Руководство по капилярному электрофорезу - Энгельгард Х.
Скачать (прямая ссылка):
Перспективны элементоорганические соединения, содержащие тяжелые атомы. Для них высокая плотность раствора может быть обеспечена при умеренной концентрации. Именно на этом пути был найден и успешно использован для равновесного центрифугирования описанный выше метризамид.
Другой подход связан с использованием концентрированных растворов солей. Они могут быть весьма плотными, не внося существенных изменений в вязкость среды. NaCl и КС1 не годятся для этой цели, так как составляющие их элементы принадлежат к числу относительно легких и не могут обеспечить необходимой плотности растворов. Но уже Nal и KI отвечают поставленной задаче, также как CsCl, Cs2S04 и некоторые другие (в том числе и органические) соли цезия и рубидия. Малая вязкость растворов солей имеет и отрицательную сторону: она настолько облегчает их собственную диффузию, что рассчитывать на сохранность в течение длительного времени искусственно сформированного градиента плотности не приходится. Зато при достаточно больших скоростях вращения ротора сами молекулы этих солей оседают под действием центробежной силы, создавая градиент плотности, нарастающий от мениска ко дну пробирки. Формированию такого градиента противодействует диффузия, идущая от более концентрированных слоев раствора к менее концентрированным. При достаточной продолжительности центрифугирования оба процесса приходят в равновесие и устанавливается стабильный для данной скорости вращения градиент плотности солевого раствора. Если начальную плотность раствора соли обозначить р0, то после сформирования градиента плотность раствора у дна пробирки будет больше р0, а у мениска — меньше р0.
Профиль равновесного градиента для раствора любой из солей определяется конкретными параметрами данного эксперимента: начальной плотностью раствора, скоростью вращения ротора, геометрией ротора и пробирок. Равновесный градиент не будет линейным, так как центробежное ускорение увеличивается пропорционально радиусу вращения. Теория показывает, что крутизна градиента плотности солевого раствора в любой его точке, отстоящей на расстояние г от оси вращения ротора, прямо пропорциональна центробежному ускорению: dp/dr=<й2г/р0.
Как видно из табл. 3, значение коэффициента (J0 зависит от природы соли и начальной плотности ее раствора [Birnie, 1978]. Из сопоставления таблицы и формулы следует, что наиболее крутой градиент образуют растворы Cs2SO*. Крутизна градиентов в растворах CsCI при тех же условиях примерно в
2 раза меньше. Растворы KI и Nal образуют еще более пологие градиенты плотности. Крутизна градиентов повышается с уве-
Таблица 3. Значение коэффициента Р0 (х 10~*) для растворов некоторых солей
Р0 при 25е, Соль
CsCI Csj SO| RbCl KI Nal
1,05 7,90 8,70
1,10 --- --- --- 4,28 5,10
1,15 --- --- --- 3,44 3,80
1,20 2,04 1,06 3,42 2,55 3,19
1,25 --- --- 2;21 2,86
1,30 1,55 0,76 2,76 1,96 2,82
1,40 1,33 0,67 2,25 1,73 ---
1,50 1,22 0,64 --- --- ---
1,60 1,17 0,66 --- --- ---
1,70 1,14 0,69 --- --- ---
1,80 1,12 0,74 --- --- ---
1,90 1,12 --- --- --- ---
личением начальной плотности любого из этих растворов. Для растворов Cs2S04 это справедливо только до значения р== = 1,5 г/см3, но более высокие концентрации растворов данной соли и не используются (см. ниже).
Крутизна градиента пропорциональна квадрату числа оборотов ротора. Как уже отмечалось, чрезмерная крутизна градиента может приводить к такому сближению соседних полос фракционируемой смеси частиц, что их раздельное извлечение после окончания центрифугирования станет затруднительным. Поэтому в большинстве случаев равновесное центрифугирование ведут не при максимальной скорости вращения ротора, хотя при этом и увеличивается продолжительность опыта.
Наконец, из формулы видно, что крутизна градиента нарастает в направлении от мениска ко дну пробирки. Это обстоятельство также полезно учитывать при планировании эксперимента.
Выражение для dp/d г легко интегрируется, позволяя получить формулу для расчета абсолютной величины разности плотностей у дна пробирки (рмакс) и на мениске (р„нв) после установления равновесного градиента плотности при данной угловой скорости вращения ротора (и):
„ _ 0)1 ('мако “ гмин)
— Рмако *” Рмин в ол--------
Природа солевого раствора и его начальная концентрация^ здесь учитываются коэффициентом (30. геометрия ротора — величина-
ми гманс и гмин.
Ввиду нелинейности градиента точка с плотностью раствора, равной начальной (р0), окажется не на середине длины градиента, а несколько ближе ко дну пробирки. Практически это обстоятельство учитывают следующим образом: выбирают такую начальную плотность раствора соли, чтобы она была несколько больше плавучей плотности тех частиц (макромолекул), полосы которых желательно получить на середине пробирки.
Координату (радиус г0) точки с плотностью, равной начальной плотности р0, можно найти из соотношения
