8.4.5. Равновесное ультрацентрифугирование

При равновесном ультрацентрифугировании используют ускорения порядка (10³ 10⁴) . При установлении равновесия частицы располагаются в виде полосы, ширина которой определяется соотношением процессов седиментации и диффузии. Распределение концентрации вещества в полосе описывается симметричной гауссовой кривой. Количество вещества, переносимого через единицу сечения кюветы, равно . Обратный поток вещества вследствие диффузии равен . В условиях равновесия

; ;

; .

Интегрируя от до и от до , получим

;

,

где и - равновесные концентрации на расстояниях и от оси вращения.

Равновесное ультрацентрифугирование является абсолютным методом определения масс частиц и макромолекул. Значения масс вычисляются лишь из разности концентраций на расстоянии и от оси вращения. При работе методом равновесного ультрацентрифугирования необходимо проводить ультрацентрифугирование длительное время.

Равновесное ультрацентрифугирование связано с термодинамической седиментационной устойчивостью, (ТСУ) измеряемой гипсометрической высотой , т.е. высотой, при которой концентрация дисперсной фазы изменяется в раз. ТСУ не зависит от вязкости и увеличивается с повышением температуры, т.к. усиливается тепловое движение.

8.5. Контрольные вопросы

1. Броуновское движение, его причины и общенаучное значение.

2. Как с помощью броуновского движения доказывается статистический характер второго закона термодинамики?

3. Основной постулат теории броуновского движения. Броуновское движение как причина диффузии.

4. Вывод уравнения Эйнштейна - Смолуховского.

5. Что характеризует первый закон Фика? Напишите выражение для этого закона. Что такое коэффициент диффузии, поток диффузии?

6. Что характеризует второй закон Фика? Напишите выражение для этого закона.

7. Напишите выражение для неравновесной концентрации в полубесконечном теле.

8. Дайте определение диффузии.

9. Дайте определение массопроницаемости.

10. Что такое диффузионной и фазовый механизм переноса?

11. Что такое поток Кнудсена и ламинарный поток Пуайзеля?

12. Седиментационное уравнение незаряженной частицы.

13. Ультрацентрифуга. Определение массы частицы методом скоростной седиментации.

14. Можно ли разделить седиментационными методами смесь альбумина и гемоглобина?

15. Определение массы частицы методом седиментационного равновесия.

16. Седиментационный анализ порошков. Построение кривых распределения.

IX. Оптические свойства коллоидных систем.

Знание оптических свойств коллоидных систем важно потому, что они позволяют изучить размер, форму, строение коллоидных частиц и взаимодействие между ними. Оптические свойства неразрывно связаны с молекулярно-кинетическими свойствами: диффузией, седиментацией, броуновским движением.

9.1. Явления, наблюдаемые при взаимодействии видимого света с веществом.

При рассмотрении оптических свойств необходимо вспомнить основные явления и закономерности, наблюдаемые при взаимодействии света с коллоидными частицами. Преобладание того или иного явления зависит от оптических свойств частицы и от соотношения между размером частицы и длиной волны света. Если размер частицы много меньше длины волны света , то свет может проходить через среду без изменений своего направления и интенсивности, то есть . Такое положение наблюдается в оптически однородной среде. Под оптической однородностью понимают одинаковое значение коэффициента преломления в разных точках среды. Существует только одна оптически однородная среда – вакуум. Все остальные среды оптически неоднородны. В оптически неоднородной среде часть света, проходящего через среду, поглощается. При этом может происходить селективное поглощение некоторых длин волн, тогда наблюдается окраска. Вследствие поглощения интенсивность проходящего пучка ослаблена по сравнению с первичным пучком, то есть . В грубодисперсных системах, для которых выполняется условие , существует граница между двумя однородными средами и наблюдаются явления преломления и отражения света. Для коллоидных систем большое значение имеет рассеяние света по Рэлею.