Кто впервые предложил использовать ультрацентрифугу для определения размера коллоидных частиц, и кто использовал эту идею для разработки конструкций ультрацентрифуг?

Как можно заставить коллоидные частицы оседать быстрее?

Грубодисперсные системы (например, пыль или суспензия песка в воде) седиментационно неустойчивы, поскольку их частицы тяжелы и практически не могут осуществлять теплового (броуновского) движения. (Вспомните, каков предельный размер частиц, способных участвовать в броуновском движении.) Наоборот, высокодисперсные системы (газы, истинные растворы) обладают высокой кинетической устойчивостью, т. к. им свойственно тепловое движение и способность к диффузии. Коллоидные системы (аэрозоли, лиозоли) по устойчивости занимают промежуточное положение. Что следует понимать под седиментационной устойчивостью?

Способность системы сохранять равномерное распределение частиц по объему принято называть седиментационной или кинетической устойчивостью системы. Очевидно, что о седиментационной устойчивости или неустойчивости имеет смысл говорить только при рассмотрении свободнодисперсных систем, когда каждая частица свободна в своем движении, т. е. движется независимо от других частиц. Мерой кинетической устойчивости дисперсной системы является величина, обратная константе седиментации.

Как уже указывалось, частицы коллоидных размеров не седиментируют под действием силы тяжести или седиментриуют чрезвычайно медленно. Так, например, частицы кварца радиусом 0,1 мкм проходят при оседании пусть в 1 см за 86 часов.

Ускорить седиментацию можно с помощью центрифугирования, при котором на частицы действует центробежная сила, в сотни тысяч раз превышающее гравитационное поле земли. В частности, в центробежном поле с ускорением 10⁵g та же суспензия кварца должна оседать на 1 см всего за 3 с.

Вы, конечно, вспомнили имена этих известных ученых: это А.В. Думанский и Т. Сведберг. Думанский впервые применил центрифугу для осаждения коллоидных частиц. Затем Сведберг разработал специальные центрифуги с огромным числом оборотов, названные ультрацентрифугами. С их помощью достигается центростремительное ускорение свыше 25000g. Со времени Сведберга принципиальное устройство ультрацентрифуги не изменилось. (Изобразите его схематично.) Усовершенствование шло по пути создания условий равномерного вращения ротора и новых конструкций кювет.

Современная ультрацентрифуга представляет собой сложный аппарат, центральной частью которого является ротор с тончайшей регулировкой температуры и оптической системой контроля процесса осаждения. Ультрацентрифугу можно использовать не только для определения размеров, формы, степени ассоциации и полидисперсности частиц, но и для препаративных целей, например, для разделения смесей высокомолекулярных соединений в растворах на отдельные фракции, отличающиеся размером молекул, фракционирования вирусов, нуклеиновых кислот.

Помимо скоростных ультрацентрифуг, в которых седиментация преобладает над другими молекулярно-кинетическими процессами, применение нашли ультрацентрифуги с меньшим числом оборотов (до 20000 об/мин), в которых анализ дисперсных систем проводят в условиях седиментационно-диффузионного равновесия.

Дата добавления: 2014-01-04