получаване на данни за чистотата, молекулното тегло и структурата на материала. В семинарите за студенти препаративното центрофугиране се използва много по-често от аналитичното центрофугиране, така че ще се съсредоточим върху него по-подробно, въпреки че и двата метода се основават на общи принципи.
2. Препаративно центрофугиране
2.1 Диференциално центрофугиране
Този метод се основава на разликите в скоростите на утаяване на частици, които се различават една от друга по размер и плътност. Материалът за отделяне, например тъканен хомогенат, се центрофугира при постепенно увеличаване на центробежното ускорение, което се избира така, че на всеки етап определена фракция да се отлага на дъното на епруветката. В края на всеки етап утайката се отделя от супернатанта и се промива няколко пъти, за да се получи евентуално чиста утаена фракция. За съжаление, практически е невъзможно да се получи абсолютно чиста утайка; За да разберем защо това се случва, нека се обърнем към процеса, който протича в епруветката на центрофугата в началото на всяка стъпка на центрофугиране.
Първо, всички частици от хомогената са равномерно разпределени в обема на центрофужната епруветка, така че е невъзможно да се получат чисти препарати от утайките на най-тежките частици в един цикъл на центрофугиране: първата образувана утайка съдържа главно най-тежките частици, но, освен това също определено количество от всички първоначални компоненти. Достатъчно чист препарат от тежки частици може да се получи само чрез повторно суспендиране и центрофугиране на първоначалната утайка. По-нататъшното центрофугиране на супернатанта с последващо увеличаване на центробежното ускорение води до утаяване на частици със среден размер и плътност и след това до утаяване на най-малките частици с най-ниска плътност. На фиг. 2.3 е диаграма на фракциониране на хомогенат от черен дроб на плъх.
Диференциалното центрофугиране изглежда е най-разпространеният метод за изолиране на клетъчни органели от тъканни хомогенати. Този метод се използва най-успешно за разделяне на такива клетъчни органели, които се различават значително един от друг по размер и плътност. Но дори и в този случай получените фракции никога не са абсолютно хомогенни и за по-нататъшното им разделяне се използват други методи, описани по-долу. Тези методи, базирани на разликите в плътността на органелите, осигуряват по-ефективно разделяне чрез центрофугиране в разтвори с непрекъснат или стъпаловиден градиент на плътност. Недостатъкът на тези методи е, че отнема време за получаване на градиента на плътност на разтвора.
2.2 Скорост на зонално центрофугиране
Методът на зонално скоростно или, както се нарича още s-зонално центрофугиране, се състои в наслояване на тестовата проба върху повърхността на разтвор с непрекъснат градиент на плътност. След това пробата се центрофугира, докато частиците се разпределят по градиента в отделни зони или ивици. Чрез създаване на градиент на плътност е възможно да се избегне смесването на зони в резултат на конвекция. Методът на скоростно зонално центрофугиране се използва за разделяне на РНК-ДНК хибриди, рибозомни субединици и други клетъчни компоненти.
2.3 Изопикнично центрофугиране
Изопикничното центрофугиране се извършва както в градиент на плътност, така и по обичайния начин. Ако центрофугирането не се извършва в градиент на плътност, препаратът първо се центрофугира, за да се утаят частици с молекулно тегло, по-голямо от това на изследваните частици. Тези тежки частици се изхвърлят и пробата се суспендира в среда, чиято плътност е същата като тази на фракцията, която трябва да се изолира, и след това се центрофугират, докато изследваните частици се утаят на дъното на епруветката и частиците с по-ниска плътност изплуват в повърхността на течността...
Друг начин е пробата да се наслои върху повърхността на разтвора с непрекъснат градиент на плътност, покриващ диапазона от плътности на всички компоненти на сместа. Центрофугирането се извършва, докато плаващата плътност на частиците се изравни с плътността на съответните зони, т.е. докато частиците се разделят на зони. Методът се нарича зонално изопикнично или резонансно центрофугиране, тъй като основната точка тук е плаващата плътност, а не размерът или формата на частиците. Степента на плътност, при която частиците образуват изопикнични ивици, се влияе от природата на суспензионната среда; частиците могат да бъдат пропускливи за някои съединения в разтвор и непроницаеми за други, или могат да прикрепят молекули на разтвора. Когато се използва зоналния ротор, митохондриите, лизозомите, пероксизомите и микрозомите се концентрират в ивици с 42%, 47%, 47% и 27% захароза, съответстващи на плътност от 1,18, 1,21, 1,21 и 1,10 g-cm -3 съответно. Плътността на субклетъчните органели също зависи от тяхното селективно усвояване на определени съединения. Въвеждането на плъхове на детергента Triton WR-1339, който не предизвиква хемолиза, води до увеличаване на размера и намаляване на плътността на чернодробните лизозоми; плътността на митохондриите и пероксизомите остава непроменена. Въпреки факта, че седиментационните свойства на лизозомите по правило не се променят, тяхната равновесна плътност в градиента на захарозата намалява от 1,21 до 1,1, което води до съответно разделяне на лизозомно-пероксизомната фракция. Тази характеристика се използва при количественото разделяне на лизозоми, митохондрии и пероксизоми, базирано на отстраняване от хомогенна среда на всички частици с плътност, по-голяма от тази на микрозомите, и последващо изопикнално центрофугиране на утаените тежки частици.
2.4 Центрофугиране с градиент на равновесна плътност
Соли на тежки метали, като рубидий или цезий, както и разтвори на захароза се използват за създаване на градиент на плътност. Проба, като например ДНК, се смесва с концентриран разтвор на цезиев хлорид. И разтвореното вещество, и разтворителят първоначално се разпределят равномерно в целия обем. По време на центрофугирането се установява равновесно разпределение на концентрацията и следователно плътността на CsCl, тъй като цезиевите йони имат голяма маса. Под действието на центробежно ускорение молекулите на ДНК се преразпределят, събирайки се под формата на отделна зона в част от епруветката със съответстваща им плътност. Методът се използва главно при аналитично центрофугиране и е използван от Meselson и Stahl за изследване на механизма на репликация на ДНК на Е. coli. Центрофугирането с градиент на равновесна плътност също е един от методите за разделяне и изследване на човешки плазмени липопротеини.
2.5 Оформяне и извличане на градиенти
2.5.1 Естество на градиентите
За създаване на градиенти на плътност на разтвори най-често се използват разтвори на захароза, понякога с фиксирано рН. В някои случаи добро разделяне се постига чрез използване на D2 0 вместо обикновена вода. 2.1 показва свойствата на някои разтвори на захароза.
Изборът на градиента се диктува от специфичните задачи на фракционирането. Например, ficol, произведен от Pharmacia FineChemicals, може да замести захарозата в случаите, когато е необходимо да се създадат градиенти с висока плътност и ниско осмотично налягане. Друго предимство на фикола е, че не преминава през клетъчните мембрани. Соли на тежки метали, като рубидий и цезий, се използват за създаване на градиенти с по-висока плътност, но поради корозивния ефект на CsCl, такива градиенти се използват само в ротори, изработени от устойчиви метали, като титан.
2.5.2 Техника на градиента на плътността на стъпките
За да се създаде градиент на плътност, няколко разтвора с последователно намаляваща плътност се въвеждат внимателно в центрофужна епруветка с помощта на пипета. След това върху най-горния слой, който е с най-ниска плътност, се наслоява пробата под формата на тясна зона, след което епруветката се центрофугира. Плавни линейни градиенти могат да се получат чрез изглаждане на стъпаловидни градиенти по време на продължително престояване на разтвора. Процесът може да се ускори чрез леко разбъркване на съдържанието на епруветката с тел или чрез леко разклащане на епруветката.
2.5.3 Техника за създаване на плавен градиент на плътност
В повечето случаи се използва специално устройство за създаване на плавен градиент на плътност. Състои се от два цилиндрични съда със строго определен идентичен диаметър, комуникиращи помежду си на дъното със стъклена тръба с контролен клапан, който ви позволява да регулирате пропорциите, в които се смесва съдържанието на двата съда. Едната от тях е снабдена с бъркалка и има изход, през който разтворът се влива в центрофужни епруветки. По-плътен разтвор се поставя в миксер; вторият цилиндър се пълни с разтвор с по-ниска плътност. Височината на колоната от разтвори в двата цилиндъра се настройва така, че хидростатичното налягане в тях да е еднакво. По-плътният разтвор постепенно се изхвърля от миксера в центрофужните епруветки и едновременно с това се заменя с равен обем от разтвор с по-ниска плътност, влизащ в миксера от втория цилиндър през контролния клапан. Хомогенността на разтвора в миксера се осигурява чрез постоянно смесване на разтвора с бъркалка. Тъй като разтворът се източва в центрофужни епруветки, неговата плътност намалява и в епруветките се създава линеен градиент на плътност. Нелинейните градиенти могат да бъдат създадени с помощта на система, състояща се от два цилиндъра с различен диаметър.
За образуване на градиенти на плътност с различна стръмност се използва система от две механично контролирани спринцовки, които се пълнят с разтвори с различна плътност. Различни градиенти могат да бъдат създадени чрез промяна на относителната скорост на буталата.
2.5.4 Извличане на градиенти от центрофужни епруветки
След приключване на центрофугирането и отделяне на частиците, образувалите се зони трябва да бъдат отстранени. Това става по няколко начина, най-често по метода на изместване. В основата се пробива центрофужна тръба и в долната й част бавно се въвежда много плътна среда, например 60-70% разтвор на захароза. Горният разтвор се измества и фракциите се събират с помощта на спринцовка, пипета или специално устройство, свързано чрез тръба към фракционен колектор. Ако тръбите са направени от целулоид или нитроцелулоза, фракциите се извличат чрез срязване на тръбата със специално острие. За да направите това, центрофужна епруветка, фиксирана в стойка, се изрязва директно под желаната зона и фракцията се изсмуква със спринцовка или пипета. При подходящ дизайн на режещото устройство загубата на разтвор ще бъде минимална. Събирането на фракции също се извършва чрез пробиване на основата на епруветката с тънка куха игла. Капките, изтичащи от тръбата през иглата, се събират във фракционен колектор за по-нататъшен анализ.
