ЦЕНТРИФУГУВАННЯ

поділ у поле відцентрових сил рідких дисперсних систем з частинками розміром понад 100 нм. Використовують для виділення складових фаз (рідка - фугат або фільтрат, тверда - осад) з двокомпонентних (, емульсії) і трикомпонентних (емульсії, що містять тверду фазу) систем.

Методи та апаратура.Розрізняють два методи Ц.: відцентрове та фільтрування. Ц. проводять у відцентрових машинах - центрифугах та рідинних відцентрових сепараторах. основ. робочий орган цих машин - осесиметрична оболонка, або ротор (барабан), що обертається з великою частотою з -1 завдяки чому створюється поле відцентрових сил до 2 х 10 4 gу промислових та до 35 х 10 4 gв лабораторних машинах ( g -прискорення звільн. падіння в гравітації. поле). Залежно від методу Ц. здійснюється в суцільних (осаджувальних; рис. 1, а) або перфорованих (покритих фільтруючим матеріалом; рис. 1, б) роторах.

Рис. 1.Ротори машин для відцентрового осадження (а) та фільтрування ( б):С – суспензія, Ф – фугат (фільтрат), Про – осад; пояснення в тексті, r ж -радіус вільної поверхні рідини.

Ц. характеризується рядом технол. параметрів, що визначають якість процесу та його кінетику. До них відносяться: фактор поділу (r рт - макс. внутр. радіус ротора), що відображає інтенсивність відцентрового поля; швидкість Ц. - продуктивність відцентрової машини за вихідною рідкою системою або складовими її компонентами; винесення - вміст твердої фази у фугаті (фільтраті); насиченість осаду рідкою фазою (в т. ч. осаду) після Ц.; крупність поділу – мінім. розмір частинок, що уловлюються при відцентровому осадженні.
Кінетика Ц. залежить від багатьох. факторів, що класифікуються на дві групи. Чинники першої групи визначаються фіз.-хім. cв-вами розділяється системи (різниця щільностей фаз, гранулометрич. склад твердої фази, рідкої фази, уд. Опір осаду при фільтруванні). Фактори другої групи, обумовлені конструкцією та частотою обертання ротора відцентрової машини (структура внутрішньороторного потоку, його гідродинаміка і поле швидкостей), надають вирішальний вплив на відцентрове осадження та частково на відцентрове фільтрування; у свою чергу гідродинамічні. режим залежить від продуктивності машини. Мат. опис потоку дається ур-нями Навье - Стокса і нерозривності (див. Гідромеханічні процеси),к-рі складаються з урахуванням геометрії ротора та граничних умов; рішення найчастіше знаходиться методами подоби теорії
Відцентрове осадження включає згущення, а також осаджувальне Ц. Освітлення - видалення твердої фази з суспензій з вмістом частинок не більше 5% за обсягом; використовують для очищення, напр., нафтових олій. Згущення - процес, при якому частинки дисперсної фази групуються в відносно малому обсязі дисперсійного середовища; дозволяє здійснювати суспензій (напр. водна суспензія каоліну). Осадний Ц. -поділ суспензій із вмістом твердої фази більше 5-10% за обсягом; застосовують переважно. для зневоднення твердих компонентів (наприклад, CaSO 4).
При відцентровому осадженні рух твердих частинок відбувається під дією відцентрової сили ( d -діаметр частинки; - різниця щільностей твердої та рідкої фаз; r -відстань від частки до осі обертання ротора) та сили опору рідкого середовища S.Співвідношення цих сил визначає швидкість осадження w.При ламінарному режимі, характерному для освітлення, сила S виражається законом Стокса: і де динамічний. в'язкість рідкої фази. Для турбулентного режиму при осадженні великих частинок є висококонцентриром. суспензій сила Sзнаходиться з ур-ня: (- коеф. лобового опору; р ж - щільність рідкої фази). Гідродинаміка потоку визначає час перебування частинок у роторі, aw-час осадження; зіставлення цих величин дозволяє знайти велику кількість поділу.
Відцентрове фільтрування відбувається з утворенням або без утворення осаду на фільтрувальній перегородці, а також при одночасному перебігу в її зонах обох процесів; наиб. ефективно отримання опадів з мінім. вологістю. Процес прийнято ділити на три періоди: утворення осаду, видалення з нього надлишкової рідини та видалення рідини, що утримується міжмол. силами (хутр. осаду). Перший період охоплює відцентрове осадження і фільтрування через шар осаду, що утворився. Для розрахунку кінетики процесу використовують закон Дарсі – Вейсбаха; рушійна сила (перепад тиску) визначається відцентровим полем, що діє на суспензію: де - щільність суспензії; r ж – радіус вільн. пов-сті рідини (рис. 1, б).На вплив впливає прослизання рідини над шаром осаду. Період може протікати при разл. режими; наиб. характерні режими при постійних та продуктивності за суспензією. Другий та третій періоди залежать від великої кількості факторів, пов'язаних з ущільненням осаду, формою його порових каналів та ін; побудова їх мат. моделей вкрай утруднено.
Через складність Ц. продуктивність відцентрових машин оцінюють найчастіше шляхом моделювання за т. зв. індексу продуктивності маючи на увазі під Fв першому наближенні площа бічної пов-сті ротора. Фіз. зміст полягає в тому, що за аналогією з осадженням у відстійниках продуктивність центрифуг також пропорційна площі робочої повсті, проте за рахунок відцентрового поля збільшується на фактор Fr. Залежно від конструктивних особливостей ротора для машин кожного типу визначається своїм ур-ня і використовується при перерахунку продуктивності з одного типорозміру центрифуги на інший. Моделювання здійснюється за геом. подібності роторів та ідентичності визначальних критеріїв процесу.

Рис. 2. Центрифуга безперервної дії: а -осаджувальна шнекова; б -фільтруюча шнекова; в - зпульсуючим вивантаженням осаду; г – інерційна; д -вібраційна; е -прецесійна; 1 – ротор; 2-механізм вивантаження.

У порівнянні з ін. методами поділу ( , фільтрування) Ц. дозволяє одержувати опади з меншою вологістю. При відцентровому осадженні на відміну від фільтрування вдається розділяти суспензії (напр., у виробах лакофарбових матеріалів) з тонкодисперсною твердою фазою, мінім. розмір частинок до-рой становить 5-10 мкм. Важлива перевага Ц. - можливість його проведення в апаратурі щодо малих обсягів; Недолік - висока енергоємність.
Пром. центрифуги розрізняють: за принципом поділу -осаджувальні, фільтруючі та комбіновані; по конструктивному виконанню - переважно. за розташуванням ротора та системою вивантаження осаду (шнек; штовхач, або поршень; з використанням сил інерції); з організації процесу -періодичної чи безперервної дії.
Ц. в машинах періодич. дії здійснюється циклічно в роторах з іноді регульованим ножовим або ручним вивантаженням осаду.
На рис. 2 представлені важливі схеми поділу суспензій в машинах безперервної дії. Осаджувальні шнекові центрифуги (рис. 2,а) призначені для поділу суспензій з нерозчинною твердою фазою (напр., полістирол, опади стічних вод), зневоднення кристалів. та зернистих продуктів, класифікації (напр., ТіО 2), згущення (напр., активний мул). Процес відбувається у суцільному роторі; осад безперервно вивантажується шнеком, що обертається із частотою Для цих центрифуг Fr600-3500.
Фільтруючі шнекові центрифуги (рис. 2, б) поширені під час поділу висококонцентрир. суспензій з крупнозернистою твердою фазою (розмір часток понад 0,2 мм, напр. глауберова сіль). Ц. виробляється в каркасному роторі з листовим ситом, через яке відводиться фільтрат. Високі значення Fr (1200-1800) дозволяють отримувати продукти з мінім. вологістю.
Фільтруючі центрифуги з пульсуючим вивантаженням осаду (рис. 2, в) застосовують в осн. для тих же цілей, що і шнекові, що фільтрують. Завдяки наявності товстого шару осаду на колосниковому ситі одно-або багатокаскадного ротора вдається здійснювати глибоке промивання продукту (напр., КС1, цукор-рафінад). Осад вивантажують за допомогою штовхача, що здійснює зворотно-поступають. рух із лінійною швидкістю v; FR300-700.
В інерційних центрифугах (рис. 2, г) осад з ротора видаляється за рахунок відцентрового поля; у вібраційних центрифугах (рис. 2, д) - завдяки вібрації ротора вздовж осі зі швидкістю v; впрецесійних центрифугах (рис. 2, е) - внаслідок гіроскопії. Машини всіх типів використовують для відцентрового фільтрування висококонцентрир. суспензій з крупнокристалліч. твердою фазою (напр., вугілля гідровидобування, цукровий пісок).
Різновид Ц. поділ суспензій та емульсій у відцентрових сепараторах. Їхні ротори забезпечені пакетом коніч. тарілок, встановлених один до одного з невеликим зазором (0,4-1,5 мм). Високий рівень поділу досягається завдяки його протіканню в тонкому шарі міжтарілкового зазору при ламінарному режимі. Тонкодисперсні суспензії (присадки до олій, гормональні препарати та ін), що містять 0,5-4,0% за обсягом хутра. домішок, що освітлюються в сепараторах-очисниках (рис. 3, а). Тверда фаза, збираючись у шламовому просторі ротора, періодично видаляється з нього під час відкриття днища (поршня). Відцентрове згущення (напр., кормові та пекарські дріжджі) проводиться у сепараторах-згущувачах (рис. 3, б).Згущена фракція безперервно виводиться через сопла по периферії ротора, а освітлена через верх. зону. Для поділу емульсій (напр., нафтові шлами,) застосовують сепаратори-розділювачі (рис. 4), в роторах яких передбачено пакет тарілок з отворами, розташованими на межі розділу важкої і легкої рідин; компоненти (фугати Ф1 і Ф2) виводяться окремо. За наявності емульсії твердої фази використовують універсальні ротори з вивантаженням осаду відповідно до рис. 3, або вручну.
За аналогією з центрифугами роздільна здатність сепараторів оцінюється індексом продуктивності

Де z - число тарілок у пакеті; - половина кута конуса тарілки при вершині; R макс, R хв - зовнішній та внутр. радіуси тарілки. Моделювання процесів у сепараторах здійснюється, як і в центрифугах, за індексом продуктивності

Рис. 3.Сепаратори для розподілу суспензій: на рис. поєднані сепаратор-очисник (а) та сепаратор-згущувач ( б); 1 – ротор; 2 – пакет тарілок; 3 – рухоме днище.

Рис. 4.Сепаратор для поділу емульсій: 1 – ротор; 2 – пакет тарілок; Ф 1 та Ф 2 - фугати; Е – емульсія.

Для вивчення центрифугальних процесів у лабораторії використовують моделі пром. центрифуг та сепараторів з діаметром ротора 150-250 мм, а також т. зв. стаканчикові центрифуги (ротор складається з низки пробірок - стаканчиків). Ці малогабаритні зразки дозволяють експериментально визначати як продуктивність пром. машин, а й можливість вивантаження опадів із роторів, кінцеву вологість продукту, винесення. Дослідження проводяться з невеликими обсягами товарів на спец. стенди. Стаканчикові центрифуги використовують з оцінки часу осадження частинок при разл. Fr.
Совр. центрифугальна техніка має тенденцію до зростання частот обертання роторів, підвищення продуктивності, зниження уд. метало- та енергоємності. Продуктивність машин зростає завдяки вдосконаленню гідродинаміки роторів, збільшенню їхньої довжини (в осаджувальних центрифугах) та висоти пакету (у сепараторах). Зростають діаметри роторів у великотоннажних машинах; створюються комбінір. ротори, в конструкціях яких поєднуються разл. методи Ц. Впроваджуються мікропроцесорні системи управління та регульовані приводи, що забезпечують Ц. в оптим. режими.
Ц. широко поширене в технол. процесах хімічно-лісового комплексу, харчових, текстильних та ін вироб-вах. Ц. грає важливу роль у вирішенні екологич. проблем (очищення комунальних та пром. стоків), у ресурсозберігаючих технологіях.

Літ.:Соколов Ст І., Центрифугування, М., 1976; Шкоропад Д. Е., Новіков О. П., Центрифуги та сепаратори для хімічних виробництв, М., 1987.

І. А. Файнерман.

