ultracentrifuge The

Ada sejumlah teknik eksperimental ( misalnya,

Wiegner tabung dan keseimbangan Oden ) 29 yang memanfaatkan sedimentasi

di bawah gravitasi untuk fraksionasi atau menentukan ukuran partikel

distribusi dalam sistem yang mengandung relatif kasar ditangguhkan

bahan seperti tanah dan pigmen . Sebuah metode yang populer membawa

sebuah analisis ukuran sedimentasi kumulatif adalah metode saldo , di

yang berat partikel menetap keluar ke panci keseimbangan

dicatat sebagai fungsi waktu . Sedimentasi di bawah gravitasi memiliki

batas praktis lebih rendah c . 1 / xm . Lebih kecil ( koloid ) partikel sedimen

Tabel 2.2 tingkat Sedimentasi di bawah gravitasi untuk bidang bermuatan kepadatan 2 g cm " 1

dalam air pada 20 ° C , dihitung dari hukum Stokes '

Radius Sedimentasi tingkat

1 ( T9 m ( 1 nm ) 2,2 x 1 < m T12 s " 1 ( 8 nm h'1 )

10 ~ 8 m ( 10 nm ) 2,2 x IO ^ ms " 1 ( 0.8/Amh " 1 )

Kr7m ( 100nm ) 2,2 x KT8 m s " 1 ( 80 / / . M h" 1 )

IQ ~ 6m ( l ^ m ) 2,2 x IO ^ ms " 1 ( 8 mm h" 1 )

10 ~ 5 m ( 10 / am ) 2,2 x 10 ~ 4 m s " 1 ( 0,8 m h" 1 )

begitu lambat di bawah gravitasi bahwa efek tersebut terhapus oleh pencampuran

kecenderungan difusi dan konveksi .

Dengan menggunakan kekuatan sentrifugal ketimbang gravitasi , aplikasi

sedimentasi dapat diperpanjang untuk mempelajari sistem koloid ,

dan telah digunakan , khususnya , untuk karakterisasi

zat asal biologis , seperti protein , asam nukleat dan

viruses30 " 31 . Kekuatan pendorong pada molekul ditangguhkan atau partikel

kemudian menjadi m ( l - vp ) o > 2jt , di mana « adalah kecepatan sudut dan x

jarak partikel dari sumbu rotasi .

Sebuah ultracentrifuge adalah centrifuge berkecepatan tinggi yang dilengkapi dengan

sistem optik yang sesuai (biasanya Schlieren atau gangguan optik,

terakhir ini sangat berguna ketika konsentrasi rendah yang terlibat )

untuk merekam perilaku sedimentasi dan dengan fasilitas untuk menghilangkan

efek mengganggu arus konveksi dan getaran . sampel

yang terkandung dalam sel - sektor berbentuk dipasang pada rotor ( biasanya c .

Sifat Kinetic 33

speedometer

-Air turbin

rotor

ruang

schlieren optik

sistem

Gambar 2.6 Fitur penting dari ultracentrifuge udara didorong

18 cm diameter ) ; ini berputar dalam ruang thermostatted mengandung

hidrogen pada tekanan berkurang . Beberapa mekanisme untuk mengemudi

rotor telah diteliti - Svedberg , yang merintis bidang ini ,

dipekerjakan turbin minyak ; ini telah digantikan oleh lebih sederhana dan

instrumen - udara didorong dan digerakkan oleh tenaga listrik lebih murah .

Ultracentrifuge ini dapat digunakan dalam dua cara yang berbeda untuk menyelidiki

ditangguhkan materi koloid . Dalam metode kecepatan tinggi

bidang sentrifugal (sampai c . 400 000 g ) diterapkan dan perpindahan

batas dibentuk oleh sedimentasi dari molekul koloid atau

partikel diukur dari waktu ke waktu ( Gambar 2.7 ) . dalam

metode kesetimbangan larutan koloid dikenai banyak

bidang sentrifugal yang lebih rendah , sampai sedimentasi dan difusi ( pencampuran )

kecenderungan keseimbangan satu sama lain dan distribusi kesetimbangan

partikel seluruh sampel tercapai .

