2015-10-22
3058
http://mash-xxl.info/info/20755/
6. Движение в потоке деформируемых частиц (капель и пузырей). Условия дробления этих частиц несущим потоком.
7. Движение частицы в стесненном потоке, а также вблизи поверхностей осаждения. Соударение частиц движущихся в газовом потоке со стенкой.
8. Адгезия частиц к поверхности осаждения и друг к другу.
Адгезия обеспечивает между двумя телами соединение определенной прочности благодаря физическим и химическим межмолекулярным силам. Таким образом, адгезия — работа по разрыву адсорбционных сил с образованием новой поверхности в 1 м2.
Изменение энергии Гиббса системы в процессе адгезии:
Оно отражает закон сохранения энергии при адгезии. Из него следует, что работа адгезии тем больше, чем больше поверхностные натяжения исходных компонентов и чем меньше конечное межфазное натяжение.
Отсюда вытекает количественная характеристика смачивания как косинус краевого угла смачивания
Чем меньше краевой угол смачивания и, соответственно, чем больше косинус фи, тем лучше смачивание.
Если косинус фи > 0, то поверхность хорошо смачивается этой жидкостью, если косинус фи < 0, то жидкость плохо смачивает это тело.
Если 0 < косинус фи < 90, то поверхность гидрофильная, если краевой угол смачиваемости больше 90, то поверхность гидрофобная. Удобная для расчета величины адгезии формула получается в результате сочетания формулы Дюпре и закона Юнга:
9. Особенности определения скорости седиментации для частиц находящихся в жидкости.
10. Седиментация частиц в центробежном поле: природа и описание сил действующих на частицу.
Осаждение в поле центробежных сил применяют для ускорения процесса разделения суспензий, эмульсий и дымов.
Для осуществления этого процесса к осаждаемым частицам необходимо приложить центробежные силы, что достигается введением разделяемого потока в поле центробежных сил.
Для создания поля центробежных сил в технике используют два приема:
1) обеспечивают вращательное движение потока жидкости (газа) в неподвижном аппарате; 2) поток направляют во вращающийся аппарат, где перерабатываемые продукты вращаются вместе с аппаратом. В первом случае происходит циклонный процесс, во втором – осадительное (отстойное) центрифугирование.
Сущность процесса осаждения под действием центробежной силы заключается в том, что во вращающемся потоке на взвешенную частицу действует центробежная сила, направляющая ее к периферии от центра по радиусу со скоростью, равной скорости осаждения.
Первый член уравнения связан с ускорения сепарационного движения и может быть равен нулю только при постоянной скорости, что как правило, невозможно. Второй член уравнения представляет собой центробежную силу. Второй член представляет собой центробежную силу. Вектор, представленный третьим членом уравнения, всегда совпадает по направлению со скоростью — он представляет собой реакцию частицы, переходящей во всё более замедленные слои. Четвертый член представляет собой силу Кориолиса.
11. Осаждение частиц при центрифугировании.
Центрифугирование. Принцип метода. Разделение веществ с помощью центрифугирования основано на разном поведении частиц в центробежном поле. Суспензию частиц, помещённую в пробирку, загружают в ротор, установленный на валу привода центрифуги. В центробежном поле частицы, имеющие разную плотность, форму и размеры, осаждаются с разной скоростью. Скорость седиментации зависит от центробежного ускорения(G), прямо пропорционального угловой скорости ротора (ω, в рад*с-1) и расстоянию между осью вращения и частицей (r, в см): G=ω2 r. Препаративное центрифугирование. Препаративное центрифугирование заключается в выделении биологического материала для последующих биохимических исследований. При этом можно брать большие количества исходного биологического материала, например по- севы микробных клеток из периодических и непрерывных культур, а также по- севы растительных и животных клеток из культур ткани и плазмы крови. С по- мощью препаративного центрифугирования выделяют большое количество кле- точных частиц для изучения их морфологии, структуры и биологической актив- ности. Методы применяются также для выделения таких биологических моле- кул, как ДНК и белки из предварительно очищенных препаратов. Дифференциальное центрифугирование. Этот метод основан на различиях в скорости седиментации частиц, отличаю- щихся друг от друга размерами и плотностью. Различный материал, например, гомогенат ткани, центрифугируют при ступенчатом увеличении центробежного ускорения, которое выбирается так, чтобы на каждом этапе на дно пробирки осаждалась определённая фракция. В конце каждой стадии осадок отделяют от надосадочной жидкости и несколько раз