УЛЬТРАЦЕНТРИФУГА

УЛЬТРАЦЕНТРИФУГА, ультрацентрифугирование. У. представляет нового типа инструмент, построенный шведским ученым Сведбергом (Svedberg) в Упсале. Название свое получила по аналогии с ультрамикроскопом, ультрафильтрацией и т. д., так как предназначается для изучения свойств коллоидных частиц или даже молекул. В У. использован фактор определенного размещения и перемещения частиц в растворе, помещенном в поле действия чрезвычайно мощной центробежной силы. Три свойства характеризуют У. и отличают ее от обычных центрифуг. 1. Во время центрифугирования в жидкости устранены конвекционные потоки, к-рые могли бы препятствовать равномерному оседанию мельчайших частиц. 2. Ультрацентрифуги имеют приспособление для точного наблюдения за феноменом перемещения частиц (седиментацией их) во время самого вращения. Для этого на вращающуюся часть центрифуги направляется пучок яркого света, к-рый проходит сквозь кюветочку с исследуемым раствором во время вращения ее, и полученная картина фотографируется; фотографии анализируются с помощью микрофотометра, и по степени затемнения или изменения рефракции судят о концентрациях в различных частях жидкости. 3. У. развивают центробежные силы чрезвычайно большой интенсивности. Начиная с 1924 г., Свед-бергом построен целый ряд все более совершенствующихся моделей У. Первая У. была построена со следующими показателями: центробежная сила превосходила в 5 000 раз силу земного тяготения, число оборотов равнялось 10 000 в минуту. Модель, построенная в 1934 г., развивает центробежную силу, равную 900 000 земных тяготений, делая 145 000 оборотов в минуту, при радиусе 36 мм и высоте слоя жидкости 8 мм. В наст, время в Упсале выработаны два стандартных типа У. Первый тип обнимает инструменты с центробежной силой, равной от 5 000 до 15 000 сил земных тяготений; второй тип—инструменты с центробежной силой от 15 000 до 900 000 земных тяготений (осуществляется модель с центробежной силой, равной 1 000 000 сил земных тяготений). Первый тип снабжен вертикальным ротором. Второй — горизонтальным, вращающимся для уменьшения трения в атмосфере водорода при пониженном давлении последнего. С помощью У. можно производить два рода измерений, приводящих к определению молекулярного веса и других молекулярных величин. 1) Метод наблюдения равновесия седиментации (Sedimentations - Gleichgewichtsme-thode) заключается в том, что наблюдается конечное распределение концентраций на различных высотах жидкости, наступившее в результате действия центробежной силы на первоначально гомогенную систему. Это состояние устанавливается тогда, когда наступает равновесие между скоростью седиментации, с одной стороны, и диффузии—с другой. Если теперь измерить две концентрации С_г и С₃ в слоях жидкости, находящихся на расстоянии а?! и х₂ от оси вращения, то можно вычислить молекулярный вес М по следующей формуле: М=- 2ДТ-1П Vc где R—газовая константа, Т—абсолютная t°, V—парциальный уд. объем растворенного вещества, д—плотность растворителя, со—угловая скорость. 2) Метод наблюдения скорости седиментации; в этом случае производятся снимки через равные промежутки времени (напр. 3 мин.). По изменению концентрации, обнаружившемуся на снимках в различных слоях жидкости, судят о скорости осаждения частиц. Эта скорость, отнесенная к единице силы центробежного поля, называется константой седиментации, величина к-рой -при определенной t° и определенном растворителе представляется характерной для каждого рода молекул и является интересной как сама по себе, так и тем, что может служить, если известна константа диффузии, для вычисления молекулярного веса и других молекулярных величин. Область применения У. чрезвычайно велика; с помощью этих инструментов можно производить: 1) определение молекулярного веса высокомолекулярных веществ с небольшой плот- ностью и низкомолекулярных—с высокой плотностью. 2) Обнаружение однородности или неоднородности (полидисперсности) частиц высокодисперсных коллоидных растворов и проведение молекулярного весового анализа смеси. 3) С помощью определения константы седиментации часто возможно прослеживать тончайшие реакции аггрегации или диссоциации • в биолог, средах. 4) Комбинацией измерения равновесия и скорости седиментации можно получить нек-рые заключения относительно внешнего вида молекул, именно—охарактеризовать, насколько форма молекул отличается от сферической. 5) Далее можно определить частоту распределения частиц в высокодисперсных коллоидах. До сих пор были изучены следующие классы веществ: белки, полисахариды, полистиролы, красящие вещества и другие синтетические высокомолекулярные органические вещества, как и нек-рые неорганические коллоиды и неорганические соли. Упомянем главнейшие полученные в этом отношении результаты в виду их важности для биологии и медицины. Оказалось, что натуральные белки, в противоположность синтетическим коллоидам, необычайно гомогенны. Так напр. раствор НЪ человеческой крови (мол. вес 69 000) оказывается в высокой степени гомогенным; далее установлено, что молекулярная гомогенность белка (особенно белков с большим молекулярным весом) не сохраняется неизменной при всех рН. Каждый белок имеет свою хорошо определяемую область рН, в пределах к-рой он остается гомогенным. При переходе рН за границы области устойчивости наступает распад молекул на меньшие частицы или, наоборот, аггрегация их в большие. Этот процесс распада обратим. Во многих случаях вблизи границы устойчивости сосуществуют один или несколько продуктов диссоциации (молек. вес к-рых тоже можно определить) рядом с неизмененными молекулами взятого вещества. Интересно, что различные белки и продукты их диссоциации имеют для молекулярных весов повторяющиеся и весьма немногочисленные цифры и именно кратные числу 34 500. Так, Сведберг мог расположить белки в ряд по принципу увеличивающегося молекулярного веса по' следующим классам: 1, 2, 3, 4, 6, 12, 24, 48, 96, 192 раз кратные 34 500. Единичный молекулярный вес имеет яичный альбумин, инсулин, пепсин; ко второму классу принадлежит сывороточный альбумин и гемоглобин. Из углеводов изучались с помощью У. целдюлеза и крахмал. Для натив-ной целлюлезы найдено приблизительное значение веса частицы—300 000. Растворы крахмала оказались неоднородными и, смотря по приготовлению, показывали различный частичный вес. В заключение следует упомянуть, что недавно в Упсале были исследованы в У. растворы нек-рых неорганических солей. В большинстве исследованных до сих пор слу-* чаев (CsJ, KJ0₃, T1N0₃, HgCl₂) найденные молекулярные веса хорошо совпадают с вычисленными из хим. формулы (средняя ошибка 10%). Быстрое совершенствование У. делает вероятным, что удастся распространить этот новый вид анализа также и на растворенные вещества с небольшим молекулярным весом. Лит.: Сведберг Т., Ультрацентрифуга, Успехи химии, т. IV, вып. 4, 1935.                               Г. Дервиз.