2.5.5 Препаративни центрофуги и техните приложения
Препаративните центрофуги могат да бъдат класифицирани в три основни групи: центрофуги с общо предназначение, високоскоростни центрофуги и препаративни ултрацентрофуги. Центрофугите с общо предназначение дават максимална скорост от 6000 rpm и RCF до 6000 g. Те се различават един от друг само по капацитет и имат редица взаимозаменяеми ротори: ъглови и с висящи очила. Една от особеностите на този тип центрофуги е големият им капацитет - от 4 до 6 dm3, което позволява да се зареждат не само с центрофужни тръби от 10,50 и 100 cm3, но и със съдове с вместимост до 1,25 dm3. Във всички центрофуги от този тип роторите са твърдо монтирани на задвижващия вал, а центрофужните епруветки, заедно със съдържанието им, трябва да бъдат внимателно балансирани и да се различават по тегло с не повече от 0,25 g. трябва да бъдат разположени симетрично, една срещу други, като по този начин се осигурява равномерно разпределение на епруветките спрямо оста на въртене на ротора.
Високоскоростните центрофуги осигуряват максимална скорост от 25 000 rpm-1 и RCF до 89 000 g. Камерата на ротора е оборудвана с охладителна система, която предотвратява нагряването, което възниква поради триене по време на въртене на ротора. По правило високоскоростните центрофуги имат капацитет от 1,5 dm3 и са оборудвани със сменяеми ротори, както ъглови, така и висящи кофи.
Препаративните ултрацентрофуги осигуряват максимална скорост до 75 000 rpm и максимално центробежно ускорение от 510 000 g. Те са оборудвани както с хладилник, така и с вакуумен модул, за да се предотврати прегряване на ротора поради триенето му с въздуха. Роторите на такива центрофуги са изработени от високоякостни алуминиеви или титанови сплави. Основно се използват ротори от алуминиева сплав, но в случаите, когато са необходими особено високи скорости, се използват титанови ротори. За намаляване на вибрациите в резултат на дисбаланс на ротора поради неравномерно пълнене на центрофужните епруветки, ултрацентрофугите имат гъвкав вал. Центрофужните епруветки и тяхното съдържание трябва да бъдат внимателно балансирани до най-близките 0,1 г. Подобни изисквания трябва да се спазват при зареждане на роторите на центрофуги за обща употреба.
2.6 Конструкция на роторите
2.6.1 Ъглови ротори и ротори с висящи кофи
Роторите на препаративните центрофуги обикновено са два вида - ъглови и висящи кофи. Наричат се ъглови, защото поставените в тях центрофужни тръби винаги са под определен ъгъл спрямо оста на въртене. В ротори с висящи стъкла, епруветките са монтирани вертикално и когато се въртят под действието на получената центробежна сила, те се преместват в хоризонтално положение; ъгълът на наклон спрямо оста на въртене е 90 °.
При ъгловите ротори разстоянието, изминато от частиците до съответната стена на епруветката, е много малко и следователно утаяването настъпва относително бързо. След като се сблъскат със стените на епруветката, частиците се плъзгат надолу и образуват утайка на дъното. По време на центрофугирането възникват конвекционни потоци, които значително усложняват отделянето на частици с подобни седиментационни свойства. Независимо от това, ротори с подобен дизайн се използват успешно за разделяне на частици, чиято скорост на утаяване варира доста.
При ротори с висящи чаши също се наблюдават конвекционни явления, но те не са толкова силно изразени. Конвекцията е резултат от факта, че под действието на центробежно ускорение частиците се установяват в посока, която не е строго перпендикулярна на оста на въртене, и следователно, както при ъгловите ротори, те се удрят в стените на епруветката и се плъзгат към дъното.
Ефектите на конвекция и завихряне могат да бъдат избегнати до известна степен чрез използване на секторно оформени тръби в ротори с висящи чаши и чрез регулиране на скоростта на ротора; изброените по-горе, методът на центрофугиране в градиент на плътност също е лишен от недостатъците.
2.6.2 Непрекъснати ротори
Непрекъснатите ротори са предназначени за високоскоростно фракциониране на относително малки количества твърд материал от големи обемни суспензии, например за изолиране на клетки от хранителни среди. По време на центрофугирането към ротора непрекъснато се добавя суспензия от частици; капацитетът на ротора зависи от естеството на отлагания препарат и варира от 100 cm3 до 1 dm3 на минута. Особеността на ротора е, че той е изолирана камера със специален дизайн; съдържанието му не комуникира с външната среда и следователно не се замърсява или пръска.
2.6.3 Зонални или Андерсън ротори
Зоналните ротори са изработени от алуминиеви или титанови сплави, които са в състояние да издържат на много значителни центробежни ускорения. Обикновено те имат цилиндрична кухина, затворена с подвижен капак. Вътре в кухината, по оста на въртене, има аксиална тръба, върху която е поставена дюза с лопатки, разделяща кухината на ротора на четири сектора. Лопатките или преградите имат радиални канали, през които се инжектира градиент от аксиалната тръба към периферията на ротора. Благодарение на този дизайн на лопатките, конвекцията е сведена до минимум.
Пълненето на ротора се извършва, когато той се върти със скорост около 3000 rpm-1. В ротора се изпомпва предварително създаден градиент, започващ от слой с най-ниска плътност, който е равномерно разпределен по периферията на ротора и се задържа на външната му стена перпендикулярно на оста на въртене поради центробежна сила. С последващото добавяне на градиентни слоеве с по-висока плътност се получава непрекъснато изместване към центъра на по-малко плътните слоеве. След като целият градиент се изпомпва в ротора, той се запълва до пълния си обем с разтвор, наречен „възглавница“, чиято плътност е същата или леко надвишава най-високата плътност на предварително образувания градиент.
След това през аксиалната тръба се наслоява тестовата проба, която се измества от тръбата в обема на ротора с помощта на разтвор с по-ниска плътност, докато същият обем на "възглавницата" се отстранява от периферията. След всички тези процедури скоростта на въртене на ротора се регулира до работната скорост и се извършва или зонално-скоростно, или зонално-изопикнично фракциониране за необходимия период от време. Екстракцията на фракциите се извършва при скорост на ротора 3000 об/мин - min-1. Съдържанието на ротора се измества чрез добавяне на "възглавница" от периферията, като на първо място се изместват по-малко плътни слоеве. Благодарение на специалната конструкция на аксиалния канал на ротора на Anderson, няма смесване на зони по време на тяхното изместване. Изходящият градиент преминава през записващо устройство, например клетка за спектрофотометър, с което съдържанието на протеин може да се определи чрез абсорбция при 280 nm, или през специален детектор за радиоактивност, след което се събират фракции.
Капацитетът на зоналните ротори, използвани при средни скорости, варира от 650 до 1600 cm3, което прави възможно получаването на доста голямо количество материал. Зоналните ротори се използват за отстраняване на протеинови замърсители от различни препарати и за изолиране и пречистване на митохондрии, лизозоми, полизоми и протеини.
2.6.4 Анализ на субклетъчни фракции
Свойствата на препарата от субклетъчни частици, получени чрез фракциониране, могат да бъдат приписани на свойствата на самите частици само ако препаратът не съдържа примеси. Поради това винаги е необходимо да се оценява чистотата на получените препарати. Ефективността на хомогенизирането и наличието на примеси в препарата може да се определи чрез микроскопско изследване. Липсата на видими примеси обаче все още не е надеждно доказателство за чистотата на лекарството. За да се определи количествено чистотата на получения препарат, той се подлага на химичен анализ, който позволява да се определи съдържанието на протеини или ДНК в него, да се определи неговата ензимна активност, ако е възможно, и имунологични свойства.
Анализът на разпределението на ензимите във фракционираните тъкани се основава на два основни принципа. Първият от тях е, че всички частици от дадена субклетъчна популация съдържат един и същ набор от ензими. Второто предполага, че всеки ензим е локализиран на определено място в клетката. Ако тази позиция беше вярна, тогава ензимите биха могли да действат като маркери за съответните органели: например цитохромоксидазата и моноаминооксидазата биха служили като митохондриални маркерни ензими, киселинните хидролази като лизозомни маркери, каталазата като пероксизомен маркер и глюкозо-6- фосфатаза - микрозомален мембранен маркер. Оказа се обаче, че някои ензими, например малат дехидрогеназа, P-глюкуронидаза, NADP-H-цитохром-с-редуктаза, са локализирани в повече от една фракция.Следователно изборът на маркерни ензими на субклетъчни фракции във всяка специфична към случая трябва да се подходи с голямо внимание.Освен това липсата на маркерен ензим не означава липса на съответните органели.Вероятно е по време на фракционирането ензимът да бъде загубен от органелите или да бъде инхибиран или инактивиран, така че поне два маркерните ензими обикновено се определят за всяка фракция.
| Фракция | Обем, cm" | Общо развъждане | Екснулация, 660 nm | Единици за ензимна активност | Добив на активност във фракции, % |
| 121 | 1:35 | 0,45 | 515 | ||
| 30 | 1:21,7 | 0,195 | 35,2 | 6,99 | |
| 21,5 | 1:105 | 0,3 | 186,3 | 37 | |
| 16,5 | 1:105 | 0,34 | 162 | 32,17 | |
| 21 | 1:27,7 | 0,41 | 51,5 | 10,23 | |
| 287 | 1:21,7 | 0,04 | 68,5 | 13,61 | |
| 503,5 | 100 |
2.7 Фракциониране чрез диференциално центрофугиране
2.7.1 Представяне на резултатите
Резултатите, получени от тъканното фракциониране, са най-удобно представени под формата на графики. По този начин, когато се изучава разпределението на ензимите в тъканите, данните са най-добре представени под формата на хистограми, които позволяват визуална оценка на резултатите от експериментите.
Ензимната активност на протеиновото съдържание в пробата се определя както в оригиналния хомогенат, така и във всяка изолирана субклетъчна фракция поотделно. Общата ензимна активност и съдържанието на протеини във фракциите не трябва да се различават значително от съответните стойности в оригиналния хомогенат.
След това се изчислява ензимната активност и съдържанието на протеин във всяка фракция в % от общия добив, на базата на което се прави хистограма. Относителното количество протеин във всяка фракция се нанася последователно по абсцисната ос в реда на тяхното изолиране, а относителната специфична активност на всяка фракция се нанася по ординатната ос. По този начин ензимната активност на всяка фракция се определя от площта на колоните.
