лабораторная ультрацентрифуга для разделения высокомолекулярных соединений, растворенных в жидкости

Формула изобретения

1. ЛАБОРАТОРНАЯ УЛЬТРАЦЕНТРИФУГА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, РАСТВОРЕННЫХ В ЖИДКОСТИ, включающая ротор, установленный вертикально и имеющий цилиндрическую рабочую полость, и привод ротора, отличающаяся тем, что ротор снабжен средством для создания циркуляции жидкости по оси ротора в его рабочей полости, устанавливаемым с возможностью вращения с угловой скоростью, отличной от скорости вращения ротора.

2. Ультрацентрифуга по п.1, отличающаяся тем, что средство для создания циркуляции выполнено в виде диска, расположенного с зазором относительно стенки ротора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для фракционирования высокомолекулярных соединений, растворенных в жидкости.

Известны лабораторные ультрацентрифуги для разделения высокомолекулярных соединений, растворенных в жидкости [1] Они используются как в аналитических, так и в препаративных целях. В роторе такой ультрацентрифуги имеются специальные углубления для крепления сосудов, содержащих образцы жидкости, подвергающейся действию центробежных сил.

Недостатком этой ультрацентрифуги является недостаточно высокий эффект разделения.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является ультрацентрифуга для разделения высокомолекулярных соединений, растворенных в жидкости, включающая ротор, установленный вертикально и имеющий по крайней мере одну рабочую полость, заполненную жидкостью, и привод ротора [2]

Недостаток этой ультрацентрифуги также является недостаточно высокий эффект разделения.

Цель изобретения повышение эффекта разделения высокомолекулярных соединений и улучшение таким образом качества выделяемых фракций.

Для этого в предлагаемой лабораторной ультрацентрифуге для разделения высокомолекулярных соединений, растворенных в жидкости, включающей ротор, установленный вертикально и имеющий цилиндрическую рабочую полость и привод ротора, последний снабжен средством для создания циркуляции жидкости по оси ротора в его рабочей полости, устанавливаемым с возможностью вращения с угловой скоростью, отличной от скорости вращения ротора. Это средство следует выполнять в виде диска, расположенного с зазором относительно стенки ротора.

На чертеже схематично изображена предлагаемая ультрацентрифуга, продольный разрез.

Лабораторная ультрацентрифуга включает установленный на нижней опоре 1 ротора 2, имеющий цилиндрическую рабочую полость 3, ограниченную стаканом 4, расположенным внутри ротора на его днище 5. В верхней части ротора, в его рабочей полости над стаканом располагают средство 6 для создания циркуляции жидкости по оси ротора, установленное на валу 7 с возможностью вращения с угловой скоростью, отличной от скорости вращения ротора. Это средство может иметь различную форму. В частном случае оно может быть выполнено в виде диска, расположенного с зазором относительно стенки ротора. Ротор имеет крышку 8 и является одновременно ротором электродвигателя, при этом статор 9 последнего расположен снаружи под днищем ротора. Вал 7 жестко связан с дисковым ротором 10 электродвигателя, при этом его статор 11 расположен над ротором. В крышке 8 размещено уплотнение 12 вала 7, а на торце стакана 4 под диском уплотнение 13 для предотвращения попадания жидкости внутрь стакана.

Лабораторная ультрацентрифуга работает следующим образом.

После снятия крышки 8 ротор заполняется исследуемой жидкостью, затем крышка закрывается. Ротор 2 приводится во вращение до достижения расчетной угловой скорости. Затем приводится во вращение средство 6 для создания циркуляции жидкости по оси ротора в его рабочей полости 3. В расчетном режиме ротор 2 и средство 6 вращаются определенное время, которое несколько меньше, чем время установления стационарного распределения концентраций высокомолекулярных соединений в рабочей полости 3 ротора 2 вдоль его оси. Затем ротор 2, а также средство 6 для создания циркуляции жидкости, останавливают и из рабочей полости 3 ротора 2 извлекают объемы жидкости, содержащие различные высокомолекулярные соединения с концентрациями, существенно измененных по сравнению с исходной смесью. Извлечение образцов проводят после снятия с ротора крышки 8. Объем, содержащий требующееся высокомолекулярное соединение с высокой концентрацией, находится на определенном расстоянии от верхней кромки ротора 2.

В рабочей полости 3 ротора 2 имеют место физические процессы, приводящие к увеличению эффекта разделения. В нижнюю часть рабочей полости 3 у днища 5 ротора 2 поступает поток жидкости, направленный сверху вниз, двигающийся в осевом направлении вдоль поверхности стакана 4 вблизи от этой поверхности и обедненный высокомолекулярными соединениями, плотность молекул которых превышает плотность жидкости. Одновременно из того же объема выходит поток жидкости, двигающийся снизу вверх в осевом направлении вблизи внутренней поверхности ротора 2 и обогащенный теми же высокомолекулярными соединениями. Таким образом, в объеме, расположенном у днища ротора, концентрации высокомолекулярных соединений, плотность молекул которых превышает плотность жидкости, будут уменьшаться. В том же объеме концентрации высокомолекулярных соединений, плотность молекул которых меньше плотности жидкости, будут увеличиваться. В объеме рабочей полости 3, расположенном вблизи верхней кромки ротора 2, будут увеличиваться концентрации высокомолекулярных соединений, плотность молекул которых больше плотности жидкости.

В результате в рабочей полости 3 установится определенное распределение концентраций высокомолекулярных соединений в осевом направлении. При этом разность концентраций между верхней и нижней точками рабочей полости 3 будет существенно превышать ту же величину для крайних точек рабочей полости в радиальном направлении. В известной ультрацентрифуге (прототип) используется именно радиальная разность концентраций высокомолекулярных соединений. Таким образом, наличие циркуляции жидкости в осевом направлении приводит к существенному увеличению эффекта разделения.

Механизм возбуждения циркуляции жидкости в рабочей полости 3 ротора 2 с помощью средства 6 связан с созданием осевого градиента давления при наличии разности угловых скоростей этого средства и ротора 2. Если средство 6 имеет меньшую угловую скорость, чем ротор 2, то в объеме жидкости вблизи от средства 6 угловая скорость жидкости будет меньше, чем вблизи от днища 5 ротора 2. В результате распределение давлений по радиусу рабочей полости 3 у верхней кромки ротора 2 будет более пологим, чем у днища 3. Следовательно, возникнет осевой градиент давления и осевая циркуляция жидкости, которая создаст противоток, так как периферийный слой жидкости будет двигаться вверх, а внутренний вниз.

Конструкция предлагаемой ультрацентрифуги позволяет эффективно разделять высокомолекулярные соединения, растворенные в жидкости.