U hemiji, koeficijent sedimentacije () čestice karakterizira njenu sedimentaciju (tendenciju ka taloženju iz suspenzije) tokom centrifugiranja. Definira se kao odnos brzine sedimentacije čestice i primijenjenog ubrzanja koje uzrokuje sedimentaciju.
Brzina sedimentacije je također terminalna brzina. Konstantna je jer je sila koju na česticu primjenjuje gravitaciju ili centrifugiranje (obično u višekratnicima desetina hiljada gravitacija u ultracentrifugi) uravnotežena viskoznim otporom (ili "povlačenjem") fluida (obično vode), kroz koji se čestica kreće. Primijenjeno ubrzanje može biti ili gravitacijsko ubrzanje , ili češće centrifugalno ubrzanje . U potonjem slučaju, je ugaona brzina rotora rotora, a je udaljenost čestice od ose rotora (radijus).
Viskozni otpor za sfernu česticu dat je Stokesovim zakonom:
gdje je viskoznost medija, je poluprečnik čestice, a je brzina čestice. Stokesov zakon se primjenjuje na male sfere u beskonačnoj količini fluida na maloj granici Reynoldsovog broja.
Centrifugalna sila je data jednačinom:
gdje je višak mase čestice u odnosu na masu ekvivalentnog volumena fluida u kojem se čestica nalazi (vidi Arhimedov princip) i je udaljenost čestice od ose rotacije. Kada se dvije suprotstavljene sile, viskozna i centrifugalna, uravnoteže, čestica se kreće konstantnom (terminalnom) brzinom. Terminalna brzina za sfernu česticu data je jednačinom:
Preuređivanjem ove jednačine dobija se konačna formula:
Koeficijent sedimentacije ima jedinice vrijeme, izražene u svedberzima. Jedan svedberg je 10−13s. Koeficijent sedimentacije normalizuje brzinu sedimentacije čestice na njeno primijenjeno ubrzanje. Rezultat više ne zavisi od ubrzanja, već samo od svojstava čestice i fluida u kojem je suspendovana. Koeficijenti sedimentacije navedeni u literaturi obično se odnose na sedimentaciju u vodi pri 20 °C.
Koeficijent sedimentacije je zapravo vrijeme koje bi čestici trebalo da dostigne svoju konačnu brzinu pod datim ubrzanjem ako ne bi bilo otpora.
Gornja jednačina pokazuje da je proporcionalno i obrnuto proporcionalno . Također, za nesferične čestice datog oblika, je proporcionalno i obrnuto proporcionalno nekoj karakterističnoj dimenziji s jedinicama dužine.
Za dati oblik, je proporcionalno veličini na treću potenciju, tako da se veće, teže čestice brže talože i imaju veće Svedbergove, ili , vrijednosti. Međutim, koeficijenti sedimentacije nisu aditivni. Kada se dvije čestice vežu, oblik će se razlikovati od oblika originalnih čestica. Čak i da je oblik isti, odnos viška mase i veličine ne bi bio jednak zbiru odnosa za početne čestice. Dakle, kada se mjere odvojeno, imaju Svedbergove vrijednosti koje se ne zbrajaju s vrijednostima vezane čestice. Naprimjer, ribosomi se obično identificiraju po koeficijentu sedimentacije. 70S ribosom iz bakterija ima koeficijent sedimentacije od 70 Svedberga, iako je sastavljen od podjedinice 50S i podjedinice 30S.
Ovisnost o koncentraciji Koeficijent sedimentacije obično ovisi o koncentraciji rastvorene tvari (tj. makromolekularne rastvorene tvari kao što je protein). Uprkos više od 80 godina istraživanja, još uvijek ne postoji konsenzus o načinu savršenog modeliranja ovog odnosa, a istovremeno uzimajući u obzir sve moguće neidealne faktore. Ali u većini jednostavnih slučajeva, jedna od dvije jednačine može se koristiti za opisivanje odnosa između koeficijenta sedimentacije i koncentracije rastvorene materije:
označava koeficijent sedimentacije rastvorene supstance pri "beskonačnom" razrjeđenju. označava koeficijent sedimentacije rastvorene supstance pri datoj koncentraciji. , ponekad nazvan "Gralenov koeficijent" (nakon upotrebe u doktorskoj disertaciji biohemičara Nilsa Graléna), varira u zavisnosti od oblika i dinamike dotične rastvorene supstance (uključujući njenu sklonost ka samostalnom povezivanju, agregaciji ili oligomerizaciji). Općenito govoreći, to je oko 0,008 L/g (mL/mg) za tipičan globulasti protein. je koncentracija proteina, u recipročnim jedinicama prema .
Za kompaktne i simetrične makromolekulske rastvorene supstance (tj. globulaste proteine), slabija zavisnost koeficijenta sedimentacije od koncentracije omogućava adekvatnu tačnost putem aproksimiranog oblika prethodne jednačine:
Tokom jednog ultracentrifugalnog eksperimenta, koeficijent sedimentacije spojeva sa značajnom zavisnošću od koncentracije mijenja se tokom vremena. Koristeći diferencijalnu jednačinu za ultracentrifugu, s se može izraziti kao sljedeći stepeni red u vremenu za bilo koju određenu relaciju između s i c.
st = koeficijent sedimentacije u vremenu t si = koeficijent sedimentacije koji odgovara koncentraciji početnog rastvora.
Također poglredajte Faktor bistrenja Svedberg Sedimentacija Centrifugiranje Diferencijalno centrifugiranje
Reference
Vanjski linkovi An article on sedimentation velocity Alliance Protein Laboratories (A division of KBI Biopharma) Archived: 2022-01-16 Retrieved:2022-09-17 Modern Analytical Ultracentrifugation in Protein Science: A tutorial review
Kategorija:Laboratorijske tehnike Kategorija:Gravitacija