沉降距泌仪

沉降离心机沉降系数： 1、沉降系数 （sedimentation coefficient，s）根据1924年Svedberg（离心法创始人--瑞典蛋白质化学家）对沉降系数下的定义：颗粒在单位离心力场中粒子移动的速度。沉降系数是以时间表示的。 用离心法时，大分子沉降速度的量度，等于每单位离心场的速度。或s=v/ω2r。s是沉降系数，ω是离心转子的角速度（弧度/秒），r是到旋转中心的距离，v是沉降速度。沉降系数以每单位重力的沉降时间表示，并且通常为1～200×10^-13秒范围，10^-13这个因子叫做沉降单位S，即1S=10^-13秒.2、基本原理 物体围绕中心轴旋转时会受到离心力F的作用。当物体的质量为 M、体积为V、密度为D、旋转半径为r、角速度为ω（弧度数/秒）时，可得： F=Mω2r 或者 F=V.D.ω2r （1） 上述表明：被离心物质所受到的离心力与该物质的质量、体积、密度、离心角速度以及旋转半径呈正比关系。离心力越大，被离心物质沉降得越快。 在离心过程中，被离心物质还要克服浮力和摩擦力的阻碍作用。浮力F｝和摩擦力F｝｝分别由下式表示： F’=V.D’.ω2r （2） F’’=f dr/dt （3） 其中D｝为溶液密度，f为摩擦系数，dr/dt为沉降速度（单位时间内旋转半径的改变）。 基本原理 在一定条件下，可有 ： F=F’+F’’ V.D. ω2r =V.D’ω2r + f. dr/dt dr/dt =Vω2r (D-D’)/f (4) 式(4)表明，沉降速度与被离心物质的体积、密度差呈正比，与f成反比。若以S表示单位力场（ω2r=1）下的沉降速度，则 S=V(D-D’)/f 。S即为沉降系数。 http://www.centrifuges.com.cn/news02.htm

离心机沉降系数测定沉降系数测定是分析离心机最主要的用途。通常只需要几十毫克甚至几十微克样品，配制成1~2毫升溶液，装入分析池，以几小时的分析离心，就可以获得一系列的样品离心沉降图。根据沉降图可以作样品所含组分的定性分析，亦可以测定各组分的沉降系数和估计分子大小，作样品纯度检定和不均一性测定，以组分的相对含量测定。1.原理　　沉降系数的测定原理就是在恒定的离心力场下测定样品颗粒的沉降速度。因为样品颗粒很小，不能直接看到它们的沉降运动，所以把离心时样品颗粒的界面移动速度看作是样品颗粒的平均沉降速度。通常使用Schlieren和吸收光学系统来记录界面沉降图。在沉降图中样品界面一般表现为一个对称的峰，峰的最高点代表界面位置。通常沉降系数测量精度为±2%,但是如果面界图型表现为不对称峰型，或希望沉降系数测量精度达到±1%或更小的情况时，按峰的最高点作为界面位置就不够了这时应该使用二阶距法计算界面位置。2.沉降系数测定实例⑴样品：牛血清白蛋白⑵样品溶液与离心：按0.6%浓度将牛血清白蛋白溶于0.14M NaCl、0.01M磷酸缓冲液中，pH7.0。用12mm厚双槽分析池，一边加入溶液一边加入溶剂，约各0.3ml。分析池与平衡池平衡重量，使平衡池比分析池轻0.5g以内，然后分别装入分析转头。分析转头装于分析离心为什么，关转动腔，抽真空。开 Schlieren光光源，选择工作速度一60000转/分，离心室温。转动腔达到真空后离以机开始运转加速，此时在观察窗口可以看到离心图型。达到工作速度后即为恒速离心。待看到样品峰的尖端后即可以6分钟间隔照相，共照6张。照完相即可关机，取出样品液，清理转头和分析池。照相用强反差显影冲洗后即得Schlieren光路沉降图形照片。⑶沉降图象测量：Schlieren沉降图可以用比长仪，读数显微镜，或投影仪测量。要求测量的横向量程为6cm，测量精度应优于10μm。通常读数显微镜已能满足要求。投影仪可以使图象放大于屏幕上，读测比较容易，眼睛不易疲劳。测量时把沉降图象的底片放于测量仪器上，使液面的垂直线与测量仪中的垂直线重合，然后用十字标线依次测量内参孔，液面，界面峰尖，和外参考孔的位置，每个图象至少读测三次，取平均值。