2.7.2 Аналитично ултрацентрофугиране
За разлика от препаративното центрофугиране, чиято цел е да разделя веществата и да ги пречиства, аналитичното ултрацентрофугиране се използва главно за изследване на седиментационните свойства на биологични макромолекули и други структури. Следователно при аналитично центрофугиране се използват ротори и записващи системи със специален дизайн: те ви позволяват непрекъснато да наблюдавате утаяването на материала в центробежното поле.
Аналитичните ултрацентрофуги могат да достигнат скорости до 70 000 rpm, като същевременно генерират центробежно ускорение до 500 000 g. Техният ротор, като правило, има формата на елипсоид и е свързан с нишка към двигателя, което позволява да се променя скоростта на въртене на ротора. Роторът се върти във вакуумна камера, оборудвана с хладилно устройство и има две клетки, аналитични и балансиращи, които са монтирани в центрофугата строго вертикално, успоредно на оста на въртене. Балансиращата клетка служи за балансиране на аналитичната клетка и представлява метален блок с прецизна система. Разполага и с два индексни отвора, разположени на строго определено разстояние от оста на въртене, с помощта на които се определят съответните разстояния в аналитичната клетка. Аналитичната клетка, чийто капацитет обикновено е 1 cm3, има секторна форма. Когато е правилно монтиран в ротора, въпреки че е изправен, той работи на същия принцип като ротор с висящи кофи, създавайки почти идеални условия за утаяване. В краищата на аналитичната клетка има прозорци с кварцови стъкла. Аналитичните ултрацентрофуги са оборудвани с оптични системи, които позволяват наблюдение на утаяването на частиците по време на целия период на центрофугиране. На предварително определени интервали от време седиментиращият материал може да бъде фотографиран. При фракциониране на протеини и ДНК седиментацията се следи чрез абсорбция в ултравиолетовия лъч, а в случаите, когато изследваните разтвори имат различни показатели на пречупване, чрез система на Шлирен или интерферентна система на Релей. Последните два метода се основават на факта, че когато светлината преминава през прозрачен разтвор, състоящ се от зони с различна плътност, светлината се пречупва на границата на зоната. При утаяването се образува граница между зоните с тежки и леки частици, която играе ролята на пречупваща леща; в този случай се появява пик върху фотографската плака, използвана като детектор. В хода на утаяването границата се премества и следователно пикът, по чиято скорост на движение може да се прецени скоростта на утаяване на материала. Интерферометричните системи са по-чувствителни от шлирен системите. Аналитичните клетки са едносекторни, които се използват най-често, и двусекторни, които се използват за сравнително изследване на разтворителя и разтвореното вещество.
В биологията аналитичното ултрацентрофугиране се използва за определяне на молекулните тегла на макромолекулите, за проверка на чистотата на получените проби и за изследване на конформационните промени в макромолекулите.
2.8 Приложение на аналитично ултрацентрофугиране
2.8.1 Определяне на молекулни тегла
Има три основни метода за определяне на молекулните тегла с помощта на аналитично ултрацентрофугиране: определяне на скоростта на утаяване, метод на седиментационното равновесие и метод на приближение на седиментационното равновесие.
Определянето на молекулното тегло чрез скорост на утаяване е най-разпространеният метод. Центрофугирането се извършва при високи скорости, така че частиците, първоначално равномерно разпределени в целия обем, започват да се движат по ред по радиуса от центъра на въртене. Между зоната на разтворителя, вече свободна от частици, и тази част от него, която ги съдържа, се образува ясна граница. Тази граница се движи по време на центрофугиране, което дава възможност да се определи скоростта на утаяване на частиците, като се използва един от горните методи, като се регистрира това движение върху фотографска плака.
Скоростта на утаяване се определя от следната зависимост:
където x е разстоянието от оста на въртене в cm,
t - време в s,
w е ъгловата скорост в rad-s-1,
s е коефициентът на утаяване на „молекулата.
Коефициентът на утаяване е скоростта на единица ускорение, измерва се в единици на Seedberg; 1 Swedberg единица е равна на 10_13 s. Числената стойност на s зависи от молекулното тегло и формата на частиците и е стойност, характерна за дадена молекула или надмолекулна структура. Например, коефициентът на утаяване на лизозима е 2,15 S; каталазата има коефициент на утаяване от 11.35S, бактериалните рибозомни субединици от 30 до 50S, а еукариотните рибозомни субединици от 40 до 60S.
където M е молекулното тегло на молекулата, R е газовата константа, T е абсолютната температура, s е коефициентът на утаяване на молекулата, D е коефициентът на дифузия на молекулата, v е частичният специфичен обем, който може да бъде разглеждан като обем, зает от един грам разтворено вещество, p е плътността на разтворителя.
Метод на седиментационния баланс. Определянето на молекулните тегла по този метод се извършва при относително ниски скорости на ротора от порядъка на 7000-8000 rpm-1, така че молекули с голямо молекулно тегло да не се утаяват на дъното. Ултрацентрофугирането се извършва до достигане на равновесие на частиците, което се установява под действието на центробежни сили, от една страна, и дифузионни сили, от друга, т.е. докато частиците спрат да се движат. След това, според получения градиент на концентрация, молекулното тегло на веществото се изчислява "според формулата
където R е газовата константа, T е абсолютната температура, ω е ъгловата скорост, p е плътността на разтворителя, v е частичният специфичен обем, cx и c2 са концентрацията на разтвореното вещество на разстояния r и r2 от ос на въртене.
Недостатъкът на този метод е, че отнема много време за постигане на седиментационно равновесие - от няколко дни до няколко седмици при непрекъсната работа на центрофугата.
Методът за приближаване до седиментационното равновесие е разработен, за да се отърват от недостатъците на предишния метод, свързани с голяма инвестиция на време, необходимо за "установяване на равновесие". Използвайки този метод, молекулните тегла могат да бъдат определени, когато центрофугираният разтвор е в състояние на приближаване до равновесие Първо, макромолекулите се разпределят равномерно в целия обем на аналитичната клетка, след това, докато центрофугирането продължава, молекулите се утаяват и плътността на разтвора в областта на менискуса постепенно намалява.Промяната в плътността е внимателно се записват и след това чрез сложни изчисления, включващи голям брой променливи, молекулното тегло на дадено съединение се определя по формулите:
където R е газовата константа, T е абсолютната температура, v е частичният специфичен обем, p е плътността на разтворителя, dcldr е концентрационният градиент на макромолекулата, hm и gd са разстоянието до менискуса и дъното на епруветката, съответно, cm и sd са концентрацията на макромолекулите при менискуса и y дъното на епруветката, съответно, Mm и MR са стойностите на молекулните тегла, определени от разпределението на концентрацията на веществото при менискуса и съответно дъното на тръбата.
2.8.2 Оценка на чистотата на препаратите
Аналитичното ултрацентрофугиране се използва широко за оценка на чистотата на ДНК, вирусни и протеинови препарати. Чистотата на препаратите несъмнено е много важна в случаите, когато се изисква точно определяне на молекулното тегло на молекулата. В повечето случаи хомогенността на препарата може да се прецени по естеството на границата на утаяване, като се използва методът на скоростта на утаяване: хомогенният препарат обикновено дава една ясно дефинирана граница. Примесите, присъстващи в препарата, се появяват като допълнителен връх или рамо; те определят и асиметрията на главния пик.
2.8.3 Изследване на конформационните промени в макромолекулите
Друга област на приложение на аналитичното ултрацентрофугиране е изследването на конформационните промени в макромолекулите. Молекулата на ДНК, например, може да бъде едноверижна или двуверижна, линейна или кръгла. Под въздействието на различни съединения или при повишени температури, ДНК претърпява редица обратими и необратими конформационни промени, които могат да бъдат определени чрез промяна на скоростта на утаяване на пробата. Колкото по-компактна е молекулата, толкова по-нисък е нейният коефициент на триене в разтвора и обратно: колкото по-малко е компактна, толкова по-голям е коефициентът на триене и следователно толкова по-бавно ще се утаи. По този начин разликите в скоростта на утаяване на пробата преди и след различни въздействия върху нея позволяват да се открият конформационни промени, настъпващи в макромолекулите.
В алостеричните протеини, като например аспартат транскарбамоилазата, настъпват конформационни промени в резултат на тяхното свързване към субстрат и малки лиганди. Дисоциацията на протеин на субединици може да бъде предизвикана чрез третирането му с вещества като урея или парахлоромеркурибензоат. Всички тези промени могат лесно да бъдат наблюдавани с помощта на аналитично ултрацентрофугиране.
Филтрирането е процес на отделяне на суспендирани твърди вещества в течности или газове. Течност или газ, съдържащи твърди частици, преминават през порест материал (филтър), чийто размер на порите е толкова малък, че твърдите частици не преминават през филтъра. Размерите на порите определят способността на филтъра да задържа твърди частици с различни размери, както и неговата производителност, т.е. количеството течност, което може да се отдели за единица време.
Процесът на филтриране се влияе от вискозитета на течността и разликата в налягането от двете страни на филтъра. Колкото по-висок е вискозитетът на течността, толкова по-трудно се филтрира. Тъй като вискозитетът на течността намалява с повишаване на температурата, горещите течности се филтрират по-лесно от студените. Филтрирането на вискозни течности често може да бъде улеснено чрез разреждането им с разтворител, който може лесно да се дестилира след завършване на филтрирането. Колкото по-голяма е разликата в налягането, толкова по-висока е скоростта на филтриране. Следователно филтрирането често се извършва при понижено или свръхналягане. При филтриране под налягане на желатинови утайки, последните са плътно прикрепени към филтъра, чиито пори лесно се запушват и филтрирането спира.
Ако размерът на частиците на твърдата фаза е по-малък от размера на порите на филтъра, суспензията не може да бъде филтрирана. Така че обикновените хартиени филтри не задържат фини частици от много колоидни разтвори. В такива случаи преди филтриране колоидният разтвор се нагрява или към него се добавя електролит, което води до коагулация (уголемяване на частиците и образуване на утайка).
Когато целта на филтрирането е да се получи бистър филтрат, а не чиста утайка, за по-добро отделяне на фините частици от течността, малко количество прахообразен активен въглен се добавя към последната, разклаща се и се филтрира.
