Centrifugation ist ein Prozess, der mit dem Gebrauch der Zentrifugalkraft für die Ablagerung von Mischungen mit einer Zentrifuge verbunden ist, die in der Industrie und in Laboreinstellungen verwendet ist. Mehr - wandern dichte Bestandteile der Mischung weg von der Achse der Zentrifuge ab, während weniger - dichte Bestandteile der Mischung zur Achse abwandern. Chemiker und Biologen können die wirksame Gravitationskraft auf einem Reagenzglas vergrößern, um zu schneller und völlig das jäh hinabstürzende ("Kügelchen") veranlassen, sich auf dem Boden der Tube zu versammeln. Die restliche Lösung wird den "supernate" oder "supernatant Flüssigkeit" richtig genannt. Die supernatant Flüssigkeit wird dann entweder von der Tube schnell umgefüllt, ohne das jäh hinabstürzende zu stören, oder mit einer Pipette von Pasteur zurückgezogen.

Die Rate von centrifugation wird durch die winkelige Geschwindigkeit angegeben, die in Revolutionen pro Minute (RPM) oder Beschleunigung gemessen ist, ausgedrückt als g. Der Umwandlungsfaktor zwischen RPM und g hängt vom Radius der Probe in der Zentrifuge ab. Die sich niederlassende Geschwindigkeit der Partikeln in centrifugation ist eine Funktion ihrer Größe und Gestalt, Schleuderbeschleunigung, des Volumen-Bruchteils der Festkörper-Gegenwart, des Dichte-Unterschieds zwischen der Partikel und der Flüssigkeit und der Viskosität.

In den chemischen Industrien und Nahrungsmittelindustrien können spezielle Zentrifugen einen dauernden Strom von Partikel-geladeter Flüssigkeit bearbeiten.

Centrifugation ist der grösste Teil der üblichen Methodik, die für die Uran-Bereicherung verwendet ist, sich auf den geringen Massenunterschied zwischen Atomen von U238 und U235 in Uran hexafluoride Benzin verlassend.

Centrifugation in der biologischen Forschung

Mikrozentrifugen

Mikrozentrifugen werden verwendet, um kleine Volumina von biologischen Molekülen, Zellen oder Kernen zu bearbeiten. Mikrozentrifuge-Tuben halten allgemein 0.5 - 2 mL von Flüssigkeit, und werden mit maximalen winkeligen Geschwindigkeiten von 12.000-13.000 rpm gesponnen. Mikrozentrifugen sind klein genug, um auf einer Tischplatte zu passen und Rotoren zu haben, die Geschwindigkeiten schnell ändern können. Sie können oder können keine Kühlungsfunktion haben.

Das ist der wichtige Prozess.

Hochleistungszentrifugen

Schnelllaufend oder Supergeschwindigkeitszentrifugen kann größere Beispielvolumina von einigen Zehnen von Millilitern zu mehreren Litern behandeln. Zusätzlich können größere Zentrifugen auch höhere winkelige Geschwindigkeiten (ungefähr 30000 rpm) erreichen. Die Rotoren können mit verschiedenen Adaptern kommen, um verschiedene Größen von Reagenzgläsern, Flaschen oder microtiter Tellern zu halten.

Fractionation Prozess

Methode des fractionation Verfahrens:

Zellprobe wird in einer Suspendierung versorgt, die ist:

1. Gepuffert - neutraler pH, Schaden an der Struktur von Proteinen einschließlich Enzyme verhindernd (der ionische Obligationen betreffen konnte)
2. Isotonic (des gleichen Wasserpotenzials) - das verhindert Wassergewinn oder Verlust durch den organelles
3. Kühl - das Reduzieren der gesamten Tätigkeit des Enzyms veröffentlicht später im Verfahren