Ультрацентрифугування -метод поділу та дослідження частинок розміром менше 100 нм (макромолекул органел тварин і вирощ. клітин, вірусів та ін.) у полі відцентрових сил. Дозволяє розділяти суміші частинок на фракції або індивідуальні компоненти, знаходити мол. масу та ММР полімерів, щільність їх сельватів. Дає можливість оцінювати форму та розміри макромолекул у р-рі (див. Дисперсійний аналіз),вплив статич. тиску на стабільність частинок, параметри взаємод. типу асоціація – макромолекул один з одним або з молекулами низькомол. компонентів та іонами, вплив природи розчинника на конформації макромолекул та ін.
Здійснюється за допомогою ультрацентрифуг, забезпечених порожнистими роторами, порожнини яких бувають замкнутими і проточними. Розрізняють швидкісне та рівноважне. У першому випадку частинки рухаються радіусом ротора соотв. своїм коеф. седиментації, у першому наближенні пропорційному масі частинки, різниці щільностей частки і рідини при частинці переміщуються від осі обертання ротора до периферії (седиментують), - у бік осі обертання (флотують). При рівноважному ультрацентрифугуванні перенесення частинок по радіусу триває доти, доки сума хімічна. потенціалу та молярної потенційної енергії в кожній точці системи не стане постійною величиною, після чого розподіл частинок перестане змінюватися.
Т. зв. аналіт. ультрацентрифугування застосовується при аналізі розчинів, дисперсій і проводиться за допомогою аналіт. ультрацентрифуг, забезпечених роторами з оптично прозорими замкнутими резервуарами та оптич. системами визначення концентрації чи її градієнта по радіусу ротора у часі; досліджувані обсяги - від 0,01 до 2 мл при масі частинок від дек. мкг до мг. Препаративне ультрацентрифугування використовують виділення компонентів зі складних сумішей; обсяг рідини та маса досліджуваного зразка м. б. на дек. порядків більше, ніж за аналіт. ультрацентрифугування. Відцентрові прискорення в ультрацентрифугах досягають 5 x 105 g. Перший аналіт. ультрацентрифуга була створена Т. Сведбергом (1923; 5 x 103g).

Літ.:Боуен Т., Введення в ультрацентрифугування, пров. з англ., М., 1973.

А. Д. Морозкін.

Хімічна енциклопедія - М: Радянська енциклопедія. За ред. І. Л. Кнунянца. 1988 .

Синоніми:

Дивитись що таке "ЦЕНТРИФУГУВАННЯ" в інших словниках:

Поділ неоднорідних систем (напр., рідина тверді частки) на фракції за щільністю за допомогою відцентрових сил. Центрифугування здійснюється в апаратах, які називають центрифугами. Центрифугування застосовується для відокремлення осаду від … … Вікіпедія

Поділ неоднорідних систем (наприклад, рідина тверде тіло) за допомогою відцентрових сил; застосовується для поділу суспензій, освітлення забруднених рідин, класифікації шламів за крупністю твердих частинок тощо; можливості поділу… … Терміни атомної енергетики

центрифугування- НДП. фугування фуговка Розподіл рідких неоднорідних систем у роторах під дією відцентрових сил. [ГОСТ 16887 71] [ГОСТ Р 51109 97] Неприпустимі, нерекомендовані фугуванняфуговка Тематики промислова чистотафільтрування, центрифугування, … Довідник технічного перекладача

Центрифугування- - спосіб формування виробів шляхом використання відцентрових сил, що віджимають із суміші частину води замішування та залучене повітря. [Термінологічний словник з бетону та залізобетону. ФГУП «НДЦ «Будівництво» НИИЖБ і м. А. А. Гвоздєва, … Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів

Поділ неоднорідних сумішей (суспензій, емульсій, шламів) на складові під дією відцентрової сили. Здійснюється у центрифугах. Застосовується в наукових дослідженнях, хімічній, харчовій, гірничорудній та ін. галузях промисловості. Великий Енциклопедичний словник

Спосіб поділу неоднорідних, дисперсних рідких систем у полі відцентрових сил (центрифугатне поле). Має більш високу здатність до поділу, ніж віджимання, відстоювання та фільтрування. Ц. здійснюють у центрифугах, принцип роботи до ... Словник мікробіології

Сущ., Кількість синонімів: 1 ультрацентрифугування (1) Словник синонімів ASIS. В.М. Тришин. 2013 … Словник синонімів

Центрифугування- * центрифугавання * centrifugation використання сил, створюваних центрифугою (див.), для поділу молекул у рідкому середовищі. Існує кілька типів Ц.: у градієнті щільності, диференціальне, у сахарозному градієнті. Генетика. Енциклопедичний словник – поділ неоднорідних систем (напр., рідина тверде тіло) за допомогою відцентрових сил. Застосовується для поділу суспензій, освітлення бруд. рідин, гідравліч. класифікації шламів за крупністю твердих частинок і т. д. Здійснюється в ... Великий енциклопедичний політехнічний словник

Книги

• Принципи та методи біохімії та молекулярної біології , Дерек Гордон , У навчальному виданні, написаному авторами з Великобританії, викладено основи теоретичних концепцій біохімії та молекулярної біології у додатку до сучасних методів досліджень, серед яких… Категорія: Медицина Серія: Методи біології (Лабораторія знань) Видавець: Лабораторія знань, електронна книга(fb2, fb3, epub, mobi, pdf, html, pdb, lit, doc, rtf, txt)

Курсова робота

Центрифугування

1. Принцип методу

Поділ речовин за допомогою центрифугування заснований на різній поведінці частинок у відцентровому полі. Суспензію частинок, поміщену в пробірку, завантажують у ротор, встановлений на приводі валу центрифуги.

У відцентровому полі частинки, що мають різну густину, форму або розміри, осідають з різною швидкістю. Швидкість седиментації залежить від відцентрового прискорення, прямо пропорційного кутової швидкості ротора та відстані між часткою та віссю обертання:

а відцентрове прискорення тоді буде рівним)

Оскільки один оборот ротора становить 2п радіан, кутову швидкість ротора в оборотах за хвилину можна записати так:

Відцентрове прискорення зазвичай виявляється у одиницях gі називається відносне відцентрове прискорення, тобто.

При перерахуванні умов поділу частинок вказують швидкість обертання та радіус ротора, а також час центрифугування. Відцентрове прискорення зазвичай виражають в одиницях g, розрахованих із середнього радіусу обертання стовпчика рідини в центрифужній пробірці. На підставі рівняння Доулом і Котціасом було складено номограму, що виражає залежність ОЦУ від швидкості обертання ротора та радіуса р.

Швидкість седиментації сферичних частинок залежить від відцентрового прискорення, а й від щільності і радіусу самих частинок і зажадав від в'язкості середовища суспендирования. Час, необхідний для осадження сферичної частки в рідкому середовищі від меніска рідини до дна центрифужної пробірки, пропорційно зворотній швидкості седиментації і визначається наступним рівнянням:

де t-час седиментації в секундах, rj - в'язкість середовища, гч - радіус частки, рч - густина частинки, р - густина середовища, гм - відстань від осі обертання до меніска рідини, гд - відстань від осі обертання до дна пробірки.

Як випливає з рівняння, при заданій швидкості обертання ротора час, необхідний для осадження гомогенних сферичних частинок, обернено пропорційно квадрату їх радіусів і різниці густин частинок і середовища і прямо пропорційно в'язкості середовища. Тому суміш гетерогенних, приблизно сферичних частинок, що різняться за щільністю і розмірами, можна розділити або за рахунок різного часу осадження їх на дно пробірки при даному прискоренні, або за рахунок розподілу частинок, що седиментують, уздовж пробірки, що встановлюється через певний проміжок часу. При розподілі речовин необхідно враховувати і такі важливі фактори, як щільність та в'язкість середовища. Описаними методами можна розділяти клітинні органели із гомогенатів тканин. Основні компоненти клітини осідають у наступній послідовності: спочатку цілі клітини та їх фрагменти, потім ядра, хлоропласти, мітохондрії, лізосоми, мікросоми і, нарешті, рибосоми. Осадження несферичних частинок не підпорядковується рівнянню, тому частинки однакової маси, але різної форми осідають при різних швидкостях. Ця особливість використовується при дослідженні за допомогою ультрацентрифугування конформації макромолекул.

Препаративне центрифугування полягає у виділенні біологічного матеріалу для подальших біохімічних досліджень. При цьому можна брати великі кількості вихідного біологічного матеріалу, наприклад, посіви мікробних клітин з періодичних або безперервних культур, а також посіви рослинних і тваринних клітин з культур тканини і плазми крові. За допомогою препаративного центрифугування виділяють велику кількість клітинних частинок для вивчення їхньої морфології, структури та біологічної активності. Метод застосовується також виділення таких біологічних макромолекул, як ДНК і білки з попередньо очищених препаратів.

Аналітичне центрифугування застосовується головним чином вивчення чистих чи практично чистих препаратів макромолекул чи частинок, наприклад рибосом. У цьому випадку використовується невелика кількість матеріалу, а седиментація часток, що досліджуються, безперервно реєструється за допомогою спеціальних оптичних систем. Метод дозволяє отримувати дані про чистоту, молекулярну вагу та структуру матеріалу. У практикумах для студентів препаративне центрифугування застосовується набагато частіше, ніж аналітичне, тому ми зупинимося на ньому детальніше, хоча в основі обох методів лежать загальні принципи.

2. Препаративне центрифугування

2.1 Диференційне центрифугування

Цей метод заснований на відмінностях у швидкостях седиментації частинок, що відрізняються один від одного розмірами та щільністю. Розділяється, наприклад, гомогенат тканини, центрифугують при ступінчастому збільшенні відцентрового прискорення, яке вибирається так, щоб на кожному етапі на дно пробірки осаджувалась певна фракція. В кінці кожної стадії осад відокремлюють від надосадової рідини і кілька разів промивають, щоб зрештою отримати чисту осадову фракцію. На жаль, отримати абсолютно чистий осад практично неможливо; щоб зрозуміти, чому це відбувається, звернемося до розгляду процесу, що відбувається в центрифужної пробірки на початку кожної стадії центрифугування.

Спочатку всі частинки гомогенату розподілені за обсягом центрифужної пробірки рівномірно, тому отримати чисті препарати опадів найважчих частинок за один цикл центрифугування неможливо: перший осад містить переважно найважчі частинки, але, крім цього, також деяка кількість всіх вихідних компонентів. Отримати досить чистий препарат важких частинок можна лише при повторному суспендуванні та центрифугуванні вихідного осаду. Подальше центрифугування супернатанту при подальшому збільшенні відцентрового прискорення призводить до седиментації частинок середніх розмірів і щільності, а потім і осадження найдрібніших частинок, що мають найменшу щільність. На рис. 2.3 зображена схема фракціонування гомогенату печінки щура.

Диференціальне центрифугування є, мабуть, найпоширенішим методом виділення клітинних органел із гомогенатів тканин. Найбільш успішно застосовується цей метод для поділу таких клітинних органел, які значно відрізняються один від одного за розмірами та щільністю. Але навіть і в цьому випадку одержувані фракції ніколи не бувають абсолютно гомогенними, і для подальшого поділу застосовують інші методи, описані нижче. Ці методи, засновані на відмінностях у щільності органелл, забезпечують більш ефективний поділ завдяки тому, що центрифугування здійснюють у розчинах з безперервним або ступінчастим градієнтом щільності. Недоліком цих методів є те, що доводиться витрачати час отримання градієнта щільності розчину.

2.2 Зонально-швидкісне центрифугування

Метод зонально-швидкісного, або, як його ще називають, s-зонального центрифугування, полягає у нашаруванні досліджуваного зразка на поверхню розчину з безперервним градієнтом густини. Потім зразок центрифугують доти, доки частинки не розподіляться вздовж градієнта у вигляді дискретних зон або смуг. Завдяки створенню градієнта щільності вдається уникнути змішування зон, що виникає внаслідок конвекції. Метод зонально-швидкісного центрифугування застосовується для поділу гібридів РНК-ДНК, субодиниць рибосом та інших клітинних компонентів.

2.3 Ізопікнічне центрифугування

Ізопікнічне центрифугування проводять як у градієнті щільності, так і звичайним шляхом. Якщо центрифугування проводиться не в градієнті густини, препарат спочатку центрифугують так, щоб осіли частинки, молекулярна вага яких більша, ніж у досліджуваних частинок. Ці важкі частинки відкидають, і зразок суспендують у середовищі, щільність якої така ж, як і у фракції, яку хочуть виділити, а потім центрифугують доти, доки досліджувані частки не осядуть на дно пробірки, а частинки меншої щільності не спливуть на поверхню рідини ..