kecepatan sedimentasi

Menyamakan kekuatan pendorong di makromolekul dalam field sentrifugal

dengan tahanan gesek dari media menangguhkan ,

2 _ djc

dr

34 sifat Kinetic

25h 2h

Gambar 2.7 Sedimentasi dari sampel monodispersed dari Limulus haemocyanin

diukur dengan Philpot - Svenson metode schlieren ( 18 000 rev min ~ l ) 32 ( Istimewa

dari American Chemical Society )

dan , karena Df - kT ,

dx _ mD ( l - vp ) o ) 2x

dt kT

MD ( \ - vp ) o ) 2x

RT

atau M - •

RT

D ( l - vp )

( 2.16 )

di mana M adalah massa molar ( unsolvated ) dan s sedimentasi

koefisien

dx / dt

mengintegrasikan ,

Dalam x2lx \

a> 2 ( t2 -ti ,

( 2.17 )

Sifat Kinetic 35

dimana x \ dan x2 adalah jarak batas dari sumbu

rotasi pada waktu t \ dan t2 . Oleh karena itu ,

( 2.18 )

Hal ini terbukti dari ekspresi di atas bahwa difusi yang sesuai

koefisien juga harus diukur agar molekul atau partikel

massa dapat ditentukan dari data kecepatan sedimentasi . dalam hal ini

hormat , percobaan terpisah diperlukan , karena difusi

koefisien tidak dapat ditentukan secara akurat in situ , karena ada

tertentu self- penajaman puncak karena sedimentasi

Koefisien meningkat dengan menurunnya konsentrasi .

Perawatan harus diambil untuk memastikan bahwa sistem dalam penyelidikan

tetap uncoagulated . Hal ini berlaku untuk setiap teknik untuk menentukan

molekul atau partikel massa . s , D dan v dikoreksi dengan standar

suhu , biasanya 20 ° C , dan harus diekstrapolasikan ke nol

konsentrasi .

Dengan sistem polydispersed baik perluasan batas

( selain yang disebabkan oleh difusi ) atau pembentukan berbeda

puncak mewakili berbagai fraksi diamati . pengendapan

tidak menyediakan metode tegas untuk menetapkan

homogenitas sistem koloid . Misalnya, campuran serum

albumin dan hemoglobin adalah homogen sehubungan dengan sedimentasi

kecepatan tetapi dua protein yang mudah dibedakan dari masing-masing

lain dengan elektroforesis .

Pengetahuan tentang M dan v memungkinkan D0 dan, karenanya , rasio D ^ / D ( yang

f ratio fiksi ) untuk dihitung .

sedimentasi ekuilibrium

Pertimbangkan aliran molekul atau partikel di daerah A dalam

solusi koloid di mana konsentrasi adalah c dan konsentrasi

gradien adalah dc / dx . Laju aliran adalah cA ( dx / dt ) akibat sedimentasi ,

dan , dari hukum pertama Fick , - DA ( dc / djc ) karena difusi . kapan

sedimentasi kesetimbangan tercapai , aliran bersih adalah nol , sehingga

dx dc

c - = D -

d ? dx

36 sifat Kinetic

dan , karena

dx _MD ( l - vp ) < * > 2x

dt RT

kemudian

dc _ o ) 2M ( 1 - vp ) jcdjc

c RT

mengintegrasikan ,

( 2J9 )

di mana Ci dan c2 adalah konsentrasi kesetimbangan sedimentasi di

jarak xt dan * 2 fr ° m kapak rotasi . Perilaku ideal memiliki

telah diasumsikan .

Ketika keadaan sedimentasi - difusi keseimbangan telah

tercapai, massa molekul atau partikel bisa, karena itu , akan dievaluasi

tanpa pengetahuan tentang koefisien difusi ( dan , karenanya ,

independen dari bentuk dan solvasi ) dengan menentukan relatif

konsentrasi pada berbagai jarak dari sumbu rotasi .

Molekul kecil seperti gula telah dipelajari dengan teknik ini .

Polidispersitas memperkenalkan komplikasi dan tercermin drift

M dengan x . Sebaliknya, konsistensi M dengan x merupakan indikasi

homogenitas sampel terhadap M.

Kerugian dari teknik sedimentasi keseimbangan adalah

bahwa pembentukan keseimbangan dapat memakan waktu selama beberapa

hari , yang tidak hanya tidak nyaman secara umum , tetapi juga menekankan

pentingnya menghindari gangguan convectional .