依次把每个图象依同样方法测量，把数据列成表。照相号x1(mm) x2(mm) x3(mm) x4(mm) (x3-x1)/a log1 45.426 37.626 33.807 13.810 0.6125 0.79672 45.640 37.830 33.351 13.420 0.6485 0.79923 45.890 38.070 32.895 13.663 0.6854 0.80174 45.733 37.921 32.163 13.523 0.7161 0.80395 45.802 38.000 31.580 13.593 0.7507 0.80626 46.009 38.211 31.172 13.800 0.7830 0.8084(4)沉降系数S的计算：沉降图测量完，先检查每一张图和第六张图的x2-x1值，二张图的x2-x1值的差应该小于界面峰位置的测量误差。实测x2-x1的差值为0.002，说明液面在离心30分钟内变动为 0.002mm。界面峰在30分钟内移动距离是第六号图的x1-x3减第一号图的x1-x3，是3.208mm,其峰位测量意味着允许为0.03。可内陆液面变动0.002mm远小于峰位测量误差0.03mm，说明离心时没有发生漏液。　　按a=(x4-x1)/1.7求算光路对分析池的放大倍数，然后按(x3-x1)/a求算界面峰离开内参考孔的实际距离，再按x=5.65+(x3-x1)/a求算界面峰离开旋转中心的实际距离，再由对数表求算logx植，计算数据亦列于表5中。3.离心图象的分析　　当离心刚开始时如果见到有快速沉降的

沉降分析的几个实际问题 （中国颗粒学会颗粒测试专业委员会理事长 胡荣泽） 一﹑沉降常数的确定　　沉降分析粒度时，需要预先确定颗粒密度，沉降介质的粘度系数和密度等沉降常数。目前，有关固体材料的密度有三种说法：　　①表观密度。对颗粒物质而言，有松装密度和摇实密度等称呼。　　②有效密度。由固体浸入介质中排开介质的排出量测定密度，对有孔材料，这样测量的单位体积的质量，称为有效密度。　　③真密度。　　沉降分析中所说的颗粒密度，对有孔材料，它指的是有效密度。当颗粒致密时，可以应用颗粒材料的真密度。 　　沉降分析中还要知道沉降介质的密度，它可由比重计直接测量之。沉降介质的粘度系数，最简单的办法是用恩格勒粘度计测量。恩格勒粘度计测量得到的数值称恩格勒度,即20℃时,用200毫升水,流经粘度计小孔所需时间,和所测介质在同一温度下使用同样体积（200毫升）流经小孔所需时间之比值。把恩格勒度E0 代入下面的经验公式, 即可求出该介质的粘度系数：η=0.01 E0 7.6[1-1/ ( E0 )3] ρ0 式中，ρ0是测量温度下介质密度。二﹑分散技术　　在粒度分析技术中，如何将颗粒分散是个重要问题，这在沉降分析时尤其突出。沉降时，若颗粒是团聚的或颗粒溶解于介质，就会得到错误的结果。但也不能说，颗粒越分散越好，还要看颗粒工艺的具体情况。　　与颗粒分散有关的因素有：沉降介质﹑分散剂﹑分散方法和悬浮液的颗粒浓度。所谓沉降介质是指用于分散颗粒的流体。它可以是液体，也可以是气体，不过后者不常用，分散性能也不好。因此，我们只讨论液体作为沉降介质的情况。　　首先，使用的沉降介质，应能将样品很好浸润。化学上，常把易被水（或油）浸润的物质称为亲水（或油）性物质；把难以被水（或油）浸润的物质称为疏水（或油）性物质。金属一般是亲油的，而玻璃和方解石是亲水的。其次，要求沉降介质与测定的颗粒不发生溶解，也不会使颗粒膨胀。第三，为了不带入外来杂质，应当使用高纯度的沉降介质。如使用有机介质时，如果样品或介质内有微量的水，会促使颗粒团聚而难以分散，所以样品应注意脱水，要预先烘干。　　常用的沉降介质有： 水﹑水+甘油﹑ 无水酒精﹑无水酒精+甘油。这里，甘油是增粘剂，以使颗粒在介质中具有适当的沉降速度。除了甘油，也有用植物油﹑蔗糖浆作增粘剂的。加入增粘剂时，应注意搅拌均匀，并且搅拌时气泡能够逸出。　　