Інший спосіб полягає в нашаруванні зразка на поверхню розчину з безперервним градієнтом щільності, що охоплює діапазон густин всіх компонентів суміші. Центрифугування проводять до тих пір, поки плавуча щільність частинок не зрівняється із щільністю відповідних зон, тобто поки не відбудеться поділ частинок по зонах. Метод отримав назву зонально-ізопікніческого, або резонального центрифугування, оскільки основним моментом тут є плавуча щільність, а чи не розміри чи форма частинок. На величину густини, при якій частинки утворюють ізопікнічні смуги, впливає природа середовища суспендування; частинки можуть бути проникними для одних сполук, що знаходяться в розчині, і непроникними для інших або приєднувати молекули розчину. При використанні зонального ротора мітохондрії, лізосоми, пероксисоми та мікросоми концентруються в смугах з 42%, 47%, 47% і 27%-ною сахарозою, відповідних щільності 1,18, 1,21, 1,21 та 1,10 г-см -3 відповідно. Щільність субклітинних органел залежить також і від вибіркового поглинання ними певних сполук. Введення щурам не викликає гемолізу детергенту тритону WR-1339 призводить ^збільшення розмірів і зменшення щільності лізосом печінки; щільність мітохондрій та пероксисом залишається без змін. Незважаючи на те, що седиментаційні властивості лізосом при цьому, як правило, не змінюються, їх рівноважна щільність у градієнті сахарози знижується з 1,21 до 1,1, що призводить до відповідного поділу лізосомально-пероксисомальної фракції. Ця особливість використовується при кількісному поділі лізосом, мітохондрій і пероксисом, заснованому на видаленні з гомогенного середовища всіх частинок з більшою, ніж у мікросом, щільністю і подальшому ізопікнічному центрифугуванні важких частинок, що випали в осад.

2.4 Рівноважне центрифугування у градієнті щільності

Для створення градієнта щільності використовують солі важких металів, наприклад, рубідія або цезію, а також розчини сахарози. Зразок, наприклад, ДНК змішують з концентрованим розчином хлористого цезію. І розчинена речовина і розчинник спочатку розподіляються по всьому об'єму рівномірно. У ході центрифугування встановлюється рівноважний розподіл концентрації, а отже, і щільності CsCl, так як іони цезію мають велику масу. Під дією відцентрового прискорення молекули ДНК перерозподіляються, збираючись у вигляді окремої зони щодо пробірки з відповідною їм щільністю. Метод застосовується головним чином в аналітичному центрифугуванні та був використаний Мезельсоном та Сталем для вивчення механізму реплікації ДНК Е. coli. Рівноважне центрифугування в градієнті густини є також одним із методів поділу та вивчення ліпопротеїдів плазми крові людини.

2.5Формування та вилучення градієнтів

2.5.1 Природа градієнтів

Для створення градієнтів густини розчинів найчастіше застосовуються розчини сахарози, іноді з фіксованим рН. У деяких випадках добрий поділ виходить при використанні замість звичайної води D2 0. У табл. 2.1 наведено властивості деяких розчинів сахарози.

Вибір градієнта диктується конкретними завданнями фракціонування. Так, наприклад, фікол, що випускається фірмою PharmaciaFineChemicals, може замінювати сахарозу у тих випадках, коли необхідно створити градієнти з великою щільністю та низьким осмотичним тиском. Ще одна перевага фіколу полягає в тому, що він не проходить через клітинні мембрани. Для створення градієнтів більшої щільності застосовують солі важких металів, наприклад рубідія і цезію, однак через корозію CsCl такі градієнти використовуються тільки в роторах, виготовлених із стійких металів, наприклад титану»

2.5.2 Методика створення ступінчастого градієнта густини

Для створення градієнта щільності в центрифужну пробірку обережно вносять за допомогою піпетки кілька розчинів з щільністю, що послідовно зменшується. Потім на верхній шар, що має найменшу щільність, нашаровують зразок у вигляді вузької зони, після чого пробірку центрифугують. Отримати плавні лінійні градієнти можна за рахунок згладжування ступінчастих градієнтів при тривалому стоянні розчину. Процес можна прискорити, обережно перемішуючи вміст пробірки дротом або злегка похитуючи пробірку.

2.5.3 Методика створення плавного градієнта густини

Найчастіше до створення плавного градієнта щільності користуються спеціальним пристроєм. Воно складається з двох циліндричних судин строго певного однакового діаметра, сполучених один з одним у нижній частині за допомогою скляної трубки з контрольним клапаном, що дозволяє регулювати пропорції, в яких змішується вміст обох судин. Один з них має мішалку і має вихідний отвір, через який розчин стікає в центрифужні пробірки. Більш щільний розчин поміщають змішувач; другий циліндр заповнюють розчином меншої густини. Висота стовпчика розчинів в обох циліндрах встановлюється таким чином, щоб гідростатичний тиск був однаковим. Більш щільний розчин поступово випускається із змішувача в центрифужні пробірки і одночасно заміщається рівним об'ємом розчину меншої щільності, що надходить змішувач з другого циліндра через контрольний клапан. Гомогеність розчину в змішувачі забезпечується за рахунок постійного перемішування розчину за допомогою мішалки. У міру зливання розчину центрифужні пробірки щільність його зменшується і в пробірках створюється лінійний градієнт щільності. Нелінійні градієнти можна створювати за допомогою системи, що складається із двох циліндрів неоднакового діаметра.

Для формування градієнтів густини різної крутості користуються системою з двох механічно керованих шприців, які заповнюють розчинами неоднакової густини. Різні градієнти можна створювати, змінюючи відносну швидкість руху поршнів.

2.5.4 Вилучення градієнтів із центрифужних пробірок

Після завершення центрифугування і поділу частинок необхідно витягти зони, що утворилися. Це роблять кількома способами, найчастіше методом витіснення. Центрифужну пробірку проколюють біля основи і в нижню її частину повільно вводять дуже щільне середовище, наприклад 60-70% розчин сахарози. Розчин, що знаходиться зверху, витісняється, і фракції відбирають за допомогою шприца, піпетки або спеціального пристосування, з'єднаного через трубочку з колектором фракцій. Якщо пробірки виготовлені з целулоїду або нітроцелюлози, фракції виймають, надрізавши пробірку спеціальним лезом. Для цього центрифужну пробірку, закріплену в штативі, надрізають безпосередньо під потрібною зоною і фракцію відсмоктують шприцем або піпеткою. При потрібній конструкції ріжучого пристрою втрата розчину буде мінімальною. Збір фракцій здійснюють також, проколивши основу пробірки тонкою порожнистою голкою. Краплі, що випливають із пробірки через голку, збирають у колектор фракцій для подальшого аналізу.

2.5.5 Препаративні центрифуги та їх застосування

Препаративні центрифуги можна поділити на три основні групи: центрифуги загального призначення, швидкісні центрифуги та препаративні ультрацентрифуги. Центрифуги загального призначення дають максимальну швидкість 6000 про хв-1 та ОЦП до 6000 g. Вони відрізняються один від одного тільки ємністю і мають ряд змінних роторів: кутових та з підвісними склянками. Однією з особливостей цього виду центрифуг є велика ємність - від 4 до 6 дм3, що дозволяє завантажувати їх не тільки центрифужними пробірками на 10,50 і 100 см3, але і судинами ємністю до 1,25 дм3. У всіх центрифугах цього типу ротори жорстко кріпляться на валу приводу, і центрифужні пробірки разом з їх вмістом повинні бути ретельно врівноважені і відрізнятися за вагою не більше ніж на 0,25 г. Не можна завантажувати в ротор непарне число пробірок, а при неповному завантаженні ротора слід розміщувати симетрично одна проти іншої, забезпечуючи таким чином рівномірний розподіл пробірок щодо осі обертання ротора.

Швидкісні центрифуги дають граничну швидкість 25 000 об-хв-1 та ОЦУ до 89000g. Камера ротора має систему охолодження, що запобігає нагріванню, яке виникає внаслідок тертя при обертанні ротора. Як правило, швидкісні центрифуги мають ємність 1,5 дм3 і мають змінні ротори, як кутові, так і з підвісними склянками.

Препаративні ультрацентрифуги дають граничну швидкість до 75000 об-хв-1 та максимальне відцентрове прискорення 510 000 g. Вони забезпечені як холодильником, так і вакуумною установкою, щоб запобігти перегріву ротора внаслідок тертя його повітря. Ротори таких центрифуг виготовляють із високоміцних алюмінієвих чи титанових сплавів. В основному застосовують ротори з алюмінієвих сплавів, однак у випадках, коли необхідні особливо високі швидкості, користуються роторами з титану. Для зменшення вібрації, що виникає в результаті порушення рівноваги ротора через нерівномірне наповнення центрифужних пробірок, ультрацентрифуги мають гнучкий вал. Центрифужні пробірки та їх вміст повинні бути ретельно врівноважені з точністю до 0,1 г. Аналогічних вимог слід дотримуватись і при завантаженні роторів центрифуг загального призначення.

2.6 Конструкція роторів

2.6.1 Кутові ротори та ротори з підвісними склянками

Ротори препаративних центрифуг зазвичай бувають двох типів - кутові та з підвісними склянками. Кутовими вони називаються тому, що центрифужні пробірки, що містяться в них, весь час знаходяться під певним кутом до осі обертання. У роторах з підвісними склянками пробірки встановлюються вертикально, а при обертанні під дією відцентрової сили, що виникає, переходять у горизонтальне положення; кут нахилу до осі обертання складає 90°.

У кутових роторах відстань, що проходить частинками до відповідної стінки пробірки, невелика, і тому седиментація відбувається порівняно швидко. Після зіткнення зі стінками пробірки частинки зісковзують униз і утворюють на дні осад. При центрифугуванні виникають конвекційні потоки, які значно ускладнюють поділ частинок з близькими седиментаційними властивостями. Тим не менш, ротори подібної конструкції з успіхом застосовуються для поділу частинок, швидкості седиментації яких відрізняються досить сильно.

У роторах з підвісними склянками також спостерігаються конвекційні явища, проте вони виражені негаразд сильно. Конвекція є результатом того, що під дією відцентрового прискорення частинки осідають у напрямку, не строго перпендикулярному осі обертання, і тому, як і в кутових роторах, ударяються об стінки пробірки і зісковзують на дно.

Конвекційних явищ та ефектів завихрення вдається певною мірою уникнути, використовуючи пробірки секторіальної форми в роторах з підвісними склянками та регулюючи швидкість обертання ротора; перерахованих вище недоліків позбавлений також метод центрифугування в градієнті щільності.

2.6.2 Ротори безперервної дії

Ротори безперервної дії призначені для швидкісного фракціонування щодо невеликих кількостей твердого матеріалу із суспензій великих обсягів, наприклад, для виділення клітин з живильних середовищ. У ході центрифугування суспензія часток додається до ротора безперервно; пропускна здатність ротора залежить від природи осаджуваного препарату і варіюєте в межах від 100 см3 до 1 дм3 за 1 хв. Особливість ротора полягає в тому, що він є ізольованою камерою спеціальної конструкції; вміст її не повідомляється із зовнішнім середовищем, а тому не забруднюється і не розпорошується.

2.6.3 Зональні ротори, або ротори Андерсона

Зональні ротори роблять із алюмінієвих або титанових сплавів, які здатні витримувати значні відцентрові прискорення. Зазвичай у них є циліндрична порожнина, що закривається кришкою, що знімається. Усередині порожнини, на осі обертання розташована осьова трубка, на яку надівається насадка з лопатями, що розділяють порожнину ротора на чотири сектори. Лопаті або перегородки мають радіальні канали, якими з осьової трубки до периферії ротора нагнітається градієнт. Завдяки такій конструкції лопат конвекція зведена до мінімуму.

Заповнення ротора проводиться при обертанні зі швидкістю близько 3000 об/хв-1. У ротор нагнітають заздалегідь створений градієнт, починаючи з шару найменшої щільності, який рівномірно розподіляється по периферії ротора і утримується біля зовнішньої стінки його перпендикулярно осі обертання завдяки відцентровій силі. При подальшому додаванні шарів градієнта більшої щільності відбувається безперервне усунення центру менш щільних шарів. Після того, як у ротор буде нагнітений весь градієнт, його заповнюють до повного об'єму розчином, званим «подушкою», щільність якого збігається або дещо перевищує найбільшу щільність преформованого градієнта.

Потім через осьову трубку, нашарують досліджуваний зразок, який витісняють з трубки в об'єм ротора за допомогою меншої щільності розчину, при цьому з периферії видаляється такий же об'єм «подушки». Після всіх цих процедур швидкість обертання ротора доводять до робочої і протягом необхідного проміжку часу проводять або зонально-швидкісне або зонально-ізопікніческое фракціонування. Вилучення фракцій проводять при швидкості обертання ротора 3000 об - хв-1. Вміст ротора витісняють шляхом додавання з периферії подушки, в першу чергу витісняються менш щільні шари. Завдяки особливій конструкції осьового каналу ротора Андерсона змішування зон при їх витісненні не відбувається. Вихідний градієнт пропускають через реєструючий пристрій, наприклад, клітинку спектрофотометра, за допомогою якого по поглинанню при 280 нм можна визначити вміст білка, або через спеціальний детектор радіоактивності, після чого збирають фракції.

Місткість зональних роторів, що використовуються при середніх швидкостях, варіює від 650 до 1600 см3, що дозволяє отримувати досить велику кількість матеріалу. Зональні ротори застосовуються для видалення білкових домішок із різних препаратів і для виділення та очищення мітохондрій, лізосом, полісом та білків.

