Способ определения коэффициента диффузии в растворе

Способ определения коэффициента диффузии в растворе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к изучению процессов массопереноса в растворах, например диффузионных, и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии биополимеров в биохимии, биофизике и др. Целью изобретения является расширение области применения способа путем обеспечения определения коэффициента диффузии в многокомпонентных растворах и повышение точности путем уменьшения ошибок, связанных с неопределенностью начальных условий. Новым в способе является то, что градиент концентрации в растворе формируют с помощью электрофоретического разделения. Формирование считают законченным при образовании пространственно разнесенных зон. Эти зоны соответствуют отдельным компонентам раствора. Регистрируют временную зависимость голографической интерферограммы после выключения электрического поля. Коэффициент диффузии отдельного компонента рассчитывают по параметрам участка интерферограммы, соответствующего зоне данного компонента. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

yD 4 С 01 N 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4236895/24-25 (22) 16,03.87 (46) 07.05,89.Бюл. ¹ 17 (71) Калининградский государственный университет (72) Р.Р.Гареев, Г.А.Коганов, Ю.В.Селезнев и А.И.Калютик (53) 533.15(088.8) (56) Робинсон P. Растворы электролитов. — 14.: ИЛ, 1963, с. 315-323, Bochner N., Pipman J. А simple

method of determing diffision

constans by holographic interfегоmetry. — 1. РпУз D: Appl. Phys, 1976, Vol. 9, р, 1825-1830. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ДИФФУЗИИ В РАСТВОРЕ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к изучению процессов массопереноса в растворах, например диффузионных, и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам изучения процессов массопереноса в растворах, например диффузионных, и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии биополимеров в биохимии, биофизике, молекулярной биологии: и медицине.

Целью изобретения является расширение области применения способа путем обеспечения определения коэффициента диффузии, в многокомпонентных растворах и повышение точности путем

„„Я0„„1478095 А 1 биополимеров в биохимии,: биофизике и др. Целью изобретения является расширение области применения способа путем обеспечения определения коэффициента диффузии в многокомпонентных растворах и повышение точности путем уменьшения ошибок, связанных с неопределенностью начальных условий. Новым в способе является то, что градиент концентрации в растворе формируют с помощью электрофоретического разделения. Формирование считают законченным при образовании пространственно разнесенных зон, Эти зоны соответствуют отдельным компонентам раствора. Регистрируют временную зависимость голографической интерферограммы после выключения электрического поля. Коэффициент диффузии отдельного компонента рассчитывают по параметрам участка интерферограммы, соответствующего зоне данного компонента. 4 ил. уменьшения ошибок, связанных с неопределенностью начальных условий.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 — вид интерференционной картины в полосах конечной ширины и в момент окончания электрофоретического разделения двухкомпонентной смеси (сплошные кривые) и вид интерференционной картины диффузионного размытия зон через время Ф после выключения электрического поля (пунктирные кривые), Ь вЂ” период по1478095 лос настройки, Y — отклонение полос от начального расположения; на фиг,3 - вид интерференционной карти- ны в полосах бесконечной ширины в момент окончания электрофоретического разделения, цифрами обозначен номер полосы, соответствующий порядку интерференции; на фиг.4 — распределение порядка интерференции в момент выключения электрического поля (сплошная кривая) и через времй ь (пунктирная кривая) для одной фрак" ции при настройке на полосу конечной ширины. 15 устройство для осуществления способа (фиг.1) содержит прибор 1 для электрофореэа на гориконтальной пластине геля (электродные резервуары, источник питания и стол прибора 2р не показаны), который установлен в поле зрения голографического интерферометра, содержащего лазер 2, коллиматор 3, светоделитель 4, зеркало

5, голограмму 6 и фоторегистрирующее 25 устройство 7. Интерферометр собран по схеме записи с наклонным опорным пучком и работает следующим образом.

Луч лазера. 2 расширяется коллиматором 3, затем светоделителем 4 разде- gg ляется на предметный и опорный пучки. Пердметный пучок, пройдя через слой геля на пластине 1, попадает на голограмму б. Опорный пучок зеркалом

5 направляется также на голограмму 6. обеспечивая,при взаимодействии с предметным пучком формирование на ней интерференционной картины.. !

