離心分析技術

離心分析技術

離心分析技術(ultracentrifugal sedimenta-tion)是利用旋轉物體產生的離心力使生物高分子在液體介質中沉降,從高分子的沉降行為確定高分子質量、形狀和大小的技術。

離心分析技術

正文

利用旋轉物體產生的離心力使生物高分子在液體介質中沉降,從高分子的沉降行為確定高分子質量、形狀和大小的技術。一個混懸液搖勻後放置,在重力作用下,可以看到顆粒逐漸下沉,產生一個界面。許多年來一直通過觀察界面情況來測定膠體粒子的大小。但是這個方法用於高分子化合物時,單靠重力就不行了。因為有布朗運動抵銷重力,甚至超過重力。超速離心機的高轉速產生巨大的離心力則足夠使大分子粒子沉降。目前使用的分析超離心機大致可使直徑小於10埃的顆粒沉降。
裝有樣品的特製圓柱形離心池垂直放在合金制的分析轉頭中。離心池是由帶扇形槽的池芯和兩塊石英窗組成,在離心過程中可以用光學方法一直觀察和記錄高分子的沉降情況。
離心沉降過程有兩種情況。當離心力很大時,可以觀察到沉降中高分子溶液與溶劑的界線,可從界線的移動來測定沉降的速度。高分子在溶液中離心沉降時,同時受到離心力和移動時溶劑對它的阻力,當這兩種力平衡時,恆穩速度dx/dt與粒子質量(分子量)M有下列關係:

離心分析技術

式中R是氣體常數,T是絕對溫度,D是擴散係數,堸是溶質的偏微比容,ρ是溶液的密度,ω 是角速度,S是沉降係數。沉降係數S與顆粒本質有關,因此是一個物理常數,單位是10-13S。
當使用較低轉速,在較小的離心力場內,由於高分子離心沉降(產生濃度梯度)和擴散(減小濃度梯度)兩種相反的作用,達到沉降平衡後,離轉軸不同距離處的濃度分布就達一恆穩值,不再改變。這時溶液的濃度分布滿足下列關係式

離心分析技術

式中Cx是離轉軸x處的高分子濃度。
另一種沉降分析和上述不同,叫等密度沉降分析。它是高分子在密度梯度介質中沉降。樣品密度是在密度梯度介質液柱的液面密度和液底密度之間,因此平衡時樣品將固定在梯度介質與它密度相等的地方。這個方法可以測量浮力密度,用於研究溶劑化作用和樣品的化學組成。
超離心分析技術對測定高分子的分子量特別有用,測定的分子量不是相對值而是絕對值。1924年瑞典科學家T.斯韋德貝里和H.林德首先設計製造了分析超離心機。當時叫光學離心機。1926年T.斯韋德貝里和R.法勞斯測定了馬血紅蛋白的分子量為 68000。以後不斷地對各種蛋白質進行分子量測定,結果得到重複的分子量,因此證實了蛋白質確實是一個高分子化合物,有一定大小和形狀,而不是一些低分子單元任意的排列和聚合。在其他各種技術配合下套用超離心沉降分析測定的分子量範圍為102~106,僅有百分之幾的誤差。此外,從超離心沉降分析還可得到許多信息,例如樣品的均一性,分子的大小和形狀等等。

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