2.6.4 Аналіз субклітинних фракцій

Властивості отриманого при фракціонуванні препарату субклітинних частинок можна віднести до властивостей самих частинок лише в тому випадку, якщо препарат не містить домішок. Отже, завжди необхідно оцінювати чистоту одержуваних препаратів. Ефективність гомогенізації та наявність у препараті домішок можна визначити за допомогою мікроскопічного дослідження. Проте відсутність видимих ​​домішок ще є достовірним доказом чистоти препарату. Для кількісної оцінки чистоти отриманий препарат піддають хімічному аналізу, який дозволяє встановити вміст у ньому білків або ДНК, визначити його ферментативну активність, якщо можливо, імунологічні властивості.

Аналіз розподілу ферментів у тканинах, що фракціонуються, заснований на двох загальних принципах. Перший полягає в тому, що всі частинки цієї субклітинної популяції містять однаковий набір ферментів. Другий передбачає, кожен фермент локалізований у якомусь певному місці всередині клітини. Якби це положення було вірним, то ферменти могли б виступати в ролі маркерів для відповідних органел: наприклад, цито-хромоксидаза і моноамінооксидаза служили б ферментами-маркерами мітохондрій, кислі гідролази - маркерами лізосом, каталаза - маркером пероксисом, а глюкозо6- - маркером мембран мікросом. Виявилося, проте, деякі ферменти, наприклад малатдегидрогеназа, Р-глюкуронідазу, НАДФ" Н-цитохром-с-редуктаза, локалізовані більш ніж в одній фракції. Тому до вибору ферментів-маркерів субклітинних фракцій в кожному конкретному випадку слід підходити з великою обережністю. Більше того, відсутність ферменту-маркера ще не означає відсутності відповідних органелл.Імовірно, що при фракціонуванні відбувається втрата ферменту органелами або він інгібується або інактивується, тому для кожної фракції зазвичай визначають не менше двох ферментів-маркерів.

Фракція	Об'єм, см"	Загальне розведення	Екснюкція, 660 нм	Одиниці активності ферменту	Вихід активності у фракції, %
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 Фракціонування методом диференціального центрифугування

2.7.1 Оформлення результатів

Результати, отримані при фракціонуванні тканин, найзручніше оформляти у вигляді графіків. Так, при дослідженні розподілу ферментів у тканинах дані найкраще подавати у вигляді гістограм, що дають змогу візуально оцінити результати проведених експериментів.

Ферментативну активність вміст білка в пробі визначають як у вихідному гомогенаті, так і в кожній виділеній субклітинній фракції окремо. Сумарна ферментативна активність та вміст білка у фракціях не повинні сильно відрізнятись від відповідних значень у вихідному гомогенаті.

Потім проводять розрахунок ферментативної активності та вмісту білка в кожній фракції % від загального виходу, на підставі чого складають гістограму. По осі абсцис послідовно відкладають відносну кількість білка в кожній фракції в порядку їх виділення, а по осі ординат - відносну питому активність кожної фракції. Таким чином, за площею стовпчиків визначають ферментативну активність кожної фракції.

2.7.2 Аналітичне ультрацентрифугування

На відміну від препаративного центрифугування, метою якого є поділ речовин та їх очищення, аналітичне ультрацентрифугування застосовується переважно для вивчення седиментаційних властивостей біологічних макромолекул та інших структур. Тому в аналітичному центрифугуванні застосовують ротори та реєструючі системи особливої ​​конструкції: вони дозволяють безперервно спостерігати за седиментацією матеріалу у відцентровому полі.

Аналітичні ультрацентрифуги можуть розвивати швидкість до 70 000 об-хв-1, створюючи при цьому відцентрове прискорення до 500 000 g. Ротор у них, як правило, має форму еліпсоїда та з'єднаний за допомогою струни з мотором, що дозволяє варіювати швидкість обертання ротора. Обертається ротор у вакуумній камері, з холодильним пристроєм, і має два осередки, аналітичну і балансувальну, які встановлюються в центрифузі строго вертикально, паралельно осі обертання. Балансувальний осередок служить для врівноваження аналітичного і є металевим блоком з прецизійною системою. У ній є також два індексні отвори, що знаходяться на строго певній відстані від осі обертання, за допомогою яких визначають відповідні відстані в аналітичній комірці. Аналітичний осередок, ємність якого, як правило, дорівнює 1 см3, має секторіальну форму. При правильній установці в роторі вона, незважаючи на те, що стоїть вертикально, працює за тим же принципом, що і ротор з підвісними склянками, створюючи майже ідеальні умови седиментації. На торцях аналітичного осередку є віконця з кварцовим склом. Аналітичні ультрацентрифуги мають оптичні системи, що дозволяють спостерігати за седиментацією частинок протягом усього періоду центрифугування. Через проміжки часу седиментуючий матеріал можна фотографувати. При фракціонуванні білків і ДНК за седиментацією спостерігають поглинання в ультрафіолеті, а в тих випадках, коли досліджувані розчини мають різні коефіцієнти заломлення – за допомогою шлірен-системи або інтерференційної системи Релея. Два останніх методи засновані на тому, що при проходженні світла через прозорий розчин, що складається з зон з різною щільністю, на межі зон відбувається заломлення світла. При седиментації між зонами з важкими та легкими частинками утворюється межа, яка діє як заломлююча лінза; при цьому на фотопластинці, що використовується як детектор, з'являється пік. У результаті седиментації відбувається переміщення кордону, отже, і піку, за швидкістю міграції якого можна будувати висновки про швидкості седиментації матеріалу. Інтерферометричні системи відрізняються більшою чутливістю, ніж шлірен-системи. Аналітичні осередки бувають односекторні, які застосовуються найчастіше, і двосекторні, які використовуються для порівняльного вивчення розчинника та розчиненої речовини.

У біології аналітичне ультрацентрифугування застосовується визначення молекулярних ваг макромолекул, перевірки чистоти одержуваних зразків, і навіть дослідження конформаційних змін у макромолекулах.

2.8 Застосування аналітичного ультрацентрифугування

2.8.1 Визначення молекулярної ваги

Існує три основні методи визначення молекулярних ваг за допомогою аналітичного ультрацентрифугування: визначення швидкості седиментації, метод седиментаційної рівноваги та метод наближення до седиментаційної рівноваги.

Визначення молекулярної ваги за швидкістю седиментації - це найпоширеніший метод. Центрифугування проводять при великих швидкостях, так що частинки, спочатку рівномірно розподілені по всьому об'єму, починають упорядкування переміщатися радіусом від центру обертання. Між областю розчинника, вже вільної від частинок, і його частиною, що їх містить, утворюється чітка межа розділу. Ця межа при центрифугуванні переміщається, що дає можливість визначати швидкість седиментації частинок за допомогою одного з вищезгаданих методів, реєструючи це рух на фотопластинці.

Швидкість седиментації визначається наступним співвідношенням:

де х - відстань від осі обертання см,

t-час у с,

w - кутова швидкість рад-с-1,

s-коефіцієнт седиментації «молекули.

Коефіцієнт седиментації - це швидкість, віднесена до одиниці прискорення, його вимірюють одиницях Сеедберга; 1 одиниця Сведберга дорівнює 10_13 с. Чисельне значення s залежить від молекулярної ваги та форми частинок і є величиною, характерною для даної молекули чи надмолекулярної структури. Наприклад, коефіцієнт седиментації лізоциму дорівнює 2,15 S; каталаза має коефіцієнт седиментації 11.35S, субодиниці рибосом бактерій - від 30 до 50S, а субодиниці рибосом еукаріотів - від 40 до 60S.

де М - молекулярна вага молекули, R - газова постійна, Т - абсолютна температура, s - коефіцієнт седиментації молекули, D - коефіцієнт дифузії молекули, v - парціальний питомий обсяг, який можна розглядати як об'єм, який займає один грам розчиненої речовини, р - щільність розчинника.

Метод седиментаційної рівноваги. Визначення молекулярних ваги цим методом проводиться при порівняно невеликих швидкостях обертання ротора, близько 7 000-8 000 об-мин-1, щоб молекули з великою молекулярною вагою не осаджувалися на дно. Ультрацентрифугування проводять до досягнення частинками рівноваги, що встановлюється під впливом відцентрових сил, з одного боку, і дифузійних - з іншого, т. е. до того часу, поки частки не перестануть переміщатися. Потім за градієнтом концентрації, що утворився, розраховують молекулярну вагу речовини "згідно з формулою

де R - газова стала, Т - абсолютна температура, ю - кутова швидкість, р - щільність розчинника, v - парціальний питомий об'єм, сх і с2 - концентрація розчиненої речовини на відстанях рр і г2 від осі обертання.

Недоліком даного методу є те, що для досягнення седиментаційної рівноваги необхідно тривалий час - від декількох днів до декількох тижнів при безперервній роботі центрифуги.

Метод наближення до седиментаційної рівноваги був розроблений для того, щоб позбутися недоліків попереднього методу, пов'язаних з великими витратами часу, необхідного для встановлення рівноваги. За допомогою цього методу можна визначати молекулярні ваги, коли центрифугований розчин знаходиться в стані наближення до рівноваги. Спочатку макромолекули. по всьому об'єму аналітичного осередку рівномірно, потім у міру центрифугування молекули осідають, і щільність розчину в області меніска поступово зменшується.

де R - газова постійна, Т - абсолютна температура, v - парціальний питомий об'єм, р - щільність розчинника, dcldr - градієнт концентрації макромолекули, гм і гд - відстань до меніска та дна пробірки відповідно, см і сд - концентрація макромолекул у меніска та у дна пробірки відповідно, Мм та MR -величини молекулярних ваг, визначені за розподілом концентрації речовини у меніска та дна пробірки відповідно.

2.8.2 Оцінка чистоти препаратів

Аналітичне ультрацентрифугування широко застосовується для оцінки чистоти препаратів ДНК, вірусів та білків. Чистота препаратів безсумнівно дуже важлива у випадках, коли потрібно точно визначити молекулярний вага молекули. У більшості випадків про гомогенність препарату можна судити за характером межі седиментації, використовуючи метод визначення швидкості седиментації: гомогенний препарат зазвичай дає один різко окреслений кордон. Домішки, що присутні в препараті, виявляються у вигляді додаткового піку або плеча; вони ж зумовлюють асиметрію основного піку.

2.8.3 Дослідження конформаційних змін у макромолекулах

Ще одна область застосування аналітичного ультрацентрифугування – дослідження конформаційних змін макромолекул. Молекула ДНК, наприклад, може бути одно- або дволанцюжковою, лінійною або кільцевою. Під дією різних сполук або за підвищених температур ДНК зазнає ряд оборотних і незворотних конформаційних змін, які можна встановити зі зміни швидкості седиментації зразка. Чим компактніша молекула, тим менший її коефіцієнт тертя в розчині і навпаки: чим менша вона компактна, тим більший коефіцієнт тертя і, отже, тим повільніше вона седиментуватиме. Таким чином, відмінності у швидкості седиментації зразка до та після різних впливів на нього дозволяють виявляти конформаційні зміни, що відбуваються у макромолекулах.

У алостеричних білків, таких, наприклад, як аспартат-транскарбамоілаза, конформаційні зміни виникають у результаті зв'язування їх із субстратом та малими лігандами. Дисоціацію білка на субодиниці можна викликати, обробивши його такими речовинами, як сечовина або парахлормеркурібензоат. Всі ці зміни легко можна простежити за допомогою аналітичного ультрацентрифугування.

Фільтрування - процес відокремлення зважених твердих частинок у рідинах або газах. Рідина або газ з частинками твердої речовини, що знаходяться в них, пропускають через пористий матеріал (фільтр), розміри пор якого настільки малі, що частинки твердого тіла не проходять крізь фільтр. Розміри часу визначають здатність фільтра затримувати тверді частинки різної крупності, а також його продуктивність, тобто кількість рідини, яка може бути відокремлена в одиницю часу.

На процес фільтрування впливають в'язкість рідини та різниця тисків по обидва боки фільтра. Чим вище в'язкість рідини, тим складніше її фільтрувати. Так як в'язкість рідини знижується з підвищенням температури, гарячі рідини легше фільтрувати, ніж холодні. Фільтрування в'язких рідин часто можна полегшити, розбавляючи їх розчинником, який після закінчення фільтрування можна легко відігнати. Чим більша різниця тисків, тим вища швидкість фільтрування. Тому фільтрування часто проводять при зменшеному чи надмірному тиску. При фільтруванні під тиском студнеподібних опадів останні щільно прилягають до фільтру, пори якого легко забиваються, і фільтрування припиняється.

Якщо розмір частинок твердої фази менший за розмір пор фільтра, відфільтрувати завись не вдається. Так, звичайні паперові фільтри не затримують дрібнодисперсні частинки багатьох колоїдних розчинів. У таких випадках перед фільтруванням колоїдний розчин нагрівають або до нього додають електроліт, що призводить до коагуляції (укрупнення частинок та утворення осаду).