Измерения можно проводить при двух режимах настройки: на бесконеч№О ную ширину полосы и на конечную ширину полосы. При настройке на бесконечную полосу труднее определить положение максимального порядка интерференции и его абсолютную величину, 45 если они не кратны 0,5 (фиг.3), поэтому настройка на полосы конечной ширины предпочтительнее, так как позволяет точно определить эти величины в любом месте зоны (фиг.2). Порядок интерференции N при настройке на бесконечную ширину полосы равен номеру полосы., Он возрастает от нулевого значения вне зоны биополимера и принимает дискретные значения N=

0,5; 1,5;; 2,5 и т.д. для темных полос и N--1; 2 и т.д. для светлых полос по направлению к центру зоны (фиг.З).

При настройке на полосу конечной ширины порядок интерференции равен отношению смещения полос от начального расположения Y к периоду полос

Ь, т.е., N= Y/Ь (фиг.2), Определение коэффициентов диффузии производится следующим образом.

Подготовленнын прибор 1 для электрофореза устанавливается в поле зрения интерферометра и осуществляется запись на голограмму 6 интерферционной картины начального состояния геля в системе электрофоретического разделения. Голограмма обрабатывается фотохимическим способом, на гель наносится проба разделяемого биопрепарата и включается электрическое напряжение. Начинается процесс электрофореза, наблюдение за ходом которого осуществляется визуально в реальном масштабе времени на интерференционной картине, образующейся при взаимо- действии начального предметного пуч ка, записанного на голограмме 6 и восстановленного опорным пучком (оно соответствует чистому гелю), с текущим предметным пучком, прошедшим гель с содержащимися в нем зонами биопрепарата. Этот режим соответствует настройке на бесконечную ширину полосы. Для настройки интерферометра на полосу конечной ширины необходимо поворотом зеркала 5 (фиг.1) на о > небольшой угол (2-3 ) добиться желаемой частоты полос по полю прибора.

В ходе электрофореза начальная проба, внесенная в гель, разделяется на ряд пространственно разнесенных зон, соответствующих отдельным компонентам смеси. Критерием разделения при настройке на полосу конечной ширины является появление между зонами ряда параллельных полос, соответствующих начальной настройке (фиг.2, сплошные кривые). При настройке, на .полосу бесконечной ширины критерием разделения является появление зазора (светлого поля) между полосами и с порядком интерференции 0,5 двух соседних зон.

После окончания разделения производится выключение электрического поля и одновременно с этим регистрируется первая интерференционная картина фоторегистрирующим устройством

7. На фиг.2 этому моменту соответствуют сплошные линии. В дальнейшем направленное движение эон в геле пре1478095 крацается, а процесс диффузионного размывания зон продолжается, и через

/ время после выключения поля устройством 7 регистрируется соответст:

5 вуюцая этому состоянию вторая интерференционная картина (фиг.2,.пунктирные линии). Затем фотоматериал обра батывается и расчет коэффициента диффузии D производится отдельно для . 10 каждой фракции при совместной обра- ботке полос на первой и второй интерференционных картинах с помощью выражения

Х, — Х, х — х

4с„ них „) и(х, о)

ln -= — - -- 1n - — - ——

Н(Х4 ) n(X,О) где N(X,,Î) и N(X,Ý ) - порядок интерференции на расстоянии Х „ и Х соот- 20 ветственно от точки с максимальным порядком интерференции на первой интерференционной картине, соответствующей начальному моменту времени, (момент выключения- электрического по- 25 ля);

N(X»c) и N(X4, с.) — порядок интерференции на расстоянии Х и Х соот;ветственно от точки с максимальным порядком интерференции на второй ин- 30 терференционной картине, снятой через время с момента выключения электрического поля (фиг.4).

На фиг.4 показано определение ве личин, входящих в расчетную формулу.

При обработке интерферограмм в полосах конечной ширины удобно принять

Х =Х =О, тогда значения М(Х<,0) и

N(X,c) будут соответствовать максимальным порядкам интерференции в 40 моменты времени О и

Пример. Определяют коэффициенты диффузии двухкомпонентной смеси следуюцего состава: альбумин сыворотки крови человека 11 мгф гемоглобин из 45 крупного рогатого скота 5 мг; 0;5 М трис-НС1 буфер (рН 6,8) до 1 мл. Общее содержание белка в пробе 1,6 .