但很多样品，除非加入分散剂，否则在沉降介质中颗粒不能充分地分散。这是由于颗粒和液体间相互作用所致，添加少量分散剂，可改变颗粒表面与液体间的亲和性。例如，颗粒在水中分散时，很大程度上取决于颗粒表面吸附离子的水合程度，离子水合程度的有亲介质序列是：CsRbLiKNa，BaBrCaMg。加入适量的电解质作分散剂，如六偏磷酸钠，有助于水合作用，即颗粒表面吸附电解质的正离子或负离子，使颗粒间互相排斥，当排斥力大于颗粒间的范氏引力时，使颗粒保持良好的分散状态。　　常用的分散剂有：六偏磷酸钠﹑焦磷酸钠﹑氨水﹑水玻璃﹑氯化钠等。分散剂浓度为0.005～0.05%（重量）就可。　　颗粒物质容易团聚，特别是细粉。团聚颗粒，即团粒，含有两个以上的颗粒。 每个团粒具有不同程度的结合强度， 要把它分离为各个单个颗粒， 就必须施加外力。 除了分散介质 （沉降介质和分散剂）的分散作用（即浸润毛细管力尖劈作用表面活化），还必须辅以其它分散技术，即：简单的摇动和搅拌，悬浮液在真空中脱气，或煮沸，用球磨机或研钵将悬浮液研磨，超声分散。在实际工作中，常常将上述分散方法结合起来使用。　　选择合适的悬浮液浓度，也是颗粒分散的一个重要因素。实际配制悬浮液，颗粒浓度不宜太高，如对光透过法，百分浓度一般以0.02～0.1%为好，其它沉降方法的百分浓度约在0.1～3%范围内。　　为了判断各种分散技术的分散效果和各个分散因素的影响，有必要进行分散性试验，试验方法有：①显微镜观察，这是确定分散程度的最简单办法；②流变试验，流变行为是牛顿型的，分散良好。否则分散不良。似固体，如形变时屈服点﹑显示膨胀性等；③测量沉降颗粒体积。沉降体积越小，分散越好。三﹑重力沉降的临界颗粒直径　　1﹑达到等速运动的时间　　在重力作用下，悬浮在介质中颗粒的运动方程由牛顿第二定律得到：　　式中，和分别为颗粒和由颗粒所排开的介质的质量；为颗粒作沉降运动的加速度；是沉降介质对颗粒运动的阻力；是重力加速度。　　在层流域，球状颗粒在介质中作等速运动情况，斯托克斯导出的阻力公式是：　　式中，是颗粒直径；是介质粘度系数。　　再设介质密度为，颗粒密度为，则式（2）应是：　　式（4）积分之，得：　　或写作：　　式中，。显然，速度随时间增加而很快地接近定值。当时，，我们视为等速运动。则可就如下实验条件：，对不同尺寸的颗粒可求出其达到等速运动的时间﹑平衡速度，以及平衡前沉降的距离。具体数值见表1。　　2﹑临界雷纳数　　雷纳数定义为：　　通常设为应用斯托克斯公式（3）的临界雷纳数，在颗粒运动等速情况，即，式（4）变为：由式（7）和（8），可求出应用斯托克斯公式的临界颗粒直径：　　3﹑布朗运动　　当颗粒非常小时，单个介质分子的碰撞作用会使颗粒作无序运动。这就影响到在外力作用下，颗粒在介质中的定向运动。布朗运动的位移量由下面公式表达：　　式中，为给定方向时间所作的线性位移量的统计平均值，是气体常数，是绝对温度，是阿佛加德罗常数，是由介质不连续性所引入的修正系数。　　表2比较了不同大小的颗粒在重力沉降时，1秒钟内由重力作用所引起的位移量和由布朗运动所引起的位移量。计算时，设颗粒为球状，其密度2克/厘米3，沉降温度21。　　可见，对密度为2克/厘米3的球状颗粒，在水中重力沉降时，甚至对大于1微米的颗粒，其布朗运动引起的位移量已超过重力作用的位移量。　　4﹑光散射　　和沉降天平法累计技术不同，光透法属于增量分析方法。测量速度比较快，悬浮液用量也少。由于配合使用离心沉降，是测量的最细颗粒度小到0.1微米。　　但是，应该指出，对于0.1-5微米的细颗粒，粒度已同可见光波长相当，必然发生光散射现象。从而，光被颗粒阻截就不仅和颗粒投影面积有关，消光系数随粒度变化很大。　　国外对这个问题研究不够，我国对此问题相当重视。消光系数的理论值为：　　式中，为相应系数。　　这时粒度累积百分数计算应计入消光系数影响：式中，是光密度。　　图1示意了消光系数随粒度变化的理论曲线，它与实验结果基本一致。