Коли мета фільтрування - отримання прозорого фільтрату, а не чистого осаду, для кращого відділення дрібнодисперсних частинок від рідини до останньої додають невелику кількість активного вугілля порошкоподібного, збовтують і фільтрують.

Фільтрування сумішей, що містять речовини, які забивають пори фільтра та утворюють на ньому в'язкі шари, часто полегшується додаванням дрібного кварцового піску, інфузорної землі, азбестового волокна, целюлозної (паперової) маси.

Фільтрування можна проводити різними способами, залежно від характеру рідин, що фільтруються, і властивостей твердої фази (осаду), яку потрібно відокремити від рідини або газу.

Якщо тверда фаза суміші легко осідає, то більшу частину її можна видалити перед самим фільтруванням шляхом декантації. Декантація - найбільш простий метод поділу твердої і рідкої фаз - заснована на тому, що при відсутності перемішування тверда речовина осідає на дно судини і прозора рідина може бути відокремлена зливанням з осаду, що відстоявся. Іноді декантацію можна використовувати для розділення двох твердих речовин з різною щільністю. Для промивання важкорозчинних твердих речовин часто використовують декантацію за допомогою сифону (рис. 118). Промивання декантацією значно ефективніше, ніж промивання осаду на фільтрі, де рідина зазвичай не проникає рівномірно між частинками твердої речовини.

Фільтрування під дією власної ваги рідини

Цей спосіб фільтрування зазвичай використовується в тих випадках, коли фільтрована тверда фаза не потрібна (видалення механічних забруднень з розчинів), або коли рідка фаза може бути повністю видалена багаторазовою обробкою осаду відповідним розчинником.

Звичайне фільтрування застосовують, коли доводиться фільтрувати гарячі концентровані розчини або розчини кристалічних речовин летких розчинниках. При фільтруванні подібних розчинів у вакуумі розчинник випаровується під фільтром, який різко охолоджується і забивається кристалами, що виділяються.

Як фільтруючий матеріал, в основному, використовують різні сорти фільтрувального паперу, готові паперові знежирені та беззольні фільтри.

Фільтрувальний папір для безпосереднього використання випускається двох марок: ФНБ - швидкої фільтрації з розміром пір 3,5-10 мкм і ФНС - середньої швидкості фільтрації з розміром пір 1-2,5 мкм. Зольність паперу цих марок – до 0,2%.

Для виготовлення беззольних та знежирених паперових фільтрів випускається фільтрувальний папір трьох марок: ФОБ – швидкої фільтрації; ФОС – середньої фільтрації; ФОМ – повільної фільтрації.

Готові паперові фільтри круглої форми знежирені (з жовтою стрічкою) та беззольні випускаються різного діаметру у пачках по 100 шт. Вибір розміру фільтра залежить від маси твердої речовини, що відокремлюється, а не від об'єму фільтрованої рідини.

Беззольні фільтри для лабораторних робіт розрізняються по роздільній здатності. Ця різниця визначається за кольором паперової стрічки, якою обклеюють упаковку.

Прийнято такі позначення: біла стрічка - фільтруючі, червона - середньо фільтруючі, синя - повільно фільтруючі, призначені для фільтрування дрібнозернистих опадів (типу BaSO4).

Вибір марки фільтра в кожному окремому випадку залежить від властивостей твердої речовини, що відокремлюється. Дуже щільними фільтрами слід користуватися лише тоді, коли це дійсно потрібно.

Фільтрувальний папір та готові фільтри не можна використовувати для фільтрування концентрованих розчинів сильних кислот або лугів, оскільки при цьому знижується механічна міцність фільтрів.

Паперові фільтри бувають прості та складчасті (плоєні). Для виготовлення простого гладкого фільтра круглий шматок фільтрувального паперу певного розміру складають у чотири рази і обрізають ножицями так, щоб вийшов сектор кола. Залежність діаметра фільтра від діаметра скляної лійки для фільтрування представлена ​​нижче:

Гладкий фільтр повинен щільно прилягати до стінок вирви, особливо у верхній частині. Для цього рекомендується при складанні фільтра згинати півколо не по середній лінії, а по близькій до неї паралельній лінії.

Складений фільтр поміщають у лійку (заповнювати його осадом можна не більше ніж на 1/3 або 1/2), змочують дистильованою водою і заповнюють водою носик (трубку) лійки. Для цього фільтр піднімають та швидко опускають. Краї фільтра повинні бути на 5-10 мм нижче краю лійки. Мокрий фільтр обережно притискають до вирви. Фільтрування починають негайно, щоб носик вирви залишався заповненим рідиною. Не можна наповнювати вирву розчином більш ніж на 3/4 об'єму. Кінчик носика повинен торкатися внутрішньої стінки склянки з фільтратом, щоб запобігти розбризкуванню.

Прості гладкі фільтри зазвичай використовують у аналітичних лабораторіях для фільтрування розведених розчинів.

Фільтрування значно прискорюється при використанні складчастих фільтрів. Ці фільтри легко виготовити (рис. 119). Складки фільтра не повинні підходити до його центру, інакше папір у центрі фільтра може прорватися. Готовий фільтр вставляють у вирву так, щоб він прилягав до її стінок. Якщо лійка має кут більше або менше 60°, фільтр підганяють до неї, змінюючи положення другого згину. Необхідно, щоб фільтр мав досить гострий кінець, фільтрувальний папір не був зіпсований багаторазовим згинанням.

Перш ніж помістити приготовлений фільтр у вирву, його розвертають і перегинають так, щоб зовнішня сторона фільтрувального паперу виявилася на внутрішній стороні фільтра. Правильно укладений у вирву фільтр змочують рідиною, що фільтрується, або дистильованою водою.

При фільтруванні гарячих розчинів і вживанні вирв великого діаметру верхівка фільтра може прорватися. Для усунення цієї небезпеки у велику вирву вставляють маленьку або спеціальну дірчасту порцелянову вставку, а найкраще фільтрувати через два складені разом складчасті фільтри.

Обладнання для фільтрування при атмосферному тиску та кімнатній температурі нескладно і складається з вирви, фільтра, приймача та штатива. Для фільтрування гарячих насичених розчинів твердих речовин застосовують широкі укорочені вирви, а для швидкого фільтрування великих обсягів рідин - рифлені вирви, нерівні стінки яких у поєднанні з гладкими фільтрами збільшують ефективну поверхню, що фільтрує. Вирву зміцнюють у кільці, приєднаному до лабораторного штатива, або вставляють її безпосередньо в горло колби - приймача фільтрату. В останньому випадку необхідно поміщати під вирву смужку фільтрувального паперу, щоб повітря, що витісняється фільтратом, могло виходити з колби.

Часто фільтрування буває утруднено, якщо між паперовим фільтром і стінкою воронки утворюється прошарок повітря (повітряна кишеня). Щоб цього уникнути, усередині вирви створюють невеликий надлишковий тиск: вирву накривають змоченим по краях шматком фільтрувального паперу і перевернутою вирвою такого ж діаметра. Через трубку верхньої лійки за допомогою гумової груші нагнітають повітря і тим самим усувають повітряну кишеню.

Для прискорення фільтрування подовжують трубку лійки: до носика гумовою трубкою приєднують скляну трубку того ж (або трохи меншого) внутрішнього діаметра. Через деякий час вся трубка заповнюється стовпом фільтрату, що створює розрідження.

Сильнолужні розчини та розчини фтористоводневої кислоти рекомендується фільтрувати через лійку з пористого поліетилену. Для виготовлення подібної вирви (рис. 120) використовують дві скляні вирви, з яких зовнішню закривають у місці звуження пробкою, а внутрішню в тому ж місці заплавляють. Суміш поліетиленового порошку і дрібноподрібненого хлориду натрію в масовому співвідношенні 1:4 поміщають між стінками вирв і витримують у сушильній шафі при 130-150 °С. Іноді внутрішню вирву повертають при натисканні, щоб рівномірно нанести напіврідку масу на внутрішню поверхню зовнішньої вирви. Після охолодження внутрішню вирву виймають, виймають пробку з трубки зовнішньої вирви і масу, що спеклася, промивають теплою водою для видалення хлориду натрію.

Швидкість фільтрування прямо пропорційна гідростатичному тиску рідини, що фільтрується, тому в процесі фільтрування великих обсягів рідин вигідно підтримувати постійний рівень рідини на фільтрі. На рис. 121 зображено прості саморобні пристрої для автоматичного доливання рідини на фільтр. Посудину з рідиною закривають чистою гумовою пробкою, з трубкою для надходження рідини і трубкою для надходження повітря. Рівень нижнього кінця трубки надходження повітря визначає рівень рідини на фільтрі. Якщо рівень знижується, повітря проникає всередину судини і видавлює рідину на фільтр. В результаті рівень рідини на фільтрі підвищується, а доступ повітря всередину судини закривається.

Фільтрування при нагріванні або охолодженні

Фільтрування при нагріванні проводять, коли необхідно очистити гарячі концентровані розчини від домішок, профільтрувати в'язкі розчини, а також розчини, що містять речовини, що легко кристалізуються при звичайній температурі.

В першу чергу потрібно ретельно вибрати сорт фільтрувального паперу, розмір фільтра та лійки, щоб прискорити процес. Перш ніж налити гарячий розчин на фільтр, вирву з вкладеним фільтром підігрівають, пропускаючи через фільтр деяку кількість гарячого чистого розчинника або пари розчинника, якщо його нагріти в бані до кипіння. В останньому випадку вирву накривають годинниковим склом. Перед фільтруванням розчинник із приймача виливають, щоб він не розбавляв фільтрат. На фільтрі необхідно підтримувати високий рівень рідини для прискорення фільтрування.

Вирву з фільтром можна обігрівати також металевою лійкою для гарячого фільтрування (рис. 122, а) або лійкою, між подвійними стінками якої пропускають гарячу воду, водяну пару або гаряче повітря (рис. 122, б). Підігрів можна також здійснити зануренням електронагрівача в розчин, що фільтрується, якщо в останньому не містяться речовини, що реагують з металом.

Для рівномірного нагрівання скляного лабораторного посуду застосовують також в'язані чохли (ковпаки) з електрообігрівом. Вони зазвичай виготовляються із тонкої скляної нитки і містять гнучкий нагрівальний елемент у вигляді тонкого дроту або спіралі.

Фільтрування при охолодженні може бути проведене у вирві, що охолоджується льодом, або у вирві, між подвійними стінками якої пропускають охолоджений сольовий розчин.

Фільтрування при зниженому тиску

Фільтрування при зниженому тиску дозволяє досягти повнішого відділення твердої речовини від рідини і збільшити швидкість процесу.

Апаратура для фільтрування під вакуумом складається з пристрою для фільтрування, приймача, водоструминного насоса та запобіжної склянки.

При фільтруванні великих кількостей речовин найчастіше використовують дірчасті порцелянові або щілиноподібні скляні циліндричні вирви Бюхнера, вставлені в конічні колби для фільтрування під вакуумом з тубусом; останні приєднуються до водоструминного насоса через запобіжну склянку. Необхідно, щоб розмір воронки відповідав кількості твердої фільтрованої речовини, яка повинна повністю покривати поверхню фільтра. Однак занадто товстий шар осаду ускладнює відсмоктування та подальше його промивання.

Фільтр для вирв Бюхнера являє собою круглий лист фільтрувального паперу, що поміщається на дірчасту перегородку вирви. Діаметр фільтра повинен бути трохи меншим, ніж діаметр перегородки. На великі вирви Бюхнера зазвичай кладуть один на одного два фільтри. Щоб підігнаний паперовий фільтр досить щільно прилягав до дірчастої перегородки вирви, його попередньо змочують на вирві розчинником і рівномірно притискають до неї. Потім, після видалення розчинника, наливають у вирву суміш, що фільтрується, і відсмоктують.

У разі водних розчинів невелика кількість води, яка використовується для змочування фільтра, не має значення. У тих же випадках, коли присутність води неприпустима, вологий фільтр, досягши щільного його прилягання, промивають етиловим спиртом або ацетоном, а потім розчинником, присутність якого у фільтраті допустима. Фільтрувальний папір, змочений органічним розчинником, не пристає до вирви так добре, як при змочуванні водою.

Вирви Бюхнера зміцнюються в конічних колбах за допомогою гумових пробок або товстих плоских шматків гуми, що закривають горло колби зверху; останні зручні тим, що не можуть бути втягнуті в колбу під час відсмоктування під час фільтрування.

Для повного відділення маткового розчину осад на фільтрі віджимають плоскою поверхнею скляної пробки, або товстостінним циліндром з плоским дном, поки рідина не перестане капати. При цьому необхідно стежити, щоб на поверхні товстого шару осаду не утворювалися тріщини, оскільки це веде до неповного відсмоктування маткового розчину та забруднення осаду. Щоб видалити залишки маткового розчину, осад промивають невеликими порціями розчинника при атмосферному тиску. Коли осад на фільтрі просочиться розчинником, знову підключають вакуум для відсмоктування.

