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Analytische Ultrazentrifuge

Die Messzelle

Vor allem für Messungen der Sedimentationsgeschwindigkeit müssen sektorförmige Messzellen eingesetzt werden. Bei rechteckigen Zellen stoßen die radial sedimentierenden Moleküle gegen die Zellenwand. Dies führt zu Turbulenz und stört damit die Sedimentation.

Abb.1
Schemazeichnung einer sektorförmigen Messzelle

K Z = Zentrifugalkraft K A = Auftriebskraft K R = Reibungskraft

Die Konzentationsgradienten werden mit der Versuchsdauer in Folge der Diffusion flacher. Außerdem nimmt die Substanzkonzentration ab, weil

  • das Zentrifugalfeld mit wachsendem Abstand x größer wird, d.h. die Teilchen wandern schneller, je weiter sie sich vom Rotationszentrum entfernen,
  • die wandernden Teilchen in größere Zellenquerschnitte gelangen.
Abb.2
Schemazeichnung zum Verdünnungseffekt

Zwei Teilchen, die zur Zeit t 1 im Abschnitt 1 der Breite a sind, wandern bis zur Zeit t 2 in den Abschnitt 2 mit der gleichen Breite a. Da die Querschnittsfläche der Zelle hierbei größer geworden ist, nimmt das Bezugsvolumen zu und damit die Konzentration ab. Da der Sedimentationskoeffizient s im Allgemeinen umso geringer ist, je höher die Konzentration ist, nimmt er mit wachsendem Abstand durch diesen Verdünnungseffekt zu.

Der hydrostatische Druck in der Messzelle ist proportional der Dichte und dem mittleren Abstand vom Rotationszentrum. Mit wachsendem Abstand erhöht sich in kompressiblen Lösemitteln, z.B. Ether, die Viskosität und bewirkt eine Verringerung der Sedimentationsgeschwindigkeit. Während der Verdünnungseffekt zu einer Zunahme des Sedimentationskoeffizienten führt, nehmen als Folge des Druckeffekts die Sedimentationskoeffizienten mit wachsendem Abstand ab, Verdünnungs- und Druckeffekt wirken also gegeneinander.

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