Филтрирането на смеси, съдържащи вещества, които запушват порите на филтъра и образуват вискозни слоеве върху него, често се улеснява чрез добавяне на фин кварцов пясък, диатомит, азбестови влакна, целулозна (хартиена) маса.
Филтрирането може да се извърши по различни начини, в зависимост от естеството на течностите, които трябва да се филтрират, и свойствата на твърдата фаза (утайката), която трябва да се отдели от течността или газа.
Ако твърдата фаза на сместа се утаява лесно, тогава по-голямата част от нея може да се отстрани преди самото филтриране чрез декантиране. Декантирането - най-простият метод за разделяне на твърда и течна фази - се основава на факта, че при липса на разбъркване твърдото вещество се утаява на дъното на съда и може да се отдели бистра течност чрез оттичане от утаената утайка. Понякога декантирането може да се използва и за разделяне на две твърди вещества с различна плътност. Сифонното декантиране често се използва за измиване на слабо разтворими твърди вещества (фиг. 118). Декантиращото измиване е много по-ефективно от измиването на филтърната утайка, при което течността обикновено не прониква равномерно между твърдите частици.
Филтриране под въздействието на собственото тегло на течността
Този метод на филтриране обикновено се използва в случаите, когато не е необходима филтрирана твърда фаза (отстраняване на механични примеси от разтвори), или когато течната фаза може да бъде напълно отстранена чрез многократно третиране на утайката с подходящ разтворител.
Конвенционалното филтриране се използва, когато трябва да се филтрират горещи концентрирани разтвори или разтвори на кристални вещества в летливи разтворители. Когато такива разтвори се филтрират във вакуум, разтворителят се изпарява под филтъра, който бързо се охлажда и се запушва с утаени кристали.
Като филтърен материал се използват предимно различни видове филтърна хартия, готови хартиени филтри без мазнини и без пепел.
Филтърната хартия за директна употреба се произвежда в два вида: FNB - бърза филтрация с размер на порите 3,5-10 микрона и FNS - средноскоростна филтрация с размер на порите 1-2,5 микрона. Съдържанието на пепел в хартията от тези класове е до 0,2%.
За производството на безпепелни и обезмаслени хартиени филтри се произвежда филтърна хартия от три степени: FOB - бързо филтриране; FOS - средна филтрация; POF - бавна филтрация.
Готови хартиени филтри с кръгла форма, обезмаслени (с жълта лента) и безпепелни, се произвеждат в различни диаметри в опаковки от 100 бр. Изборът на размер на филтъра зависи от масата на твърдите вещества, които трябва да се отделят, а не от обема на течността, която трябва да се филтрира.
Безпепелните филтри за лабораторна работа се различават по своята разделителна (задържаща) способност. Тази разлика се определя от цвета на хартиената лента, която е залепена върху опаковката.
Приемат се следните обозначения: бяла лента - бързо филтриране, червена - средно филтриране, синя - бавно филтриране, предназначена за филтриране на дребнозърнести утайки (тип BaSO4).
Изборът на марка филтър във всеки отделен случай зависи от свойствата на отделеното твърдо вещество. Много плътните филтри трябва да се използват само когато е абсолютно необходимо.
Филтърната хартия и готовите филтри не могат да се използват за филтриране на концентрирани разтвори на силни киселини или основи, тъй като това намалява механичната якост на филтрите.
Хартиените филтри са прости и сгънати (обикновени). За да направите обикновен гладък филтър, кръгло парче филтърна хартия с определен размер се сгъва четири пъти и се изрязва с ножица, за да се образува сектор от кръг. Зависимостта на диаметъра на филтъра от диаметъра на стъклената фуния за филтриране е показана по-долу:
Гладкият филтър трябва да приляга плътно към стените на фунията, особено в горната част. За да направите това, когато сгъвате филтъра, се препоръчва да огънете полукръга не по средната линия, а по успоредна линия близо до нея.
Сгънатият филтър се поставя във фуния (можете да го напълните с утайка не повече от 1/3 или 1/2), навлажнете го с дестилирана вода и напълнете гърлото (тръбата) на фунията с вода. За да направите това, филтърът се повдига и бързо се спуска. Ръбовете на филтъра трябва да са на 5-10 mm под ръба на фунията. Мокрият филтър се притиска леко към фунията. Филтрирането започва незабавно, за да поддържа чучура на фунията пълен с течност. Не пълнете фунията с разтвор повече от 3/4 от обема. Върхът на чучура трябва да докосва вътрешната стена на чашата за филтрат, за да се предотврати пръскане.
Обикновени гладки филтри обикновено се използват в аналитичните лаборатории за филтриране на разредени разтвори.
Филтрирането се ускорява значително при използване на нагънати филтри. Тези филтри се правят лесно (фиг. 119). Гънките на филтъра не трябва да се доближават до центъра му, в противен случай хартията в центъра на филтъра може да пробие. Готовият филтър се вкарва във фунията, така че да е в непосредствена близост до стените му. Ако фунията има ъгъл по-голям или по-малък от 60°, филтърът се настройва към него чрез промяна на позицията на втората гънка. Необходимо е филтърът да има достатъчно остър край, филтърната хартия да не е повредена от многократно огъване.
Преди да поставите готовия филтър във фунията, той се разгъва и сгъва така, че външната страна на филтърната хартия да е от вътрешната страна на филтъра. Филтър, поставен правилно във фуния, се навлажнява с филтрирана течност или дестилирана вода.
Когато филтрирате горещи разтвори и използвате фунии с голям диаметър, горната част на филтъра може да пробие. За да се елиминира тази опасност, в голяма фуния се поставя малка или специална перфорирана порцеланова вложка, като най-добре е да се филтрира през два нагънати заедно филтъра.
Оборудването за филтриране при атмосферно налягане и стайна температура е просто и се състои от фуния, филтър, приемник и стойка. За филтриране на горещи наситени разтвори на твърди вещества се използват широки скъсени фунии, а за бързо филтриране на големи обеми течности се използват гофрирани фунии, чиито неравни стени, в комбинация с гладки филтри, увеличават ефективната филтрираща повърхност. Фунията се фиксира в пръстен, прикрепен към лабораторна стойка, или се вкарва директно в гърлото на колбата - реципиента на филтрата. В последния случай е необходимо да поставите лента от филтърна хартия под фунията, така че въздухът, изместен от филтрата, да може да излезе от колбата.
Филтрирането често е трудно, ако се образува въздушна междина (въздушен джоб) между хартиения филтър и стената на фунията. За да се избегне това, във фунията се създава леко свръхналягане: фунията се покрива с парче филтърна хартия, навлажнено по краищата, и обърната фуния със същия диаметър. Въздухът се изтласква през тръбата на горната фуния с гумена круша и по този начин елиминира въздушния джоб.
За да се ускори филтрирането, тръбата на фунията се удължава: стъклена тръба със същия (или малко по-малък) вътрешен диаметър е свързана към чучура с гумена тръба. След известно време цялата тръба се пълни с колона от филтрат, създавайки вакуум.
Силно алкални разтвори и разтвори на флуороводородна киселина се препоръчва да се филтрират през фуния от порест полиетилен. За производството на такава фуния (фиг. 120) се използват две стъклени фунии, от които външната се затваря в мястото на стесняване с тапа, а вътрешната се разтопява на същото място. Между стените на фуниите се поставя смес от полиетиленов прах и фино смлян натриев хлорид в масово съотношение 1:4 и се държи в пещ при 130-150 °С. От време на време вътрешната фуния се завърта под налягане, за да се нанесе равномерно полутечната маса върху вътрешната повърхност на външната фуния. След охлаждане вътрешната фуния се отстранява, запушалката се отстранява от тръбата на външната фуния и синтерованата маса се измива с топла вода, за да се отстрани натриевият хлорид.
Скоростта на филтриране е право пропорционална на хидростатичното налягане на филтрираната течност, следователно, когато филтрирате големи обеми течности, е полезно да поддържате постоянно ниво на течността във филтъра. На фиг. 121 показва прости домашни устройства за автоматично добавяне на течност към филтъра. Контейнерът за течност е затворен с чиста гумена запушалка, снабдена с тръба за подаване на течност и тръба за подаване на въздух. Нивото на долния край на тръбата за всмукване на въздух определя нивото на течността във филтъра. Ако нивото падне, въздухът навлиза в съда и изстисква течността върху филтъра. В резултат на това нивото на течността във филтъра се повишава и достъпът на въздух вътре в съда се затваря.
Филтриране при нагряване или охлаждане
Нагряващата филтрация се извършва, когато е необходимо да се пречистят горещи концентрирани разтвори от примеси, филтриране на вискозни разтвори, както и разтвори, съдържащи вещества, които лесно кристализират при нормална температура.
На първо място, трябва внимателно да изберете класа филтърна хартия, размера на филтъра и фунията, за да ускорите процеса. Преди да се излее горещият разтвор върху филтъра, фунията с поставения филтър се нагрява, като през филтъра се пропуска малко горещ чист разтворител или пари на разтворителя, ако се нагрее във вана до кипене. В последния случай фунията се покрива с часовниково стъкло. Преди филтриране разтворителят от приемника се излива, за да не разрежда филтрата. Поддържайте високо ниво на течността във филтъра, за да ускорите филтрирането.
Фуния с филтър може да се нагрява и с метална фуния за горещо филтриране (фиг. 122, а) или фуния, между двойните стени на която се пропуска гореща вода, пара или горещ въздух (фиг. 122, б). Нагряването може да се извърши и чрез потапяне на електрическия нагревател във филтрирания разтвор, ако последният не съдържа вещества, които реагират с метала.
За равномерно нагряване на стъклена лабораторна стъклария се използват и плетени калъфи (шапки) с електрическо нагряване. Те обикновено са изработени от тънка стъклена нишка и съдържат гъвкав нагревателен елемент под формата на тънък проводник или намотка.
Охладеното филтриране може да се извърши в охладена с лед фуния или във фуния с охладена саламура, протичаща между двойните стени.
Филтрация при понижено налягане
Филтрирането при понижено налягане позволява да се постигне по-пълно отделяне на твърдото вещество от течността и да се увеличи скоростта на процеса.