• Zellen werden in einem Mixer homogenisiert und gefiltert, um Schutt zu entfernen
• Die homogenisierte Probe wird in eine Ultrazentrifuge gelegt und in der niedrigen Geschwindigkeit gesponnen - Kerne lassen sich nieder, ein Kügelchen bildend
• Der supernatant (Suspendierung, die enthält, organelles bleibend), wird mit einer höheren Geschwindigkeit gesponnen - Chloroplasten lassen sich nieder
• Der supernatant wird mit einer höheren Geschwindigkeit noch - mitochondria gesponnen, und lysosomes lassen sich nieder
• Der supernatant wird mit einer noch höheren Geschwindigkeit - ribosomes gesponnen, Membranen lassen sich nieder

Der ribosomes, die Membranen und die Komplexe von Golgi können durch eine andere Technik genannt Dichte-Anstieg centrifugation getrennt werden.

Ultrazentrifugen

Ultracentrifugation macht von der hohen Zentrifugalkraft Gebrauch, um Eigenschaften von biologischen Partikeln zu studieren. Im Vergleich zu Mikrozentrifugen oder Hochleistungszentrifugen können Ultrazentrifugen viel kleinere Partikeln, einschließlich ribosomes, Proteine und Viren isolieren. Ultrazentrifugen können auch in der Studie der Membran fractionation verwendet werden. Das kommt vor, weil Ultrazentrifugen maximale winkelige Geschwindigkeiten über 70000 rpm erreichen können. Zusätzlich, während Mikrozentrifugen und Superzentrifugen getrennte Partikeln in Gruppen (müssen beschränkte Volumina von Proben manuell in Reagenzgläsern oder Flaschen behandelt werden), Ultrazentrifugen Moleküle in der Gruppe oder den dauernden Fluss-Systemen trennen können.

Zusätzlich zur Reinigung kann analytischer ultracentrifugation (AUC) für den Entschluss von den Eigenschaften von Makromolekülen wie Gestalt, Masse, Zusammensetzung und Angleichung verwendet werden. Proben werden mit einer dichten Lösung wie Rohrzucker, Cäsium-Chlorid oder iodixanol zentrifugiert. Die dichte Lösung kann bei einer gleichförmigen Konzentration überall im Reagenzglas ("Kissen") oder eine unterschiedliche Konzentration ("Anstieg") sein. Molekulare Eigenschaften können durch die Ablagerungsgeschwindigkeitsanalyse oder Ablagerungsgleichgewicht-Analyse modelliert werden. Während des Laufs werden die Partikeln oder Moleküle durch das Reagenzglas mit verschiedenen Geschwindigkeiten abhängig von ihren physikalischen Eigenschaften und den Eigenschaften der Lösung abwandern, und schließlich ein Kügelchen an der Unterseite von der Tube oder Bänder an verschiedenen Höhen bilden.

Analyse von Centrifugation

Gleichung von Lamm

Partikel-Streuung und Ablagerung können mit der Gleichung von Lamm analysiert werden. Die Berechnung des Ablagerungskoeffizienten und Diffusionskoeffizienten ist nützlich, für die physikalischen Eigenschaften des Moleküls, einschließlich der Gestalt und Conformational-Änderungen zu bestimmen. Jedoch ist die Gleichung von Lamm am idealsten, um Konzentrationen des Ideales zu modellieren, solutes aufeinander nichtwirkend. Chemische Reaktionen sind durch diese Gleichung unerklärt. Zusätzlich, für große Molekulargewicht-Partikeln, ist Ablagerung nicht immer glatt. Das kann zur Überschätzung des Diffusionskoeffizienten oder Schwingungseffekten an der Unterseite von einer Lösungszelle führen.

Sigma-Analyse

Sigma-Analyse ist ein nützliches Werkzeug, das Zentrifuge-Eigenschaften bestimmt. Es ist der Kontinuitätsgleichung ähnlich, die volumetrischen Durchfluss Q, flüssige Geschwindigkeit u und Querschnittsfläche des Wegs des Arbeitsablaufs A verbindet:

Im Fall von der Sigma-Analyse wird u durch v ersetzt, die sich niederlassende Geschwindigkeit bei der zentripetalen Beschleunigung von g (9.81 m/s), Σ ersetzt Gebiet, und ist ein Eigentum des Typs der Zentrifuge, und Q ist die Eingangsflüssigkeitsströmungsrate. Σ hat dieselben Einheiten wie Gebiet.