Dari analisis teoritis dari tahap-tahap peralihan di mana

zat terlarut sedang didistribusikan , Archibald136 telah mengembangkan

Teknik yang melibatkan pengukuran pada interval selama awal

tahap percobaan sedimentasi keseimbangan sehingga tidak

memerlukan menunggu lama untuk keseimbangan yang akan didirikan . Rasio SID dapat

dihitung dari ekspresi

dc / dx ' = a> 2s ( 2-20 )

ex D

Sifat Kinetic 37

dimana dc / d * ' adalah gradien konsentrasi pada meniskus , c ' yang

Konsentrasi pada meniskus dan x ' jarak dari meniskus

dari sumbu rotasi .

mengisi efek

Pengobatan sedimentasi dan difusi sedikit lebih

rumit ketika partikel dalam pertimbangan biaya. itu

kontra - ion yang lebih kecil ( lihat Bab 7 ) cenderung sedimen pada tingkat lebih lambat

dan tertinggal di belakang partikel koloid sedimenting . Potensi A dengan demikian

mengatur yang cenderung untuk mengembalikan kondisi asli dari keseluruhan

netralitas listrik dengan mempercepat gerakan - ion kontra

dan memperlambat gerak partikel-partikel koloid .

Situasi sebaliknya berlaku untuk difusi . The- ion kontra kecil

cenderung menyebar lebih cepat dari partikel koloid dan tarik partikel

bersama dengan mereka dan meningkatkan tingkat mereka difusi .

Efek ini dapat diatasi dengan menggunakan swamping elektrolit

konsentrasi . Setiap potensi yang mungkin berkembang kemudian mudah

hilang oleh perpindahan yang sangat kecil dari sejumlah besar counterions .

Gerak Brown Rotary

Selain translationai gerak , molekul ditangguhkan Brown

atau partikel mengalami gerak rotasi acak kapak mereka , sehingga

bahwa , dalam ketiadaan menyelaraskan kekuatan , mereka berada dalam keadaan acak

orientasi . Koefisien difusi rotary dapat didefinisikan ( ellipsoids dari

revolusi memiliki dua koefisien tersebut mewakili rotasi

masing-masing sumbu utama ) yang tergantung pada ukuran dan bentuk

molekul atau partikel dalam question28 .

Di bawah pengaruh suatu keselarasan parsial kekuatan orientating dari

partikel asimetris terjadi , yang merupakan keseimbangan antara

gaya menyelaraskan pada partikel dan difusi rotary mereka. itu

Oleh karena itu sistem akan menjadi anisotropic . Hal ini dimungkinkan untuk menarik

kesimpulan mengenai dimensi partikel dengan mempelajari berbagai

perubahan sifat fisik yang ditimbulkan oleh partikel tersebut

keselarasan .

Streaming birefringence35

Sampel dikenai kecepatan gradien yang kuat - misalnya, dalam

silinder viskometer konsentris ( Gambar 2.12 ) - dan Hasil dari paket yang

keselarasan molekul atau partikel menyebabkan sebelumnya isotropik

solusi untuk menjadi ganda pembiasan ( birefringent ) . besarnya

birefringence ini berhubungan dengan teori yang rumit dengan rotasi

koefisien difusi , dan, karenanya , ke molekul atau partikel

dimensi .

Dalam kasus-kasus tertentu (misalnya besi ( III ) hidroksida sol ) birefringence dapat

dihasilkan oleh aksi menyelaraskan medan listrik atau magnet .

dispersi dielektrik

Ketika larutan yang mengandung molekul dipole ditempatkan di antara

elektroda dan mengalami arus bolak-balik , molekul

cenderung untuk memutar dalam fase dengan arus, sehingga meningkatkan dielektrik

konstan dari solusi . Sebagai frekuensi meningkat , menjadi

lebih sulit bagi molekul dipolar untuk mengatasi kental

Sifat Kinetic 45

A monokromatis

sumber

Nico crossed !

prisma

observasi

teleskop

Gambar 2.12 Aparatus untuk mengamati streaming yang birefringence

resistensi medium cukup cepat untuk tetap dalam fase , dan

tetes konstanta dielektrik dalam kurang lebih bertahap fashion. masing-masing

frekuensi karakteristik di mana ada perubahan penting dari dielektrik

konstan berhubungan dengan waktu yang dibutuhkan untuk molekul untuk memutar tentang

sumbu tertentu , dan karenanya , untuk difusi rotary yang sesuai

koefisien .