Апаратът за вакуумно филтриране се състои от филтриращо устройство, приемник, водоструйна помпа и предпазна бутилка.
При филтриране на големи количества вещества най-често се използват перфорирани порцеланови или процепени стъклени цилиндрични фунии на Бюхнер, поставени в конични колби за филтриране под вакуум с тръба; последните са свързани към водоструйната помпа чрез предпазна бутилка. Необходимо е размерът на фунията да съответства на количеството филтрирано твърдо вещество, което трябва да покрива изцяло повърхността на филтъра. Прекалено дебелият слой утайка обаче затруднява изсмукването и последващото измиване.
Филтърът за фунии на Бюхнер представлява кръгъл лист филтърна хартия, поставен върху перфорираната преграда на фунията. Диаметърът на филтъра трябва да е малко по-малък от диаметъра на преградата. Големите фунии на Бюхнер обикновено имат два филтъра, подредени един върху друг. За да може монтираният хартиен филтър да прилепне достатъчно плътно към перфорираната преграда на фунията, той предварително се навлажнява върху фунията с разтворител и равномерно се притиска към нея. След това, след отстраняване на разтворителя, сместа за филтриране се излива във фунията и се изсмуква.
В случай на водни разтвори, малките количества вода, използвани за намокряне на филтъра, нямат значение. В случаите, когато наличието на вода е неприемливо, мокрият филтър, след като е постигнал плътно прилягане, се измива с етилов алкохол или ацетон и след това с разтворител, чието присъствие във филтрата е приемливо. Филтърната хартия, намокрена с органичен разтворител, не залепва за фунията така добре, както когато е намокрена с вода.
Фуниите на Бюхнер са фиксирани в конични колби с гумени запушалки или дебели плоски парчета гума, покриващи гърлото на колбата отгоре; последните са удобни с това, че не могат да бъдат засмукани в колбата по време на филтриране.
За да се отдели напълно матерната луга, утайката върху филтъра се изстисква с плоска повърхност на стъклена запушалка или с дебелостенен цилиндър с плоско дъно, докато течността спре да капе. В този случай е необходимо да се гарантира, че на повърхността на дебел слой утайка не се образуват пукнатини, тъй като това води до непълно изсмукване на матерната луга и замърсяване на утайката. За да се отстрани остатъчната матерна луга, утайката се промива върху филтъра с малки порции разтворител при атмосферно налягане. Когато филтърната утайка е наситена с разтворител, всмукателният вакуум се прилага отново.
При филтриране със засмукване филтрите от синтетични влакна се използват като филтърен материал в допълнение към конвенционалните хартиени филтри. И така, филтрите, изработени от PVC или полиестерни влакна, са устойчиви на киселини и основи, но се разрушават от органични разтворители.
За отделяне на трудни за филтриране лепкави утайки често се използва азбестова маса, която може да се уплътни върху смукателна фуния или тигел Gooch. Азбестовата маса се приготвя по следния начин: азбестът се стрива в порцеланов хаван с конц. HCl, прехвърлете масата в чаша и кипете 20-30 минути в абсорбатор. След това масата се разрежда с 20-30 пъти обема дестилирана вода, филтрира се на фуния на Бюхнер и се промива с вода до изчезване на киселинната реакция във филтрата. След това масата се суши при 100-120 °C и се калцинира в муфел. Калцинираният азбест се разклаща с вода до получаване на хомогенна маса, прехвърля се върху филтърната плоча на фуния или тигел на Gooch, изсмуква се и се уплътнява.
Фунии, тигели и газови филтри със запоена плоча от синтерован стъклен прах са изключително удобни за филтриране. Стъклените филтри се използват за отделяне на твърди вещества от течности по време на филтриране и екстракция, за отстраняване на частици мъгла от газове, за барботиране (разпределяне) на газове в течности. Стъклените филтри обаче са неудобни в случаите, когато е необходимо количествено утаяване, тъй като е трудно да се отстрани напълно утайката от филтъра. Те не са подходящи за филтриране на много концентрирани горещи разтвори на основи и карбонати на алкални метали.
Порьозността на стъклените филтърни плочи и техните обозначения са се променяли често. Според GOST 9775-69 класът на филтъра зависи от размера на порите (Таблица 8).
Видове стъклени фунии и тигли с порести филтри са показани на фиг. 123.
Освен стъклени продукти с филтри за течности се произвеждат и продукти с филтри за филтриране и измиване на газове.
Предлагат се и филтърни фунии с терморегулируема тръба и терморегулируем кожух (фиг. 124). Фунии с електрическо нагряване са предназначени за филтриране в загрято състояние на кристализиращи и вискозни разтвори и суспензии при стайна температура. Загряването на филтърната фуния до 130°C елиминира втвърдяването на разтвора и филтрирането протича бързо.
Основният елемент на филтърната фуния с електрическо нагряване и терморегулируема тръба е стъклен филтър с диаметър 40 mm със запоена тънкостенна стъклена тръба, която съдържа 30 W електрически нагревател. Фуниите се предлагат с филтри, чийто размер е 40, 100, 160 микрона.
В нагрятата филтърна фуния контролът на температурата се осигурява от течащ топлоносител. Обемът на фунията над филтъра с терморегулируема тръба е 80 мл, с терморегулируема риза - 58 мл.
За отделяне на течността от твърдото вещество се използва обратна потопяема филтърна фуния (фиг. 123, d). Филтърът се потапя в течността и филтратът постъпва в приемника, към който е свързан филтърът. С това устройство е удобно да се извършва филтриране при по-ниска температура, като се поддържа ниска температура на филтрираната смес с помощта на охлаждаща баня.
За отделяне на малки количества вещества се използва фуния със стъклена "шипка", която се покрива с кръгло парче филтърна хартия. За да направите това, краят на стъклената пръчка се омекотява в пламъка на горелка и след това се сплесква, като се притиска към равна хоризонтална повърхност на метална плоча. Необходимо е филтърът да приляга плътно към „карамфила“, а ръбовете на филтъра да са огънати с 1-2 mm по стената на фунията. Приемникът за филтрат е филтрираща тръба (със страничен изход).
За филтриране на вещества с ниска точка на топене или силно разтворими при стайна температура се използва вакуум по време на охлаждане. При малки количества утайка фунията и разтворът се охлаждат предварително в хладилник. В други случаи фунията на Бюхнер се вгражда в бутилка с отрязано дъно, като последната се пълни с лед или охлаждаща смес.
При филтриране в атмосфера на инертен газ инсталациите, показани на фиг. 125.
Аналитични аерозолни филтри AFA
AFA филтрите се използват за изследване и контрол на аерозоли, съдържащи се във въздуха или други газове. Филтрите AFA се състоят от филтърен елемент, отделен или залепен към опорния пръстен и защитни хартиени пръстени с издатини.
Като филтърен елемент се използва филтриращият материал FP (филтър Петрянов), изработен от ултратънки полимерни влакна (целулозен ацетат, перхлорвинил, полистирен). Работна повърхност на кръгло сечение на филтъра 3, 10, 20 и 160 cm2.
центрофугиране
Центрофугирането е един от методите за разделяне на хетерогенни системи (течност - течност, течност - твърди частици); в ротори под действието на центробежни сили. Центрофугирането е полезно да се използва, ако филтрираните вещества запушват порите на филтъра, влошават се при контакт с филтърния материал или са фино диспергирани.
Центрофугирането се извършва в специални апарати, наречени центрофуги. Основната част на центрофугата е ротор, въртящ се с висока скорост.
Видовете центрофуги са многобройни; те се подразделят главно според размера на фактора на разделяне. То е равно на отношението на ускорението на центробежното поле, развито в центрофугата, към ускорението на гравитацията. Факторът на разделяне е безразмерна величина. Разделящият ефект на центрофугата нараства пропорционално на разделящия фактор.
Коефициентът на разделяне за електрически центрофуги, произведени от местната промишленост, варира от 1600 до 300 000, а скоростта на ротора варира от 1000 до 50 000 rpm.
Хетерогенните системи в центрофугите се разделят чрез утаяване или филтриране. В зависимост от това центрофугите се предлагат с плътен ротор или с перфориран, покрит филтърен материал.
Утаителното центрофугиране се извършва за избистряне на течност, съдържаща суспендирани твърди вещества или за утаяване на твърда фаза. Състои се от утаяване на твърдата фаза, уплътняване на утайката и освобождаване на супернатанта.
В лабораторната практика се използват различни видове центрофуги: с ръчно или електрическо задвижване, настолни (преносими), мобилни и стационарни. Според големината на фактора на разделяне центрофугите се разделят на обикновени (с фактор на разделяне под 3500), суперцентрофуги и ултрацентрофуги (с фактор на разделяне най-малко 3500). Конвенционалните центрофуги се използват главно за разделяне на суспензии с ниска дисперсия (по-големи от 10-50 микрона) с различни концентрации. Суперцентрофугите се използват главно за разделяне на емулсии и фини суспензии (размер под 10 микрона). За разделяне и изследване на високодисперсни системи и макромолекулни съединения са често срещани аналитични и препаративни ултрацентрофуги с фактор на разделяне над 100 000. Аналитичните центрофуги се използват за определяне на молекулното тегло и степента на полимеризация на макромолекулните съединения, препаративните центрофуги се използват за изолирайте вещества от разтвори, които обикновено са в колоидно състояние или под формата на неразделими суспензии (протеини, нуклеинови киселини, полизахариди).
Роторът на ултрацентрофугата се върти, като правило, във вакуумна камера по време на охлаждане (хладилни центрофуги).Скоростта и времето на въртене на ротора, както и температурният режим на центрофугиране се контролират от електронни устройства.
Разтворът, който трябва да се третира, се поставя в специален съд, който след това се върти с висока скорост на ротора на центрофугата. В този случай компонентите на сместа под действието на центробежната сила се разпределят на слоеве на различни дълбочини (в съответствие с масите на частиците); най-тежките частици се притискат към дъното на съда.
Когато се използват епруветкови малки преносими центрофуги с ръчно или електрическо задвижване, суспензията се поставя в стъклени или пластмасови епруветки, които се въртят около главната ос, като са окачени на опори. Тръбните центрофуги за периодично отделяне на малки количества вещество могат да бъдат два вида. В някои тръбите се държат от цапфи на ротора и заемат хоризонтално положение по време на въртене, в други са неподвижно фиксирани под определен ъгъл спрямо оста на въртене (ъглови ротори).