Andere Anwendungen

• Das Trennen von Gewebe.
• Das Entfernen von Wasser vom Kopfsalat nach der Wäsche davon in einem Salat-Spinner
• Das Trennen von Partikeln von einem Luftstrom mit der zyklonartigen Trennung.
• Die Erläuterung und Stabilisierung von Wein
• Es wird in Waschmaschinen verwendet, um Wasserpartikeln von der Kleidung zu trennen, während man in Waschmaschinen trocknet

Geschichte

Vor 1923 hatten Theodor Svedberg und sein Student H. Rinde große grained Sol-Begriffe ihrer Gravitationsablagerung erfolgreich analysiert. Sole bestehen aus einer Substanz, die gleichmäßig in einer anderen Substanz, auch bekannt als einem Kolloid verteilt ist. Jedoch konnten kleinere grained Sole, wie diejenigen, die Gold enthalten, nicht analysiert werden. Um dieses Problem zu untersuchen, hat Svedberg eine analytische Zentrifuge entwickelt, die mit einem fotografischen Absorptionssystem ausgestattet ist, das eine viel größere Schleuderwirkung ausüben würde. Außerdem hat er die Theorie entwickelt, die notwendig ist, um Molekulargewicht zu messen. Während dieser Zeit hat sich die Aufmerksamkeit von Svedberg von Gold bis Proteine bewegt.

Vor 1900 wurde es allgemein akzeptiert, dass Proteine aus Aminosäuren zusammengesetzt wurden; jedoch, ob Proteine Kolloide waren oder Makromoleküle noch unter der Debatte war. Ein Protein, das zurzeit wird untersucht, war Hämoglobin. Es wurde beschlossen, 712 Kohlenstoff, 1,130 Wasserstoff, 243 Sauerstoff, zwei Schwefel-Atome und mindestens ein Eisenatom zu haben. Das hat Hämoglobin ein resultierendes Gewicht von etwa 16,000 Da gegeben, aber es war unsicher, ob dieser Wert ein Vielfache ein oder vier (Abhängiger auf die Zahl der Eisenatom-Gegenwart) war. In Rücksichten auf die Studien von Svedberg war Hämoglobin das Hauptprotein von Interesse.

Durch eine Reihe von Experimenten, die Ablagerungsgleichgewicht-Technik verwertend, wurden zwei wichtige Beobachtungen gemacht: Hämoglobin hat ein Molekulargewicht von 68,000 Da, darauf hinweisend, dass es vier Eisenatom-Gegenwart aber nicht ein gibt, und dass, egal wo das Hämoglobin davon isoliert wurde, es genau das gleiche Molekulargewicht hatte. Wie etwas solch einer großen molekularen Masse, unabhängig davon durchweg gefunden werden konnte, wo sie von im Körper probiert wurde, beispiellos war und die Idee bevorzugt hat, sind die Proteine Makromoleküle aber nicht Kolloide. Um dieses Phänomen zu untersuchen, war eine Zentrifuge mit noch höheren Geschwindigkeiten erforderlich, und so wurde die Ultrazentrifuge geschaffen, um die Theorie der Ablagerungsverbreitung anzuwenden. Dieselbe molekulare Masse wurde bestimmt, und die Anwesenheit einer sich ausbreitenden Grenze hat darauf hingewiesen, dass es eine einzelne Kompaktpartikel war. Die weitere Anwendung von centrifugation hat gezeigt, dass unter verschiedenen Bedingungen die großen homogenous Partikeln unten in getrennte Subeinheiten zerbrochen werden konnten. Die Entwicklung von centrifugation war bestimmt ein wichtiger Wendepunkt in der Protein-Wissenschaft.

Quellen

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