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样品沉降速度影响因素的研究

    近几十年来,世界离心机技术发展速度迅速,从最初的手摇离心机到低速离心机,再到高速、超高速离心机。体形从小到大,精度从粗到精,功能也不断完善,现在的大多数离心机都带冷冻、实时控速、人性化等特点。应用从实验室到工业、医学、生物学等,发挥的作用也越来越大,是人们生活和科研领域不可缺少的设备或机器。离心机可以通过转速控制,以及离心方法选择可以对密度、体积以及外观有差别的颗粒进行沉降或者分离,其可以对不同悬浮于溶液中的不同物质或者颗粒、组分进行分离。样品离心沉降速度影响因素研究是生物研究的课题之一。


    在前面的文章中有提到关于影响样品离心沉降速度的因素介绍中有提到,离心沉降速度与牵擦力、浮力以及相对离心力有关。另外离心样品沉降速度影响因素还有和以下因素有关:


    1.样品浓度:一直以来,生物科研单位、实验室等场所利用离心机对样品进行离心分离实验操作时,不同样品浓度对沉降速率产生着不同的影响。虽然仍没有具体的理论、或者原理的建立来论证浓度对沉降速率的具体影响,但是通过科学家Jullander的实践过程中发现了沉降速度随着样品浓度增加而增加。


    2.离心转速:产生影响的程度需要以两种情况为前提:样品浓度要较大且产生分子的聚合以及离心机转速够高使得样品沉降系数降低。


    3.颗粒携带电荷:生物大分子在溶液中呈离子状态。如果对样品进行离心分离时中性离子的沉降系数比大分子的值小得多,平衡离子沉降速度慢,离子化的大分子沉降得快。降低离子强度可以减少颗粒携带电荷对沉降速度的影响。


    4.Johnston-Ogston效应:如果样品组分比较多、而且达到一定浓度时,离心过程中分子间就会彼此干扰。浓度依赖性大的分子沉降时需经过溶液中移动较慢的分子,在浓度较高的情况下,沉降快的分子便会受阻,致使它们的沉降速度与沉降慢的分子一样,人们通常被种情况下的假象所迷惑,这种多组分样品视为均质性样品,这就是Johnston-Ogston效应。组分过多以及浓度太大会影响沉降速度。


    5.径向稀释:在离心实验过程中如果使用离心杯,然而离心杯的核心组件是分析池,其为扇形结构,离心时界面向池底沉降过程中会导致在池子坪区范围内浓度下降,影响沉降速度。如进行精确的实验就需要对其数据进行处理,表明径向稀释影响大小。多组分样品由于Johnston-Ogston,这种效应径向稀释更复杂。


    样品均质性和多分散性的界面分析,在沉降速度实验中,界面形状受多个因素制约:


    1.扩散作用使得形成的界面模糊,扩散越强,界面越不清晰。这种情况下要对样品离心转速选择要求高,我们只有通过控制离心机转速来减少这种影响。


    2.多分散体系样品离心是沉降快的组分逐步从沉降慢的组分中分离出来,使得界面变宽。


    3.界面溶剂一侧浓度远低于溶液侧,扩散作用,落在后面的分子会处于低浓度区域,它们的沉降速度会增大,直到回到界面。而界面移动速度慢于低浓度的分子的移动速度会产生界面的自我锐化。这就是浓度效应。


    4.当样品溶液中组分存在多个大分子时,Johnston-Ogston效应使得界面变形。