Электрофорез проводят по ступенчатой системе, для чего на пластине 50 размером 8х9 см полимериэуют рабочий гель с концентрацией мономера

7,5/ и концентрацией сшивки 2,5% и формируюций гель с концентрацией мономера 4,5 и концентрацией сшивки 2,5/. Толцина геля 1,8 мм, в стартовой зоне формирующего геля выполнено углубление для внесения пробы размером 10х1,5 мм.

Пластину устанавливают горизонтально на столик прибора для электрофореэа, расположенный в поле зрения голографического интерферометра ° В электродные сосуды заливают трис-глициновый буферный раствор (рН 8,6), на гель накладывают контактные фитили. Во время проведения эксперимента температура окружающей среды состав-, ляет 18,5 0.

Осуцествляют запись голограммы начального состояния геля в зоне разделения на фотопластине для голографии типа МИКРАТ ЛОИ2, затем на месте съемки проводят фотохимическую обработку голограммы и поворотом зеркала 5 (фиг ° 1) осуществляют настройку интерферометра на полосы конечной ширины.

В углубление в геле вносят пробу разделяемой смеси в объеме 10 мкл, на электроды подают напряжение

500 В от источника ИПЭ-600 (при этом напряжение непосредственно на геле составляет, $5 В) и начинают электрофоретическое разделение, наблюдение за ходом которого ведут визуально в реальном масштабе времени по изменению интерференционной картины.

После достижения достаточной степени пространственного разделения смеси на фракции (через 60 мин) синхронно выполняют следующие опера" ции. выключают электрическое поле, на фотопленку регистрируют первую интерференционную картину; включают секундомер.

Через 23 мин после этого фиксируют вторую интерференционную карти.ну, соответствующую диффузионному размытию полос (вид полос показан на фиг,2, где фракция 1 соответствует гемоглобину,а фракция 2 — альбумину).

Перед проведением расчета с полученной ) в ходе фоторегистрации процесса диффузиии пленки увеличенное изображение (в масштабе 20:1) для обоих моментов времени проецируют на бумагу, соответствующие полосы совмещают и фиксируют. В процессе дальнейшей обработки каждой фракции в соответствии с фиг.4 получены следую цие числовые данные: для Фракции 1 ь = 1380 с, X = X = О, X = 0,6 мм, Х+= 0,75 мм, И(Х,,О)= 1,15, N(X»c)=

=0,833, N(X,О) = 0,645, N(X, ) — 0,375; для фракции 2 с =1380 с, Х,= Х-,= О, Х = 0,5 ММ, Х,,= 0,75 мм, 1478095

И(Х,,())= 0,605, Н(Х, с. 1 =0,542, Ы(Х,()) =0,25, И(Х,, . ) = 0,25, Подставляя эти значения в расчетную. формулу, получают коэффициенты диффузии соответственно гемоглобина и сывороточного альбумина для приведенных условий эксперимента.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента диффузии в растворе, заключающийся в формировании начального градиента концентрации в растворе, регистрации временной зависимости интерферограммы раствора, по параметрам которой рассчитывают коэффициент диффузии по диффузионному уравнению Фика, о тл и ч а ю шийся тем, что, с 2р целью расширения области применения способа путем обеспечения определения коэффициента диффузии в многокомпонентных растворах и повышения точности путем уменьшения ошибок, связанных с неопределенностью начальных условий, начальный градиент концентрации в растворе формируют с помощью электрофоретического разделения до образования пространственно разнесенных зон, сооответствующих отдельным компонентам раствора, регистрируют временную зависимость голографической интерферограммы после выключения электрического поля, а коэффициент диффузии отдельного компонента рассчитывают по параметрам участка интерферограммы, соответствующего зоне данного компонента.

1478095

Фракция 1

Фракция 2

1,5

Составитель А.Кощеев

Техред А.Кравчук Корректор И. 1уска

Редактор С.Пекарь

Заказ 2355/42 Тирвж 790 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. жгород, Ул. Гаг р

ll у л. Гага ина 101