промывают, чтобы в конечном итоге получить чистую осадочную фракцию. К сожалению, получить абсолютно чи- стый осадок практически невозможно. В начале все частицы гомогената распределены по объёму центрифужной про- бирки равномерно, поэтому получить чистые препараты осадков самых слож- ных частиц за один цикл центрифугирования невозможно: первый образовав- шийся осадок содержит в основном тяжёлый частицы, но, кроме этого, также некоторое количество исходных компонентов. Получить достаточно чистый препарат тяжёлых частиц можно лишь при повторном суспендировании и цен- трифугировании исходного осадка. Дальнейшее центрифугирование суперна- танта при последующем увеличении центробежного ускорения приводит к се- диментации частиц средних размеров и плотности, а затем и к осаждению самых мелких частиц, имеющих меньшую плотность. Рис.1. Дифференциальное центрифугирование суспензии частиц в центробежном поле. Дифференциальное центрифугирование является самым распространённым ме- тодом выделения клеточных органелл из гомогенатов тканей. Наиболее успешно применяется для разделения клеточных органелл, которые значительно отлича- ются друг от друга по размерам и плотности. Но и в этом случае получаемые фракции не бывают абсолютно гомогенными, и для их дальнейшего разделения применяют другие методы, основанные на различиях в плотности органелл, обеспечивающие более эффективное разделение благодаря тому, что центрифу- гирование осуществляют в растворах с непрерывным и ступенчатым градиентом плотности. Минусом методов является то, что приходится тратить время на по- лучение градиента плотности раствора. Зонально-скоростное центрифугирование. Этот метод, называемый ещё s-зональным центрифугированием, заключается в наслаивании исследуемого образца на поверхность раствора с непрерывным градиентом плотности. Затем образец центрифугируют до тех пор, пока частицы не распределятся вдоль градиента в виде дискретных зон или полос. Благодаря созданию градиента плотности удаётся избежать смешивания зон, возникающе- го в результате конвекции. Этот метод применяется для разделения гибридов РНК-ДНК, субъединиц рибосом и других клеточных компонентов. Рис.2. Скоростное и изопикническое разделение частиц в градиенте плотности. Изопикническое центрифугирование. Изопикническое разделение проводят как в градиенте плотности, так и обычным путём. Если центрифугирование проводится не в градиенте плотности, препарат сначала центрифугируют так, чтобы осели частицы, молекулярный вес которых больше, чем у исследуемых частиц. Они отбрасываются, и образец суспендиру- ется в среде, плотность которой такая же, как и у фракции, которую хотят выде- лить, а затем центрифугируют до тех пор, пока исследуемые частицы не осядут на дно пробирки, а частицы меньшей плотности не всплывут на поверхность жидкости. Другой способ заключается в наслаивании образца на поверхность раствора с непрерывным градиентом плотности, охватывающим диапазон плотностей всех компонентов смеси. Центрифугирование проводят до тех пор, пока плавучая плотность частиц не сравняется с плотностью соответствующих зон, т.е. пока не произойдёт разделение частиц по зонам. Метод получил название зонально- изопикнического, или ρв-зонального центрифугирования, так как основным мо- ментом здесь является плавучая плотность, а не размеры или форма частиц. На величину плотности, при которой частицы образуют изопикнические полосы, влияет природы среды суспендирования. Частицы могут быть проницаемы для одних соединений, находящихся в растворе и не проницаемы для других или же присоединять молекулы раствора. Плотность субклеточных органелл также за- висит от избирательного поглощения ими определённых соединений. Равновесное центрифугирование в градиенте плотности. Для создания градиента плотности используют соли тяжёлых металлов, напри- мер, рубидия или цезия, а также растворы сахарозы. Образец, например, ДНК, смешивают с концентрированным раствором хлористого цезия. И растворённое вещество (ДНК), и растворитель сначала распределяют по всему объёму равно- мерно. В ходе центрифугирования устанавливается равновесное распределение концентрации, а, следовательно, и плотности CsCl, так как ионы цезия обладают большой массой. Под действием центробежного ускорения молекулы ДНК рас- пределяются, собираясь в виде отдельной зоны в части пробирки с соответству- ющей им плотностью. Метод применяется главным образом в аналитическом центрифугировании, и был использован Нельсоном и Сталем для изучения ме- ханизма репликации ДНК E.coli. равновесное центрифугирование в градиенте плотности является также методом разделения и изучения липопротеидов плаз- мы крови человека.