При фільтруванні з відсмоктуванням як фільтруючий матеріал крім звичайних паперових фільтрів застосовують фільтри з синтетичного волокна. Так, фільтри з полівінілхлоридного або поліефірного волокна стійкі до дії кислот та лугів, але руйнуються органічними розчинниками.

Для відділення липких опадів, що важко фільтруються, нерідко застосовують азбестову масу, яку можна ущільнити на вирві для відсмоктування або тиглі Гуча. Асбестову масу готують так: у фарфоровій ступці азбест розтирають з конц. НСl, переносять масу в склянку і кип'ятять 20-30 хв у витяжній шафі. Потім розбавляють масу 20-30-кратним об'ємом дистильованої води, фільтрують на лійці Бюхнера і промивають водою до зникнення кислої реакції у фільтраті. Потім масу висушують при 100-120 ° С і прожарюють у муфелі. Прожарений азбест збовтують з водою до отримання однорідної маси, переносять на пластину лійки або тигля Гуча, що фільтрує, відсмоктують і ущільнюють.

Надзвичайно зручні для фільтрування вирви, тиглі та газові фільтри з впаяною пластинкою зі спеклого скляного порошку. Скляні фільтри служать для відокремлення твердих речовин від рідин при фільтруванні та екстракції, для видалення частинок туману з газів, для барботування (розподілу) газів у рідинах. Скляні фільтри, проте, незручні у випадках, коли потрібно кількісне виділення осаду, оскільки повністю зняти осад з фільтра важко. Вони не придатні для фільтрування концентрованих гарячих розчинів лугів і карбонатів лужних металів.

Пористість пластинок скляних фільтрів та його позначення часто змінювалися. За ГОСТ 9775-69 клас фільтра залежить від розміру пір (табл. 8).

Типи скляних лійок і тиглів з пористими фільтрами представлені на рис. 123.

Крім скляних виробів із фільтрами для рідин виготовляються також вироби із фільтрами для фільтрування та промивання газів.

Випускаються також воронки, що фільтрують, з термостатованою трубкою і термостатованою сорочкою (рис. 124). Вирви з електропідігрівом призначаються для фільтрування в нагрітому стані в'язких і кристалізованих при кімнатній температурі розчинів і суспензій. Підігрів фільтруючої вирви до 130°З виключає застигання розчину, і фільтрування протікає швидко.

Основний елемент фільтруючої воронки з електропідігрівом та термостатованою трубкою - скляний фільтр діаметром 40 мм із впаяною тонкостінною скляною трубкою, куди укладено електронагрівач потужністю 30 Вт. Вирви випускаються з фільтрами, розмір яких становить 40, 100, 160 мкм.

У фільтруючій вирві з підігрівом термостатування забезпечується проточним теплоносієм. Об'єм вирви над фільтром з термостатованою трубкою - 80 мл, з термостатованою сорочкою - 58 мл.

Для відокремлення рідини від твердої речовини застосовують зворотну занурювальну воронку, що фільтрує (рис. 123, г). Фільтр занурюють у рідину, і фільтрат надходить у приймач, з яким фільтр з'єднаний. За допомогою цього пристрою зручно проводити фільтрування при зниженій температурі, підтримуючи низьку температуру суміші, що фільтрується за допомогою охолоджуючої лазні.

Щоб відокремити малі кількості речовин, користуються лійкою зі скляним гвоздиком, який покривають круглим шматочком фільтрувального паперу. Для цього кінець скляної палички розм'якшують в полум'ї пальника і потім розплющують, притискаючи до рівної горизонтальної поверхні металевої пластинки. Необхідно, щоб фільтр щільно прилягав до «гвоздика», а краї фільтра на 1-2 мм загиналися вздовж стінки вирви. Приймачем фільтрату служить пробірка для фільтрування (з бічним відведенням).

Для фільтрування речовин з низькою температурою плавлення або добре розчинних при кімнатній температурі користуються розрідженням при охолодженні. У разі малих кількостей осаду вирву і розчин попередньо охолоджують у холодильній шафі. В інших випадках воронку Бюхнера вбудовують у склянку з відрізаним дном, заповнюючи останню льодом або сумішшю, що охолоджує.

При фільтруванні атмосфері інертного газу користуються установками, зображеними на рис. 125.

Аналітичні аерозольні фільтри АФА

Для дослідження та контролю аерозолів, що містяться в повітрі або інших газах, служать фільтри АФА. Фільтри АФА складаються з окремого або наклеєного на опорне кільце фільтруючого елемента та паперових захисних кілець з виступами.

Як фільтруючий елемент використовується фільтруючий матеріал ФП (фільтр Петрянова) з ультратонких полімерних волокон (ацетилцелюлози, перхлорвінілу, полістиролу). Робоча поверхня круглого перерізу фільтра 3, 10, 20 та 160 см2.

Центрифугування

Центрифугування – один із методів поділу неоднорідних систем (рідина – рідина, рідина – тверді частинки); у роторах під впливом відцентрових сил. Центрифугування вигідно застосовувати, якщо фільтруються речовини забивають пори фільтра, псуються при зіткненні з матеріалом, що фільтрує, або дрібнодисперсні.

Центрифугування виробляють у спеціальних апаратах, званих центрифугами. Основна частина центрифуги – ротор, що обертається з великою швидкістю.

Типи центрифуг численні; їх поділяють насамперед за величиною чинника поділу. Він дорівнює відношенню прискорення відцентрового поля, яке розвивається в центрифузі, до прискорення сили тяжіння. Чинник поділу - величина безрозмірна. Розділяюча дія центрифуги зростає пропорційно до фактору поділу.

Фактор поділу у центрифуг, що випускаються вітчизняною промисловістю, з електричним приводом варіюється в межах від 1 600 до 300 000, а частота обертання ротора - від 1000 до 50 000 об/хв.

Неоднорідні системи в центрифугах поділяють або обстоюванням або фільтруванням. Залежно від цього центрифуги бувають із суцільним ротором або з дірчастим, покритим матеріалом, що фільтрує.

Центрифугування відстоюванням проводять для освітлення рідини, що містить зважені тверді частинки, або для осадження твердої фази. Воно складається з осадження твердої фази, ущільнення осаду та виділення надосадової рідини.

У лабораторній практиці застосовують різні типи центрифуг: з ручним або електричним приводом, настільні (переносні), пересувні та стаціонарні. За величиною фактора поділу центрифуги поділяються на звичайні (з фактором поділу менше 3500), суперцентрифуги та ультрацентрифуги (з фактором поділу не менше 3500). Звичайні центрифуги використовують переважно для поділу низькодисперсних (великість більше 10-50 мкм) суспензій різної концентрації. Суперцентрифуги в основному застосовують для поділу емульсій та високодисперсних суспензій (великість менше 10 мкм). Для поділу та дослідження високодисперсних систем і високомолекулярних сполук поширені аналітичні та препаративні ультрацентрифуги з фактором поділу понад 100 000. або у вигляді нероздільних суспензій (білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди).

Ротор ультрацентрифуги обертається, як правило, у вакуумній камері при охолодженні (рефрижераторні центрифуги), швидкість і час обертання ротора, а також температурний режим центрифугування контролюються електронними пристроями.

Оброблюваний розчин поміщають у спеціальну посудину, яку потім обертають з високою швидкістю на роторі центрифуги. При цьому компоненти суміші під дією відцентрової сили розподіляються шарами на різну глибину (відповідно до мас частинок); найважчі частки притискаються до дна судини.

При користуванні пробірковими малогабаритними переносними центрифугами з ручним або електричним приводом суспензію поміщають у скляні або пластмасові пробірки, які обертаються навколо головної осі, підвішені на цапфах. Пробіркові центрифуги для періодичного розподілу малих кількостей речовини можуть бути двох типів. В одних пробірки утримуються цапфами на роторі і приймають горизонтальне положення при обертанні, в інших вони жорстко укріплені під кутом до осі обертання (кутові ротори).

На рис. 126 показано положення пробірок при центрифугуванні в кутовому роторі і в роторі з склянками, що коливаються.

Після зупинки центрифуги рідку прозору фазу (фугат) зливають або відбирають за допомогою піпетки. Осад промивають і центрифугують. Якщо з пробірки потрібно витягти максимальну кількість осаду, фугат відкидають, а осад висушують у вакуум-ексикаторі, не виймаючи його з скляної скляної пробірки.

При користуванні пробірковими центрифугами пробірки з товстостінного скла або синтетичного матеріалу вставляють у запобіжні металеві склянки. Дно скляних пробірок оберігають прокладками із гуми. Скляні пробірки можна наповнювати до половини об'єму, а пробірки із синтетичних матеріалів при великих частотах обертання ротора (5000 об/хв) слід наповнювати майже доверху для того, щоб вони під дією відцентрової сили не деформувалися. Для забезпечення безпеки роботи необхідно дуже точно врівноважувати пробірки з суспензією, що центрифугується. Порушення рівноваги при високих частотах обертання може призвести до пошкодження ротора. З огляду на те, що леткі розчинники при центрифугуванні можуть випаровуватися, пробірки краще закривати пробками.

Ротори лабораторних пробіркових центрифуг, за винятком ручних, поміщені в запобіжні металеві чохли (кришки), щоб не виникала загроза для працюючих, якщо пробірка зі склянкою зірветься з підвісок.

Необхідно суворо дотримуватися вказівок, наведених у заводській інструкції для даної центрифуги, не можна перевищувати частоту обертання ротора, вказану в інструкції. Приводити центрифугу рух можна лише при закритій запобіжній кришці; відкривати кришку дозволяється лише після повної зупинки центрифуги.

Ручна центрифуга РЦ-4.Ця центрифуга призначена для поділу рідин різної щільності або відділення від рідин зважених або змучених в них частинок. Основні частини центрифуги: чавунний корпус, усередині якого змонтовані шестірні (черв'ячна передача), пробіркотримач, рукоятка та струбцина. На шарнірних підвісках пробіркоутримувача є чотири гільзи, виготовлені з карболіту. Рідини та тверді частинки, що мають різну щільність, при обертанні розподіляються в різних місцях пробірки. Поділ можна проводити одночасно у чотирьох пробірках. За один оберт рукоятки пробіркотримач робить вісім обертів. Для роботи центрифуга кріпиться затискачем на кришці лабораторного столу або спеціальної підставки.

Лабораторна настільна центрифуга ЦЛН-2.Центрифуга ЦЛН-2 працює із ротором кутового типу РУ 6х10. Максимальний обсяг центрифугованого матеріалу 60 см3. Частота обертання ротора 3000-8000 об/хв; інтервал частоти обертання, регульований перемикачем, дорівнює 1000 оборотів. Фактор поділу досягає 5500. Час розгону ротора до максимальної частоти обертання 10 хв; час гальмування трохи більше 8 хв. Час безперервної роботи 60 хв; мінімальна обов'язкова перерва 15 хв. Робоча камера центрифуги закривається кришкою з пристроєм, що самозакривається. Маса центрифуги 8 кг.

Працюючи з центрифугою ЦЛН-2 забороняється: працювати без заземлення; збільшувати частоту обертання понад 8000 об/хв; працювати з відкритими кришками ротора та центрифуги; працювати зі скляними пробірками при частоті обертання ротора понад 4000 об/хв; розміщувати заповнені центрифугованим матеріалом пробірки не діаметрально протилежно.

Різниця маси діаметрально розташованих пробірок, заповнених матеріалом, що центрифугується, не повинна перевищувати 0,5 г. Щільність рідини, що розділяється в пробірках з полімерних матеріалів, не повинна бути більше 2 г/см3, в скляних пробірках - не більше 1,5 г/см3.

Кутова малогабаритна центрифуга ЦУМ-1.Центрифуга має ротор-хрестовину для одночасного центрифугування рідин у чотирьох пробірках місткістю по 25 мл, чотирьох по 10 мл та восьми по 5 мл. Частота обертання ротора від 2000 до 8000 об/хв регулюється східчасто. Чинник поділу досягає 6000. Час розгону ротора 8-10 хв. Центрифуга забезпечена електричним годинником, що дає можливість встановлювати час центрифугування від 0 до 60 хв, з наступним автоматичним гальмуванням. Маса центрифуги 16 кг.

Метод центрифугування заснований на різній поведінці частинок у відцентровому полі, створюваному центрифугою. Зразок, що знаходиться в посудині для центрифугування, поміщають у ротор, який рухається приводом центрифуги. Для розділення суміші частинок необхідно вибрати набір умов, таких як швидкість обертання, центрифугування час і радіус ротора. Для сферичних частинок швидкість осадження (седиментації) залежить як від прискорення, а й від радіусу і щільності частинок, а як і від в'язкості середовища, у якій виробляється осадження зразка.