На фиг. 126 показва положението на епруветките по време на центрофугиране в ъглов ротор и в ротор с осцилиращи стъкла.
След спиране на центрофугата чистата течна фаза (центрофуга) се отцежда или се взема с пипета. Утайката се промива и центрофугира отново. Ако е необходимо да се извлече максималното количество утайка от епруветката, тогава центрофугата се изхвърля и утайката се изсушава във вакуумен ексикатор, без да се изважда от стъклената епруветка на центрофугата.
Когато се използват центрофуги с епруветки, епруветките от дебелостенно стъкло или синтетичен материал се поставят в защитни метални чаши. Дъното на стъклените епруветки е защитено с гумени уплътнения. Стъклените епруветки могат да се пълнят до половината от обема, а епруветките от синтетични материали при високи обороти на ротора (5000 об/мин) трябва да се пълнят почти догоре, за да не се деформират под действието на центробежната сила. За да се гарантира безопасността на работа, е необходимо епруветките с центрофугираната суспензия да се балансират много точно. Дисбалансът при високи скорости може да повреди ротора. Като се има предвид, че летливите разтворители могат да се изпарят по време на центрофугирането, по-добре е епруветките да се затворят със запушалки.
Роторите на лабораторните центрофуги с епруветки, с изключение на ръчните центрофуги, се поставят в защитни метални капаци (капаци), така че да няма опасност за работниците, ако епруветка със стъкло падне от закачалките.
Необходимо е стриктно да се спазват инструкциите, дадени в инструкциите на производителя за тази центрофуга, да не се превишава скоростта на ротора, посочена в инструкциите. Центрофугата може да се задвижи само със затворен предпазен капак; Капакът може да се отвори само след като центрофугата е спряла напълно.
Ръчна центрофуга РЦ-4.Тази центрофуга е предназначена за разделяне на течности с различна плътност или за отделяне на суспендирани или разклатени частици от течности. Основните части на центрофугата: чугунен корпус, вътре в който са монтирани зъбни колела (червячна предавка), държач за епруветка, дръжка и скоба. На шарнирните окачвания на държача на епруветката има четири втулки, изработени от карболит. Течности и твърди частици с различна плътност се разпределят на различни места в епруветката при въртене. Разделянето може да се извърши едновременно в четири епруветки. За едно завъртане на дръжката държачът на тръбата прави осем завъртания. За работа центрофугата се закрепва със скоба върху капака на лабораторната маса или върху специална стойка.
Лабораторна настолна центрофуга ЦЛН-2.Центрофугата ЦЛН-2 работи с ротор от ъглов тип РУ 6х10. Максималният обем материал за центрофугиране е 60 cm3. Скорост на ротора 3000-8000 об/мин; интервалът на честота на въртене, регулиран от превключвателя, е равен на 1000 оборота. Коефициентът на разделяне достига 5500. Времето за ускоряване на ротора до максимална скорост е 10 минути; спирачно време не повече от 8 минути. Време на непрекъсната работа 60 мин.; минималната задължителна почивка е 15 минути. Работната камера на центрофугата се затваря с капак със самозатварящо се устройство. Тегло на центрофугата 8 кг.
При работа с центрофуга ЦЛН-2 се забранява: работа без заземяване; увеличаване на скоростта на въртене над 8000 rpm; работа с отворени капаци на ротора и центрофугата; работа със стъклени епруветки при скорост на ротора над 4000 об/мин; поставянето на епруветки, пълни с центрофугиран материал, не е диаметрално противоположно.
Разликата в масата на диаметрално разположени епруветки, пълни с центрофугиран материал, не трябва да надвишава 0,5 г. Плътността на течността, отделена в епруветки от полимерни материали, не трябва да надвишава 2 g / cm3, в стъклени епруветки - не повече от 1,5 g/cm3.
Ъглова малка центрофуга ЦУМ-1.Центрофугата разполага с кръстосан ротор за едновременно центрофугиране на течности в четири епруветки от 25 ml, четири епруветки от 10 ml и осем епруветки от 5 ml. Скоростта на ротора се регулира от 2000 до 8000 оборота в минута на стъпки. Коефициентът на разделяне достига 6000. Времето за ускорение на ротора е 8-10 минути. Центрофугата е оборудвана с електрически часовник, който дава възможност за настройка на времето за центрофугиране от 0 до 60 минути, последвано от автоматично спиране. Тегло на центрофугата 16 кг.
Методът на центрофугиране се основава на различното поведение на частиците в центробежното поле, създадено от центрофугата. Пробата в съда на центрофугата се поставя в ротор, задвижван от задвижване на центрофуга. За да се раздели смес от частици, трябва да се изберат набор от условия, като скорост на въртене, време на центрофугиране и радиус на ротора. При сферичните частици скоростта на утаяване (утаяване) зависи не само от ускорението, но и от радиуса и плътността на частиците, както и от вискозитета на средата, в която се отлага пробата.
Центрофугирането може да бъде разделено на два вида: препаративно и аналитично. Подготвителното центрофугиране се използва, когато е необходимо да се изолира част от пробата за по-нататъшен анализ. Този метод се използва за изолиране на клетки от суспензия, биологични макромолекули и др.
Аналитичното центрофугиране се използва за изследване на поведението на биологични макромолекули в центробежно поле. Този метод дава възможност да се получат данни за масата, формата и размера на молекулите, присъстващи в относително малки обеми на пробата. Препаративното центрофугиране е най-често използваната техника в ежедневната лабораторна практика.
Препаративните лабораторни центрофуги от своя страна се разделят на групи според предназначението си: препаративни ултрацентрофуги, центрофуги с общо предназначение и високоскоростни центрофуги. Центрофугите с общо предназначение имат най-голямо практическо приложение в медицинските лаборатории, имат максимална скорост до 6 хиляди оборота в минута. Основната характеристика на този тип апарати е тяхната сравнително голяма вместимост - до 6 литра, което позволява да се използват не само центрофужни епруветки до 100 ml, но и контейнери до 1,25 литра за центрофугиране. Във всички центрофуги с общо предназначение роторите са твърдо монтирани на задвижващия вал, така че центрофугираните контейнери трябва да бъдат сравнително точно балансирани. За да се избегне счупване, нечетен брой епруветки не трябва да се зареждат в ротора; в случай на непълно зареждане, контейнерът трябва да се постави един срещу друг.
Високоскоростните центрофуги имат максимална скорост от 25 хиляди оборота в минута и ускорение до 89 хиляди g. Камерата, съдържаща ротора и центрофугираните проби, е оборудвана с охладителна система за предотвратяване на топлината, генерирана от триене, когато роторът се върти при високи скорости. Обикновено тези центрофуги могат да обработват обеми до 1,5 литра и са оборудвани с ъглови или сменяеми ротори с купа.
Препаративните ултрацентрофуги ускоряват до 75 000 rpm и имат максимално центробежно ускорение от 510 000 g. Те са оборудвани с хладилни и вакуумни агрегати за предотвратяване на прегряване на ротора от въздушно триене. Роторите за тези центрофуги са изработени от високоякостни титанови или алуминиеви сплави. Валът на ултрацентрофугите, за разлика от високоскоростните и препаративните, е направен гъвкав, за да намали вибрациите, когато роторът е извън равновесие. Капацитетите в ротора трябва да бъдат внимателно балансирани до най-близката десета от грама.
2.5.1 Естество на градиентите
За създаване на градиенти на плътност на разтвори най-често се използват разтвори на захароза, понякога с фиксирано рН. В някои случаи се постига добро разделяне чрез използване на D 2 0 вместо обикновена вода. 2.1 показва свойствата на някои разтвори на захароза.
Изборът на градиента се диктува от специфичните задачи на фракционирането. Например, ficol, произведен от Pharmacia Fine Chemicals, може да замести захарозата в случаите, когато е необходимо да се създадат градиенти с висока плътност и ниско осмотично налягане. Друго предимство на фикола е, че не преминава през клетъчните мембрани. Соли на тежки метали, като рубидий и цезий, се използват за създаване на градиенти с по-висока плътност, но поради корозивния ефект на CsCl, такива градиенти се използват само в ротори, изработени от устойчиви метали, като титан.
2.5.2 Техника на градиента на плътността на стъпките
За да се създаде градиент на плътност, няколко разтвора с последователно намаляваща плътност се въвеждат внимателно в центрофужна епруветка с помощта на пипета. След това върху най-горния слой, който е с най-ниска плътност, се наслоява пробата под формата на тясна зона, след което епруветката се центрофугира. Плавни линейни градиенти могат да се получат чрез изглаждане на стъпаловидни градиенти по време на продължително престояване на разтвора. Процесът може да се ускори чрез леко разбъркване на съдържанието на епруветката с тел или чрез леко разклащане на епруветката.
2.5.3 Техника за създаване на плавен градиент на плътност
В повечето случаи се използва специално устройство за създаване на плавен градиент на плътност. Състои се от два цилиндрични съда със строго определен идентичен диаметър, комуникиращи помежду си на дъното със стъклена тръба с контролен клапан, който ви позволява да регулирате пропорциите, в които се смесва съдържанието на двата съда. Едната от тях е снабдена с бъркалка и има изход, през който разтворът се влива в центрофужни епруветки. По-плътен разтвор се поставя в миксер; вторият цилиндър се пълни с разтвор с по-ниска плътност. Височината на колоната от разтвори в двата цилиндъра се настройва така, че хидростатичното налягане в тях да е еднакво. По-плътният разтвор постепенно се изхвърля от миксера в центрофужните епруветки и едновременно с това се заменя с равен обем от разтвор с по-ниска плътност, влизащ в миксера от втория цилиндър през контролния клапан. Хомогенността на разтвора в миксера се осигурява чрез постоянно смесване на разтвора с бъркалка. Тъй като разтворът се източва в центрофужни епруветки, неговата плътност намалява и в епруветките се създава линеен градиент на плътност. Нелинейните градиенти могат да бъдат създадени с помощта на система, състояща се от два цилиндъра с различен диаметър.
За образуване на градиенти на плътност с различна стръмност се използва система от две механично контролирани спринцовки, които се пълнят с разтвори с различна плътност. Различни градиенти могат да бъдат създадени чрез промяна на относителната скорост на буталата.