Центрифугування можна розділити на два види: препаративне та аналітичне. Препаративне центрифугування використовується у разі, коли необхідно виділити частину зразка для подальших досліджень. Цей метод застосовується виділення клітин із суспензії, біологічних макромолекул тощо.

Аналітичне центрифугування застосовується вивчення поведінки біологічних макромолекул в відцентровому полі. Даний метод дозволяє отримувати дані про масу, форму і розміри молекул, що знаходяться в відносно невеликих обсягах зразка. У повсякденній практиці роботи у лабораторії найчастіше зустрічається препаративне центрифугування.

Препаративні лабораторні центрифуги, у свою чергу, поділяються на групи за призначенням: препаративні ультрацентрифуги, центрифуги загального призначення та швидкісні центрифуги. Центрифуги загального призначення мають найбільше практичне застосування у медичних лабораторіях, мають максимальну швидкість до 6 тисяч об/хв. Основною особливістю даного виду приладів є їхня відносно велика ємність – до 6 літрів, що дозволяє використовувати для центрифугування не лише центрифужні пробірки об'ємом до 100 мл, а й ємності до 1.25 літра. У всіх центрифугах загального призначення ротори жорстко кріпляться на валу приводу, тому ємність, що центрифугується, повинні бути досить точно врівноважені. Щоб уникнути поломки, не слід завантажувати в ротор непарну кількість пробірок, при неповному завантаженні ємність слід розміщувати один навпроти одного.

Швидкісні центрифуги мають граничну швидкість 25 тис. об/хв та прискорення до 89 тис g. Камеру, в якій знаходиться ротор і центрифуговані зразки, оснащують системою охолодження для запобігання нагріванню, що виникає від тертя при обертанні ротора на великих швидкостях. Зазвичай такі центрифуги можуть працювати з об'ємом до 1.5 літра і оснащуються кутовими роторами або роторами зі змінними склянками.

Препаративні ультрацентрифуги розганяються до 75000 об/хв та мають максимальне відцентрове прискорення 510 тис g. Їх оснащують холодильною та вакуумною установками, для запобігання перегріву ротора від тертя про повітря. Ротори для цих центрифуг виготовляють із міцних титанових або алюмінієвих сплавів. Вал ультрацентрифуг, на відміну швидкісних і препаративних, робиться гнучким зменшення вібрації у разі порушення рівноваги ротора. Місткості в роторі повинні бути ретельно врівноважені з точністю до однієї десятої грама.

2.5.1 Природа градієнтів

Для створення градієнтів густини розчинів найчастіше застосовуються розчини сахарози, іноді з фіксованим рН. У деяких випадках добрий поділ виходить при використанні замість звичайної води D20. У табл. 2.1 наведено властивості деяких розчинів сахарози.

Вибір градієнта диктується конкретними завданнями фракціонування. Так, наприклад, фікол, що випускається фірмою Pharmacia Fine Chemicals, може замінювати сахарозу у тих випадках, коли необхідно створити градієнти з великою щільністю та низьким осмотичним тиском. Ще одна перевага фіколу полягає в тому, що він не проходить через клітинні мембрани. Для створення градієнтів більшої щільності застосовують солі важких металів, наприклад рубідія і цезію, однак через корозію CsCl такі градієнти використовуються тільки в роторах, виготовлених із стійких металів, наприклад титану»

2.5.2 Методика створення ступінчастого градієнта густини

Для створення градієнта щільності в центрифужну пробірку обережно вносять за допомогою піпетки кілька розчинів з щільністю, що послідовно зменшується. Потім на верхній шар, що має найменшу щільність, нашаровують зразок у вигляді вузької зони, після чого пробірку центрифугують. Отримати плавні лінійні градієнти можна за рахунок згладжування ступінчастих градієнтів при тривалому стоянні розчину. Процес можна прискорити, обережно перемішуючи вміст пробірки дротом або злегка похитуючи пробірку.

2.5.3 Методика створення плавного градієнта густини

Найчастіше до створення плавного градієнта щільності користуються спеціальним пристроєм. Воно складається з двох циліндричних судин строго певного однакового діаметра, сполучених один з одним у нижній частині за допомогою скляної трубки з контрольним клапаном, що дозволяє регулювати пропорції, в яких змішується вміст обох судин. Один з них має мішалку і має вихідний отвір, через який розчин стікає в центрифужні пробірки. Більш щільний розчин поміщають змішувач; другий циліндр заповнюють розчином меншої густини. Висота стовпчика розчинів в обох циліндрах встановлюється таким чином, щоб гідростатичний тиск був однаковим. Більш щільний розчин поступово випускається із змішувача в центрифужні пробірки і одночасно заміщається рівним об'ємом розчину меншої щільності, що надходить змішувач з другого циліндра через контрольний клапан. Гомогеність розчину в змішувачі забезпечується за рахунок постійного перемішування розчину за допомогою мішалки. У міру зливання розчину центрифужні пробірки щільність його зменшується і в пробірках створюється лінійний градієнт щільності. Нелінійні градієнти можна створювати за допомогою системи, що складається із двох циліндрів неоднакового діаметра.

Для формування градієнтів густини різної крутості користуються системою з двох механічно керованих шприців, які заповнюють розчинами неоднакової густини. Різні градієнти можна створювати, змінюючи відносну швидкість руху поршнів.

2.5.4 Вилучення градієнтів із центрифужних пробірок

Після завершення центрифугування і поділу частинок необхідно витягти зони, що утворилися. Це роблять кількома способами, найчастіше методом витіснення. Центрифужну пробірку проколюють біля основи і в нижню її частину повільно вводять дуже щільне середовище, наприклад 60-70% розчин сахарози. Розчин, що знаходиться зверху, витісняється, і фракції відбирають за допомогою шприца, піпетки або спеціального пристосування, з'єднаного через трубочку з колектором фракцій. Якщо пробірки виготовлені з целулоїду або нітроцелюлози, фракції виймають, надрізавши пробірку спеціальним лезом. Для цього центрифужну пробірку, закріплену в штативі, надрізають безпосередньо під потрібною зоною і фракцію відсмоктують шприцем або піпеткою. При потрібній конструкції ріжучого пристрою втрата розчину буде мінімальною. Збір фракцій здійснюють також, проколивши основу пробірки тонкою порожнистою голкою. Краплі, що випливають із пробірки через голку, збирають у колектор фракцій для подальшого аналізу.

2.5.5 Препаративні центрифуги та їх застосування

Препаративні центрифуги можна поділити на три основні групи: центрифуги загального призначення, швидкісні центрифуги та препаративні ультрацентрифуги. Центрифуги загального призначення дають максимальну швидкість 6000 про хв -1 і ОЦУ до 6000 g . Вони відрізняються один від одного тільки ємністю і мають ряд змінних роторів: кутових та з підвісними склянками. Однією з особливостей цього виду центрифуг є їхня велика ємність - від 4 до 6 дм 3 , що дозволяє завантажувати їх не тільки центрифужними пробірками на 10,50 і 100 см 3 , а й судинами ємністю до 1,25 дм 3 . У всіх центрифугах цього типу ротори жорстко кріпляться на валу приводу, і центрифужні пробірки разом з їх вмістом повинні бути ретельно врівноважені і відрізнятися за вагою не більше ніж на 0,25 г. Не можна завантажувати в ротор непарне число пробірок, а при неповному завантаженні ротора слід розміщувати симетрично одна проти іншої, забезпечуючи таким чином рівномірний розподіл пробірок щодо осі обертання ротора.

Швидкісні центрифуги дають граничну швидкість 25 000 об-хв -1 та ОЦУ до 89000g. Камера ротора має систему охолодження, що запобігає нагріванню, яке виникає внаслідок тертя при обертанні ротора. Як правило, швидкісні центрифуги мають ємність 1,5 дм 3 і забезпечені змінними роторами як кутовими, так і з підвісними склянками.

Препаративні ультрацентрифуги дають граничну швидкість до 75000 об-хв -1 і максимальне відцентрове прискорення 510 000 g . Вони забезпечені як холодильником, так і вакуумною установкою, щоб запобігти перегріву ротора внаслідок тертя його повітря. Ротори таких центрифуг виготовляють із високоміцних алюмінієвих чи титанових сплавів. В основному застосовують ротори з алюмінієвих сплавів, однак у випадках, коли необхідні особливо високі швидкості, користуються роторами з титану. Для зменшення вібрації, що виникає в результаті порушення рівноваги ротора через нерівномірне наповнення центрифужних пробірок, ультрацентрифуги мають гнучкий вал. Центрифужні пробірки та їх вміст повинні бути ретельно врівноважені з точністю до 0,1 г. Аналогічних вимог слід дотримуватись і при завантаженні роторів центрифуг загального призначення.

2.6 Конструкція роторів

2.6.1 Кутові ротори та ротори з підвісними склянками

Ротори препаративних центрифуг зазвичай бувають двох типів - кутові та з підвісними склянками. Кутовими вони називаються тому, що центрифужні пробірки, що містяться в них, весь час знаходяться під певним кутом до осі обертання. У роторах з підвісними склянками пробірки встановлюються вертикально, а при обертанні під дією відцентрової сили, що виникає, переходять у горизонтальне положення; кут нахилу до осі обертання складає 90°.

У кутових роторах відстань, що проходить частинками до відповідної стінки пробірки, невелика, і тому седиментація відбувається порівняно швидко. Після зіткнення зі стінками пробірки частинки зісковзують униз і утворюють на дні осад. При центрифугуванні виникають конвекційні потоки, які значно ускладнюють поділ частинок з близькими седиментаційними властивостями. Тим не менш, ротори подібної конструкції з успіхом застосовуються для поділу частинок, швидкості седиментації яких відрізняються досить сильно.

У роторах з підвісними склянками також спостерігаються конвекційні явища, проте вони виражені негаразд сильно. Конвекція є результатом того, що під дією відцентрового прискорення частинки осідають у напрямку, не строго перпендикулярному осі обертання, і тому, як і в кутових роторах, ударяються об стінки пробірки і зісковзують на дно.

Конвекційних явищ та ефектів завихрення вдається певною мірою уникнути, використовуючи пробірки секторіальної форми в роторах з підвісними склянками та регулюючи швидкість обертання ротора; перерахованих вище недоліків позбавлений також метод центрифугування в градієнті щільності.

2.6.2 Ротори безперервної дії

Ротори безперервної дії призначені для швидкісного фракціонування щодо невеликих кількостей твердого матеріалу із суспензій великих обсягів, наприклад, для виділення клітин з живильних середовищ. У ході центрифугування суспензія часток додається до ротора безперервно; пропускна здатність ротора залежить від природи осаджуваного препарату і варіюєте в межах від 100 см 3 до 1 дм 3 в 1 хв. Особливість ротора полягає в тому, що він є ізольованою камерою спеціальної конструкції; вміст її не повідомляється із зовнішнім середовищем, а тому не забруднюється і не розпорошується.

2.6.3 Зональні ротори, або ротори Андерсона

Зональні ротори роблять із алюмінієвих або титанових сплавів, які здатні витримувати значні відцентрові прискорення. Зазвичай у них є циліндрична порожнина, що закривається кришкою, що знімається. Усередині порожнини, на осі обертання розташована осьова трубка, на яку надівається насадка з лопатями, що розділяють порожнину ротора на чотири сектори. Лопаті або перегородки мають радіальні канали, якими з осьової трубки до периферії ротора нагнітається градієнт. Завдяки такій конструкції лопат конвекція зведена до мінімуму.

Заповнення ротора проводиться при його обертанні зі швидкістю близько 3000 об/хв -1. У ротор нагнітають заздалегідь створений градієнт, починаючи з шару найменшої щільності, який рівномірно розподіляється по периферії ротора і утримується біля зовнішньої стінки перпендикулярно осі обертання завдяки відцентровій силі . При подальшому додаванні шарів градієнта більшої щільності відбувається безперервне усунення центру менш щільних шарів. Після того, як у ротор буде нагнітений весь градієнт, його заповнюють до повного об'єму розчином, званим «подушкою», щільність якого збігається або дещо перевищує найбільшу щільність преформованого градієнта.

Потім через осьову трубку, нашаровують досліджуваний зразок , який витісняють з трубки в об'єм ротора за допомогою меншої щільності щільності, при цьому з периферії видаляється такий же об'єм «подушки». Після всіх цих процедур швидкість обертання ротора доводять до робочої та протягом необхідного проміжку часу проводять або зонально-швидкісне, або зонально-ізопікнічне фракціонування . Вилучення фракцій проводять при швидкості обертання ротора 3000 об - хв -1 . Вміст ротора витісняють шляхом додавання з периферії подушки, в першу чергу витісняються менш щільні шари . Завдяки особливій конструкції осьового каналу ротора Андерсона змішування зон при їх витісненні не відбувається. Вихідний градієнт пропускають через реєструючий пристрій, наприклад, клітинку спектрофотометра, за допомогою якого по поглинанню при 280 нм можна визначити вміст білка, або через спеціальний детектор радіоактивності, після чого збирають фракції.