2.5.4 Извличане на градиенти от центрофужни епруветки
След приключване на центрофугирането и отделяне на частиците, образувалите се зони трябва да бъдат отстранени. Това става по няколко начина, най-често по метода на изместване. В основата се пробива центрофужна тръба и в долната й част бавно се въвежда много плътна среда, например 60-70% разтвор на захароза. Горният разтвор се измества и фракциите се събират с помощта на спринцовка, пипета или специално устройство, свързано чрез тръба към фракционен колектор. Ако тръбите са направени от целулоид или нитроцелулоза, фракциите се извличат чрез срязване на тръбата със специално острие. За да направите това, центрофужна епруветка, фиксирана в стойка, се изрязва директно под желаната зона и фракцията се изсмуква със спринцовка или пипета. При подходящ дизайн на режещото устройство загубата на разтвор ще бъде минимална. Събирането на фракции също се извършва чрез пробиване на основата на епруветката с тънка куха игла. Капките, изтичащи от тръбата през иглата, се събират във фракционен колектор за по-нататъшен анализ.
2.5.5 Препаративни центрофуги и тяхното приложение
Препаративните центрофуги могат да бъдат класифицирани в три основни групи: центрофуги с общо предназначение, високоскоростни центрофуги и препаративни ултрацентрофуги. Центрофуги с общо предназначение дава максимална скорост от 6000 rpm -1 и OCU до 6000 ж . Те се различават един от друг само по капацитет и имат редица взаимозаменяеми ротори: ъглови и с висящи очила. Една от особеностите на този тип центрофуги е големият им капацитет - от 4 до 6 dm 3 , което позволява да се зареждат не само с центрофужни тръби от 10,50 и 100 cm 3 , но и със съдове с вместимост до 1,25 dm 3 . Във всички центрофуги от този тип роторите са твърдо монтирани на задвижващия вал, а центрофужните епруветки, заедно със съдържанието им, трябва да бъдат внимателно балансирани и да се различават по тегло с не повече от 0,25 g. трябва да бъдат разположени симетрично, една срещу други, като по този начин се осигурява равномерно разпределение на епруветките спрямо оста на въртене на ротора.
Високоскоростни центрофуги дават максимална скорост от 25 000 rpm -1 и OCU до 89 000g. Камерата на ротора е оборудвана с охладителна система, която предотвратява нагряването, което възниква поради триене по време на въртене на ротора. По правило високоскоростните центрофуги имат капацитет от 1,5 dm 3 и са оборудвани със сменяеми ротори, както ъглови, така и с висящи стъкла.
Препаративни ултрацентрофуги дават максимална скорост до 75 000 rpm -1 и максимално центробежно ускорение от 510 000 ж . Те са оборудвани както с хладилник, така и с вакуумен модул, за да се предотврати прегряване на ротора поради триенето му с въздуха. Роторите на такива центрофуги са изработени от високоякостни алуминиеви или титанови сплави. Основно се използват ротори от алуминиева сплав, но в случаите, когато са необходими особено високи скорости, се използват титанови ротори. За намаляване на вибрациите в резултат на дисбаланс на ротора поради неравномерно пълнене на центрофужните епруветки, ултрацентрофугите имат гъвкав вал. Центрофужните епруветки и тяхното съдържание трябва да бъдат внимателно балансирани до най-близките 0,1 г. Подобни изисквания трябва да се спазват при зареждане на роторите на центрофуги за обща употреба.
2.6 Конструкция на роторите
2.6.1 Ъглови ротори и ротори с висящи кофи
Роторите на препаративните центрофуги обикновено са два вида - ъглови и висящи кофи. Наричат се ъглови, защото поставените в тях центрофужни тръби винаги са под определен ъгъл спрямо оста на въртене. В ротори с висящи стъкла, епруветките са монтирани вертикално и когато се въртят под действието на получената центробежна сила, те се преместват в хоризонтално положение; ъгълът на наклон спрямо оста на въртене е 90 °.
При ъгловите ротори разстоянието, изминато от частиците до съответната стена на епруветката, е много малко и следователно утаяването настъпва относително бързо. След като се сблъскат със стените на епруветката, частиците се плъзгат надолу и образуват утайка на дъното. По време на центрофугирането възникват конвекционни потоци, които значително усложняват отделянето на частици с подобни седиментационни свойства. Независимо от това, ротори с подобен дизайн се използват успешно за разделяне на частици, чиято скорост на утаяване варира доста.
При ротори с висящи чаши също се наблюдават конвекционни явления, но те не са толкова силно изразени. Конвекцията е резултат от факта, че под действието на центробежно ускорение частиците се установяват в посока, която не е строго перпендикулярна на оста на въртене, и следователно, както при ъгловите ротори, те се удрят в стените на епруветката и се плъзгат към дъното.
Ефектите на конвекция и завихряне могат да бъдат избегнати до известна степен чрез използване на секторно оформени тръби в ротори с висящи чаши и чрез регулиране на скоростта на ротора; изброените по-горе, методът на центрофугиране в градиент на плътност също е лишен от недостатъците.
2.6.2 Непрекъснати ротори
Непрекъснатите ротори са предназначени за високоскоростно фракциониране на относително малки количества твърд материал от големи обемни суспензии, например за изолиране на клетки от хранителни среди. По време на центрофугирането към ротора непрекъснато се добавя суспензия от частици; производителността на ротора зависи от естеството на отлагания препарат и варира от 100 cm 3 до 1 dm 3 за 1 min. Особеността на ротора е, че той е изолирана камера със специален дизайн; съдържанието му не комуникира с външната среда и следователно не се замърсява или пръска.
2.6.3 Зонални или Андерсън ротори
Зоналните ротори са изработени от алуминиеви или титанови сплави, които са в състояние да издържат на много значителни центробежни ускорения. Обикновено те имат цилиндрична кухина, затворена с подвижен капак. Вътре в кухината, по оста на въртене, има аксиална тръба, върху която е поставена дюза с лопатки, разделяща кухината на ротора на четири сектора. Лопатките или преградите имат радиални канали, през които се инжектира градиент от аксиалната тръба към периферията на ротора. Благодарение на този дизайн на лопатките, конвекцията е сведена до минимум.
Пълненето на ротора се извършва по време на въртенето му със скорост около 3000 rpm -1 . В ротора се изпомпва предварително създаден градиент, започващ от слой с най-ниска плътност, който е равномерно разпределен по периферията на ротора и се задържа на външната му стена перпендикулярно на оста на въртене поради центробежна сила . С последващото добавяне на градиентни слоеве с по-висока плътност се получава непрекъснато изместване към центъра на по-малко плътните слоеве. След като целият градиент се изпомпва в ротора, той се запълва до пълния си обем с разтвор, наречен „възглавница“, чиято плътност е същата или леко надвишава най-високата плътност на предварително образувания градиент.
След това, през аксиалната тръба, тестовата проба се наслоява , който се измества от тръбата в обема на ротора с помощта на разтвор с по-ниска плътност, докато същият обем на "възглавницата" се отстранява от периферията. След всички тези процедури скоростта на въртене на ротора се довежда до работната скорост и се извършва зонално-скоростно или зонално-изопикнично фракциониране за необходимия период от време. . Екстракцията на фракциите се извършва при скорост на ротора 3000 rpm -1 . Съдържанието на ротора се измества чрез добавяне на „възглавница“ от периферията, като на първо място се изместват по-малко плътни слоеве . Благодарение на специалната конструкция на аксиалния канал на ротора на Anderson, няма смесване на зони по време на тяхното изместване. Изходящият градиент преминава през записващо устройство, например клетка за спектрофотометър, с което съдържанието на протеин може да се определи чрез абсорбция при 280 nm, или през специален детектор за радиоактивност, след което се събират фракции.
Капацитетът на зоналните ротори, използвани при средни скорости, варира от 650 до 1600 cm 3, което прави възможно получаването на доста голямо количество материал. Зоналните ротори се използват за отстраняване на протеинови замърсители от различни препарати и за изолиране и пречистване на митохондрии, лизозоми, полизоми и протеини.
2.6.4 Анализ на субклетъчни фракции
Свойствата на препарата от субклетъчни частици, получени чрез фракциониране, могат да бъдат приписани на свойствата на самите частици само ако препаратът не съдържа примеси. Поради това винаги е необходимо да се оценява чистотата на получените препарати. Ефективността на хомогенизирането и наличието на примеси в препарата може да се определи чрез микроскопско изследване. Липсата на видими примеси обаче все още не е надеждно доказателство за чистотата на лекарството. За да се определи количествено чистотата на получения препарат, той се подлага на химичен анализ, който позволява да се определи съдържанието на протеини или ДНК в него, да се определи неговата ензимна активност, ако е възможно, и имунологични свойства.
Анализът на разпределението на ензимите във фракционираните тъкани се основава на два основни принципа. Първият от тях е, че всички частици от дадена субклетъчна популация съдържат един и същ набор от ензими. Второто предполага, че всеки ензим е локализиран на определено място в клетката. Ако тази позиция беше вярна, тогава ензимите биха могли да действат като маркери за съответните органели: например цитохромоксидазата и моноаминооксидазата биха служили като митохондриални маркерни ензими, киселинните хидролази като лизозомни маркери, каталазата като пероксизомен маркер и глюкозо-6- фосфатаза - микрозомален мембранен маркер. Оказа се обаче, че някои ензими, като малат дехидрогеназата, Р-глюкуронидаза, NADP "Н-цитохром-с-редуктаза, са локализирани в повече от една фракция. Следователно изборът на ензимни маркери на субклетъчни фракции във всеки конкретен случай трябва да се подхожда с голямо внимание. Освен това липсата на маркерен ензим не означава липса на подходящи органели. Вероятно е ензимът да бъде загубен от органелите по време на фракционирането или да бъде инхибиран или инактивиран, така че най-малко два маркерни ензима обикновено се определят за всяка фракция.
|
Фракция |
Обем, cm" |
Общо развъждане |
Екснулация, 660 nm |
Единици за ензимна активност |
Добив на активност във фракции,% |
2.7 Фракциониране чрез диференциално центрофугиране
2.7.1 Представяне на резултатите
Резултатите, получени от тъканното фракциониране, са най-удобно представени под формата на графики. По този начин, когато се изучава разпределението на ензимите в тъканите, данните са най-добре представени под формата на хистограми, които позволяват визуална оценка на резултатите от експериментите.