Місткість зональних роторів, що використовуються при середніх швидкостях, варіює від 650 до 1600 см 3 що дозволяє отримувати досить велику кількість матеріалу. Зональні ротори застосовуються для видалення білкових домішок із різних препаратів і для виділення та очищення мітохондрій, лізосом, полісом та білків.

2.6.4 Аналіз субклітинних фракцій

Властивості отриманого при фракціонуванні препарату субклітинних частинок можна віднести до властивостей самих частинок лише в тому випадку, якщо препарат не містить домішок. Отже, завжди необхідно оцінювати чистоту одержуваних препаратів. Ефективність гомогенізації та наявність у препараті домішок можна визначити за допомогою мікроскопічного дослідження. Проте відсутність видимих ​​домішок ще є достовірним доказом чистоти препарату. Для кількісної оцінки чистоти отриманий препарат піддають хімічному аналізу, який дозволяє встановити вміст у ньому білків або ДНК, визначити його ферментативну активність, якщо можливо, імунологічні властивості.

Аналіз розподілу ферментів у тканинах, що фракціонуються, заснований на двох загальних принципах. Перший полягає в тому, що всі частинки цієї субклітинної популяції містять однаковий набір ферментів. Другий передбачає, кожен фермент локалізований у якомусь певному місці всередині клітини. Якби це положення було вірним, то ферменти могли б виступати в ролі маркерів для відповідних органел: наприклад, цито-хромоксидаза і моноамінооксидаза служили б ферментами-маркерами мітохондрій, кислі гідролази - маркерами лізосом, каталаза - маркером пероксисом, а глюкозо6- - маркером мембран мікросом. Виявилося, проте, деякі ферменти, наприклад малатдегидрогеназа, Р-глюкуронідаза, НАДФ" Н-цитохром-з-редуктаза, локалізовані більш ніж в одній фракції. Тому до вибору ферментів-маркерів субклітинних фракцій у кожному конкретному випадку слід підходити з великою обережністю. Більше того, відсутність ферменту-маркера ще не означає відсутності відповідних органелл Цілком ймовірно, що при фракціонуванні відбувається втрата ферменту органелами або він інгібується або інактивується, тому для кожної фракції зазвичай визначають не менше двох ферментів-маркерів.

Фракція	Об'єм, см"	Загальне розведення	Екснюкція, 660 нм	Одиниці активності ферменту	Вихід активності у фракції,%

2.7 Фракціонування методом диференціального центрифугування

2.7.1 Оформлення результатів

Результати, отримані при фракціонуванні тканин, найзручніше оформляти у вигляді графіків. Так, при дослідженні розподілу ферментів у тканинах дані найкраще подавати у вигляді гістограм, що дають змогу візуально оцінити результати проведених експериментів.

Ферментативну активність вміст білка в пробі визначають як у вихідному гомогенаті, так і в кожній виділеній субклітинній фракції окремо. Сумарна ферментативна активність та вміст білка у фракціях не повинні сильно відрізнятись від відповідних значень у вихідному гомогенаті.

Потім проводять розрахунок ферментативної активності та вмісту білка в кожній фракції % від загального виходу, на підставі чого складають гістограму. По осі абсцис послідовно відкладають відносну кількість білка в кожній фракції в порядку їх виділення, а по осі ординат - відносну питому активність кожної фракції. Таким чином, за площею стовпчиків визначають ферментативну активність кожної фракції.

2.7.2 Аналітичне ультрацентрифугування

На відміну від препаративного центрифугування, метою якого є поділ речовин та їх очищення, аналітичне ультрацентрифугування застосовується переважно для вивчення седиментаційних властивостей біологічних макромолекул та інших структур. Тому в аналітичному центрифугуванні застосовують ротори та реєструючі системи особливої ​​конструкції: вони дозволяють безперервно спостерігати за седиментацією матеріалу ввідцентрове поле.

Аналітичні ультрацентрифуги можуть розвивати швидкість до 70 000 об-хв -1 , створюючи при цьому відцентрове прискорення до 500 000 g . Ротор у них, як правило, має форму еліпсоїда та з'єднаний за допомогою струни з мотором, що дозволяє варіювати швидкість обертання ротора. Обертається ротор у вакуумній камері, з холодильним пристроєм, і має два осередки, аналітичну і балансувальну, які встановлюються в центрифузі строго вертикально, паралельно осі обертання. Балансувальний осередок служить для врівноваження аналітичного і є металевим блоком з прецизійною системою. У ній є також два індексні отвори, що знаходяться на строго певній відстані від осі обертання, за допомогою яких визначають відповідні відстані в аналітичній комірці. Аналітична комірка, ємність якої, як правило, дорівнює 1 см 3 має секторіальну форму. При правильній установці в роторі вона, незважаючи на те, що стоїть вертикально, працює за тим же принципом, що і ротор з підвісними склянками, створюючи майже ідеальні умови седиментації. На торцях аналітичного осередку є віконця з кварцовим склом. Аналітичні ультрацентрифуги мають оптичні системи, що дозволяють спостерігати за седиментацією частинок протягом усього періоду центрифугування. Через проміжки часу седиментуючий матеріал можна фотографувати. При фракціонуванні білків і ДНК за седиментацією спостерігають поглинання в ультрафіолеті, а в тих випадках, коли досліджувані розчини мають різні коефіцієнти заломлення – за допомогою шлірен-системи або інтерференційної системи Релея. Два останніх методи засновані на тому, що при проходженні світла через прозорий розчин, що складається з зон з різною щільністю, на межі зон відбувається заломлення світла. При седиментації між зонами з важкими та легкими частинками утворюється межа, яка діє як заломлююча лінза; при цьому на фотопластинці, що використовується як детектор, з'являється пік. У результаті седиментації відбувається переміщення кордону, отже, і піку, за швидкістю міграції якого можна будувати висновки про швидкості седиментації матеріалу. Інтерферометричні системи відрізняються більшою чутливістю, ніж шлірен-системи. Аналітичні осередки бувають односекторні, які застосовуються найчастіше, і двосекторні, які використовуються для порівняльного вивчення розчинника та розчиненої речовини.

У біології аналітичне ультрацентрифугування застосовується визначення молекулярних ваг макромолекул, перевірки чистоти одержуваних зразків, і навіть дослідження конформаційних змін у макромолекулах.

2.8 Застосування аналітичного ультрацентрифугування

2.8.1 Визначення молекулярної ваги

Існує три основні методи визначення молекулярних ваг за допомогою аналітичного ультрацентрифугування: визначення швидкості седиментації, метод седиментаційної рівноваги та метод наближення до седиментаційної рівноваги.

Визначення молекулярної ваги за швидкістю седиментації -це найпоширеніший метод. Центрифугування проводять при великих швидкостях, так що частинки, спочатку рівномірно розподілені по всьому об'єму, починають упорядкування переміщатися радіусом від центру обертання. Між областю розчинника, вже вільної від частинок, і його частиною, що їх містить, утворюється чітка межа розділу. Ця межа при центрифугуванні переміщається, що дає можливість визначати швидкість седиментації частинок за допомогою одного з вищезгаданих методів, реєструючи це рух на фотопластинці.

Швидкість седиментації визначається наступним співвідношенням:

де х - відстань від осі обертання см,

t - час у с,

w - кутова швидкість рад-с -1 ,

s - коефіцієнт седиментації “молекули.

Коефіцієнт седиментації - це швидкість, віднесена до одиниці прискорення, його вимірюють у одиницях Сєєдберга ; 1 одиниця Сведберга дорівнює 10 _13 с. Чисельне значення s залежить від молекулярної ваги та форми частинок і є величиною, характерною для даної молекули чи надмолекулярної структури. Наприклад, коефіцієнт седиментації лізоциму дорівнює 2,15 S; каталаза має коефіцієнт седиментації 11.35S, субодиниці рибосом бактерій - від 30 до 50S, а субодиниці рибосом еукаріотів - від 40 до 60S.

де М - молекулярна вага молекули, R - газова постійна, Т - абсолютна температура, s - коефіцієнт седиментації молекули, D - Коефіцієнт дифузії молекули, v - парціальний питомий об'єм, який можна розглядати як об'єм, який займає один грам розчиненої речовини, р - щільність розчинника.

Метод седиментаційної рівноваги.Визначення молекулярних ваг цим методом проводиться при порівняно невеликих швидкостях обертання ротора, близько 7 000-8 000 об-хв -1 щоб молекули з великою молекулярною вагою не осаджувалися на дно. Ультрацентрифугування проводять до досягнення частинками рівноваги, що встановлюється під впливом відцентрових сил, з одного боку, і дифузійних - з іншого, т. е. до того часу, поки частки не перестануть переміщатися. Потім за градієнтом концентрації, що утворився, розраховують молекулярну вагу речовини "згідно з формулою

де R - газова постійна, Т - абсолютна температура, ю - кутова швидкість, р - густина розчинника, v - Парціальний питомий обсяг, з х і з 2 - Концентрація розчиненої речовини на відстанях г г і р 2 від осі обертання.

Недоліком даного методу є те, що для досягнення седиментаційної рівноваги необхідно тривалий час - від декількох днів до декількох тижнів при безперервній роботі центрифуги.

Метод наближення до седиментаційної рівноваги був розроблений для того, щоб позбутися недоліків попереднього методу, пов'язаних з великими витратами часу, необхідного для встановлення рівноваги. За допомогою цього методу можна визначати молекулярні ваги, коли центрифугований розчин знаходиться в стані наближення до рівноваги. Спочатку макромолекули. по всьому об'єму аналітичного осередку рівномірно, потім у міру центрифугування молекули осідають, і щільність розчину в області меніска поступово зменшується.

де R - газова постійна, Т - Абсолютна температура, v - парціальний питомий об'єм, р - густина розчинника, dcldr - градієнт концентрації макромолекули, г м і г д - відстань до меніска та дна пробірки відповідно, з м і с д - концентрація макромолекул біля меніска та у дна пробірки відповідно, М м і M R -величини молекулярних ваг, визначені за розподілом концентрації речовини біля меніска та дна пробірки відповідно.

2.8.2 Оцінка чистоти препаратів

Аналітичне ультрацентрифугування широко застосовується для оцінки чистоти препаратів ДНК, вірусів та білків. Чистота препаратів безсумнівно дуже важлива у випадках, коли потрібно точно визначити молекулярний вага молекули. У більшості випадків про гомогенність препарату можна судити за характером межі седиментації, використовуючи метод визначення швидкості седиментації: гомогенний препарат зазвичай дає один різко окреслений кордон. Домішки, що присутні в препараті, виявляються у вигляді додаткового піку або плеча; вони ж зумовлюють асиметрію основного піку.

2.8.3 Дослідження конформаційних змін у макромолекулах

Ще одна область застосування аналітичного ультрацентрифугування – дослідження конформаційних змін макромолекул. Молекула ДНК, наприклад, може бути одно- або дволанцюжковою, лінійною або кільцевою. Під дією різних сполук або за підвищених температур ДНК зазнає ряд оборотних і незворотних конформаційних змін, які можна встановити зі зміни швидкості седиментації зразка. Чим компактніша молекула, тим менший її коефіцієнт тертя в розчині і навпаки: чим менша вона компактна, тим більший коефіцієнт тертя і, отже, тим повільніше вона седиментуватиме. Таким чином, відмінності у швидкості седиментації зразка до та після різних впливів на нього дозволяють виявляти конформаційні зміни, що відбуваються у макромолекулах.

У алостеричних білків, таких, наприклад, як аспартат-транскарбамоілаза, конформаційні зміни виникають у результаті зв'язування їх із субстратом та малими лігандами. Дисоціацію білка на субодиниці можна викликати, обробивши його такими речовинами, як сечовина або парахлормеркурібензоат. Всі ці зміни легко можна простежити за допомогою аналітичного ультрацентрифугування.

Формування трубчастих виробів методом центрифугування. Під центрифугуванняму промисловість будівельних матеріалів... яких здійснюється такий вплив, називаються центрифугуванням. У промисловості РБ використовуються горизонтальні центрифуги.

Осадження частинок

Лабораторна робота >> Хімія

Кліток, вже звільненого низькошвидкісним центрифугуваннямвід ядра, мітохондрій та... ультрацентрифугування Особливості цього типу центрифугуваннявідображені в самому його... для нас приклад використання центрифугуванняв градієнті щільності цукрози, ...

Використання центрифуги

Курсова робота >> Промисловість, виробництво

У центрифугах періодичної дії різні операції центрифугування– завантаження, поділ, вивантаження – відбуваються... розрізняють препаративне та аналітичне центрифугування. При препаративному центрифугуваннявихідний біологічний матеріал беруть...