Ензимната активност на протеиновото съдържание в пробата се определя както в оригиналния хомогенат, така и във всяка изолирана субклетъчна фракция поотделно. Общата ензимна активност и съдържанието на протеини във фракциите не трябва да се различават значително от съответните стойности в оригиналния хомогенат.
След това се изчислява ензимната активност и съдържанието на протеин във всяка фракция в % от общия добив, на базата на което се прави хистограма. Относителното количество протеин във всяка фракция се нанася последователно по абсцисната ос в реда на тяхното изолиране, а относителната специфична активност на всяка фракция се нанася по ординатната ос. По този начин ензимната активност на всяка фракция се определя от площта на колоните.
2.7.2 Аналитично ултрацентрофугиране
За разлика от препаративното центрофугиране, чиято цел е да разделя веществата и да ги пречиства, аналитичното ултрацентрофугиране се използва главно за изследване на седиментационните свойства на биологични макромолекули и други структури. Следователно при аналитично центрофугиране се използват ротори и записващи системи със специален дизайн: те ви позволяват непрекъснато да наблюдавате утаяването на материала. вцентробежно поле.
Аналитичните ултрацентрофуги могат да достигнат скорости до 70 000 rpm -1, като същевременно създават центробежно ускорение до 500 000 ж . Техният ротор, като правило, има формата на елипсоид и е свързан с нишка към двигателя, което позволява да се променя скоростта на въртене на ротора. Роторът се върти във вакуумна камера, оборудвана с хладилно устройство и има две клетки, аналитични и балансиращи, които са монтирани в центрофугата строго вертикално, успоредно на оста на въртене. Балансиращата клетка служи за балансиране на аналитичната клетка и представлява метален блок с прецизна система. Разполага и с два индексни отвора, разположени на строго определено разстояние от оста на въртене, с помощта на които се определят съответните разстояния в аналитичната клетка. Аналитичната клетка, чийто капацитет обикновено е 1 cm 3, има секторна форма. Когато е правилно монтиран в ротора, въпреки че е изправен, той работи на същия принцип като ротор с висящи кофи, създавайки почти идеални условия за утаяване. В краищата на аналитичната клетка има прозорци с кварцови стъкла. Аналитичните ултрацентрофуги са оборудвани с оптични системи, които позволяват наблюдение на утаяването на частиците по време на целия период на центрофугиране. На предварително определени интервали от време седиментиращият материал може да бъде фотографиран. При фракциониране на протеини и ДНК седиментацията се следи чрез абсорбция в ултравиолетовия лъч, а в случаите, когато изследваните разтвори имат различни показатели на пречупване, чрез система на Шлирен или интерферентна система на Релей. Последните два метода се основават на факта, че когато светлината преминава през прозрачен разтвор, състоящ се от зони с различна плътност, светлината се пречупва на границата на зоната. При утаяването се образува граница между зоните с тежки и леки частици, която играе ролята на пречупваща леща; в този случай се появява пик върху фотографската плака, използвана като детектор. В хода на утаяването границата се премества и следователно пикът, по чиято скорост на движение може да се прецени скоростта на утаяване на материала. Интерферометричните системи са по-чувствителни от шлирен системите. Аналитичните клетки са едносекторни, които се използват най-често, и двусекторни, които се използват за сравнително изследване на разтворителя и разтвореното вещество.
В биологията аналитичното ултрацентрофугиране се използва за определяне на молекулните тегла на макромолекулите, за проверка на чистотата на получените проби и за изследване на конформационните промени в макромолекулите.
2.8 Приложение на аналитично ултрацентрофугиране
2.8.1 Определяне на молекулни тегла
Има три основни метода за определяне на молекулните тегла с помощта на аналитично ултрацентрофугиране: определяне на скоростта на утаяване, метод на седиментационното равновесие и метод на приближение на седиментационното равновесие.
Определяне на молекулното тегло чрез скорост на утаяване -това е най-често срещаният метод. Центрофугирането се извършва при високи скорости, така че частиците, първоначално равномерно разпределени в целия обем, започват да се движат по ред по радиуса от центъра на въртене. Между зоната на разтворителя, вече свободна от частици, и тази част от него, която ги съдържа, се образува ясна граница. Тази граница се движи по време на центрофугиране, което дава възможност да се определи скоростта на утаяване на частиците, като се използва един от горните методи, като се регистрира това движение върху фотографска плака.
Скоростта на утаяване се определя от следната зависимост:
където х - разстояние от оста на въртене в cm,
T - време в s,
w е ъгловата скорост в rad-s -1,
с - коефициент на утаяване "молекул.
Коефициентът на утаяване е скоростта на единица ускорение и се измерва в Седберг единици ; 1 Swedberg единица е равна на 10 _13 s. Числената стойност на s зависи от молекулното тегло и формата на частиците и е стойност, характерна за дадена молекула или надмолекулна структура. Например, коефициентът на утаяване на лизозима е 2,15 S; каталазата има коефициент на утаяване от 11.35S, бактериалните рибозомни субединици от 30 до 50S, а еукариотните рибозомни субединици от 40 до 60S.
където М е молекулното тегло на молекулата, Р е газовата константа, T - абсолютна температура, s - коефициент на утаяване на молекулата, д е коефициентът на дифузия на молекулата, v - частичен специфичен обем, който може да се разглежда като обем, зает от един грам разтворено вещество, p - плътността на разтворителя.
Метод на седиментационния баланс.Определянето на молекулните тегла по този метод се извършва при относително ниски скорости на ротора от порядъка на 7000-8000 rpm -1, така че молекули с голямо молекулно тегло да не се утаяват на дъното. Ултрацентрофугирането се извършва до достигане на равновесие на частиците, което се установява под действието на центробежни сили, от една страна, и дифузионни сили, от друга, т.е. докато частиците спрат да се движат. След това, според получения градиент на концентрация, молекулното тегло на веществото се изчислява "според формулата
където Р е газовата константа, T - абсолютна температура, o - ъглова скорост, p - плътност на разтворителя, v - частичен специфичен обем, с х и с 2 е концентрацията на разтворено вещество върху разстояния Ж Ж и r 2 от оста на въртене.
Недостатъкът на този метод е, че отнема много време за постигане на седиментационно равновесие - от няколко дни до няколко седмици при непрекъсната работа на центрофугата.
Методът за приближаване до седиментационното равновесие е разработен, за да се отърват от недостатъците на предишния метод, свързани с голяма инвестиция на време, необходимо за "установяване на равновесие". Използвайки този метод, молекулните тегла могат да бъдат определени, когато центрофугираният разтвор е в състояние на приближаване до равновесие Първо, макромолекулите се разпределят равномерно в целия обем на аналитичната клетка, след това, докато центрофугирането продължава, молекулите се утаяват и плътността на разтвора в областта на менискуса постепенно намалява.Промяната в плътността е внимателно се записват и след това чрез сложни изчисления, включващи голям брой променливи, молекулното тегло на дадено съединение се определя по формулите:
където Р е газовата константа, T е абсолютната температура, v - частичен специфичен обем, p - плътност на разтворителя, dcldr - концентрационен градиент на макромолекулата, g m и g d - разстояние съответно до менискуса и дъното на епруветката, c m и s d - концентрация на макромолекулите съответно при менискуса и на дъното на епруветката, М м и М Р -стойности на молекулните тегла, определени от разпределението на концентрацията на веществото съответно на менискуса и дъното на епруветката.
2.8.2 Оценка на чистотата на препаратите
Аналитичното ултрацентрофугиране се използва широко за оценка на чистотата на ДНК, вирусни и протеинови препарати. Чистотата на препаратите несъмнено е много важна в случаите, когато се изисква точно определяне на молекулното тегло на молекулата. В повечето случаи хомогенността на препарата може да се прецени по естеството на границата на утаяване, като се използва методът на скоростта на утаяване: хомогенният препарат обикновено дава една ясно дефинирана граница. Примесите, присъстващи в препарата, се появяват като допълнителен връх или рамо; те определят и асиметрията на главния пик.
2.8.3 Изследване на конформационните промени в макромолекулите
Друга област на приложение на аналитичното ултрацентрофугиране е изследването на конформационните промени в макромолекулите. Молекулата на ДНК, например, може да бъде едноверижна или двуверижна, линейна или кръгла. Под въздействието на различни съединения или при повишени температури, ДНК претърпява редица обратими и необратими конформационни промени, които могат да бъдат определени чрез промяна на скоростта на утаяване на пробата. Колкото по-компактна е молекулата, толкова по-нисък е нейният коефициент на триене в разтвора и обратно: колкото по-малко е компактна, толкова по-голям е коефициентът на триене и следователно толкова по-бавно ще се утаи. По този начин разликите в скоростта на утаяване на пробата преди и след различни въздействия върху нея позволяват да се открият конформационни промени, настъпващи в макромолекулите.
В алостеричните протеини, като например аспартат транскарбамоилазата, настъпват конформационни промени в резултат на тяхното свързване към субстрат и малки лиганди. Дисоциацията на протеин на субединици може да бъде предизвикана чрез третирането му с вещества като урея или парахлоромеркурибензоат. Всички тези промени могат лесно да бъдат наблюдавани с помощта на аналитично ултрацентрофугиране.
Формоване на тръбни изделия по метода центрофугиране. Под центрофугиранев производството на строителни материали ... които такова въздействие се извършва се наричат центрофугиране. В промишлеността на Република Беларус се използват хоризонтални центрофуги ...
Отлагане на частици
Лабораторна работа >> ХимияКлетките вече са освободени с ниска скорост центрофугиранеот ядрото, митохондриите и... ултрацентрофугиране Характеристики на този тип центрофугиранеотразено в много... за нас случаи на употреба центрофугиранев градиента на плътност на захарозата, ...
С помощта на центрофуга
Курсова >> Промишленост, производствоВ партидни центрофуги, различни операции центрофугиране- товарене, разделяне, разтоварване - извършват се ... разграничават подготвителни и аналитични центрофугиране. С препаратив центрофугираневзема се изходен биологичен материал...
