沉降平衡方法简介

瑞典科学家Theodor Svedberg于1925年发明分析超速离心技术，该技术基于两种实验模式，一种是浓度分布随时间实时改变（即沉降速率，SV），另一种是在相对低的离心力场中，沉降和扩散两种力最终达到平衡而形成稳定的浓度分布（即沉降平衡，SE） 。

Theodor Svedberg于第2年制造出世界上第一台新型超速离心机，并引入紫外-可见光检测系统实时监测沉降过程，首次测量了一些蛋白质的相对分子质量。结合数据分析方法，能够确定样本纯度，表征生物分子复合物的组装和分解机制，确定亚单位的化学计量，检测和表征大分子的构象变化，并测定平衡常数和热力学参数。但是很长一段时间里，这项技术在全球范围内都没有得到发展。直到现代的分析超速离心机诞生，分析超速离心技术才再次成为科学研究和医药行业研究的手段。

作为分析超速离心技术的一种，沉降平衡法可以测定多分散性大分子的平均分子量和分子量分布。通过在分析池中经低速长时间离心，样品浓度分布达到热力学平衡时，根据池内样品的浓度分布求算分子量。它不需要任何标准样品作参考，亦不需要知道样品分子的形状和水化程度。

沉降平衡是基于热力学理论，实验一般在较低的转速下进行（8000~20 000 r/min），当沉降作用与扩散作用达到平衡时可以测定分子平衡浓度的分布。在平衡状态下，浓度的分布只决定于质量，而与分子的形状无关。离心开始时，分子颗粒发生沉降，一段时间以后，沉降的结果造成了浓度梯度，因而产生了蛋白质分子反向扩散运动，当反向扩散与离心沉降达到平衡时，浓度分布就固定不变了。

沉降平衡法是样品溶液实验达到平衡是指用光学系统已测不到分析池内样品浓度分布的变化时间。

将所得数据处理可计算出蛋白质的精确相对分子质量。用沉降平衡实验测量相对分子质量是一种经典的相对分子质量测量手段。

在实验时使用分析用的超速离心机，为正确求出浓度分布有必要用干涉光学系统或光电扫描装置。由于实验技术和理论发展的结果，沉降平衡法已成为测定生物体各种大分子分子量的最标准的方法。对蛋白质亚基的解离和聚合等也可用本法进行研究。核酸及其他的大分子浮力密度的平衡密度梯度离心法测定虽与上述目的不同，但也是一种沉降平衡方法。

相比于另外一种沉降速度法其优点在于计算不用扩散系数，故沉降平衡法比沉降扩散法简便而精确。而其缺点在于离心时间长，通常要几十小时。

沉降平衡方法溶液中相互作用系统的测定

分析超速离心技术可以用来研究溶液状态下蛋白与蛋白、蛋白与小分子以及蛋白与核酸之间的相互作用，确定相互作用的结合方式，并测定相互作用系统的结合或解离常数。

例：Andrea 等利用动力学、光谱学（荧光和NMR）、表面等离子体共振，交联反应，凝胶过滤实验，及沉降平衡法技术等多种手段对参与血红素降解的蛋白质之间的相互作用进行了深入的研究。该研究对于理解血红素动态平衡有着至关重要的意义。

沉降平衡方法化学计量学研究

组装大分子组分的化学计量知识对于研究其生理学问题是十分重要的。当然，目前有许多用来确定化学计量的方法可供研究人员选择，比如电子显微镜、X射线晶体学、核磁共振光谱学、量热法以及光散射法等，而沉降平衡法因其可以直接获得关于生物大分子复合物的摩尔质量、形状、尺寸等数据结果而越来越受到研究人员的青睐。

例：钙离子通道蛋白（Cav1s和Cav2s）通过调节钙离子的进入参与基因调控、激素释放及突触传递等过程。CaVs受钙离子-钙调蛋白质（Ca2t/CaM）的反馈调节。前人研究表明复合物是以4︰2的形式存在溶液中，因为这些研究中的实验都受柱尺寸的限制，使得检测的相对分子质量范围限制在3~70kD，这就无法鉴别由于分子形状改变导致相对分子质量可能从81kD变成66kD的复合物。

因此，Eun 等利用沉降平衡实验分析，由于该方法与分子形状的改变没有关系，可以直接测量溶液中复合物的相对分子质量。沉降平衡实验结果表明：Ca² /CaM与Cav1.2PreIQ-IQ复合物在化学计量学上是以2：1的形式形成的复合物，Ca² /CaM与Cav1.2C-IQ复合物也是以2：1形式存在。而凝胶过滤实验误导了真实的化学计量学结果。

沉降平衡方法生物分子构象研究

沉降平衡法已成功地用于检测大分子构象的变化。通过测定蛋白质分子的沉降系数及扩散系数，可以分析蛋白质在经修饰后其空间结构有无变化。

例：Song 等将沉降平衡法应用于染色质结构建立及其调控的分子机制的研究中，取得了突出的成果。2100433B

具体方法较多，依据综合平衡的出发点不同，可形成四种基本方法：①资源法。资源是国民经济发展的基础，各地区各行业都有自身的资源优势，从其资源特点出发，可抓住主要资源的开发、加工和综合利用，进行全面的综合平衡。这种方法的优点有利于资源优势的发挥，可扬长避短，但有一定的局限性，未能全面考虑社会的需要性。②部门法。是指以重点建设项目为中心或以重点产品为中心或同时以两者为中心进行全面综合平衡的方法。其优点是重点突出，但也有易忽视其他方面的缺点，难于实现整个国民经济的协调发展。③最终产品法。该法是从最终产品的社会需求出发，进行全面综合平衡。可对中间产品的需求做出预测和安排，有利于实现资源-中间产品-最终产品之间的平衡，但易于出现需要与可能脱节。④总盘子法。首先从研究国民收入增长的可能性出发;然后安排生产建设和生活建设，依据制定的方针确定积累和消费的适当比例;再定产业结构;最后具体地进行其他各个方面的平衡。该法的优点是积极稳妥。从我国的现实情况看，可以总盘子法和最终产品法为主，以其它方法为辅，相互结合，才能做到全面综合平衡。上述方法都需要采用平衡表编制技术，即用表格形式把反映国民经济发展情况的各种参数罗列出来，进行分析研究。 2100433B

沉降分析原理简单，测定范围较宽(0．02～250μm)，测量结果的统计性和再现性高，所以被普遍采用。常用方法是沉积法、淘析法、流体分级法等。

沉积法不能分出各个单独产品，但能较快地测定细度和比表面。采用水、乙醇、水 甘油、乙醇 甘油、醚、苯、甲苯、丙酮、环己醇等作介质。常用分散剂有六偏磷酸钠、焦磷酸钠、水玻璃、氨水和氯化钠等。分散的方法有超声波分散、搅拌器分散、抽真空脱气、减压沸腾、介质中长时问混合、球磨、乳钵分散等，或几种分散方法联合使用。

淘析法和流体分级法由于可以直接得到各个粒级的产品，供进一步分别检测用，因此在选矿工艺中得到了广泛应用。淘析法的基本原理，是利用逐步缩短沉降时间的方法，由细至粗地，逐步地将较细物料自试料中淘析出来。流体分级法法与沉积法和淘析法的现象相同，但对细粒而言，运动方向相反，对一定的流体流动速度，小于一定粒度的细粒被流体带动向上，而粗粒沉下。此流体可以是水（即为上升水流法），也可以是气体（空气）。

为解决不平均沉降，一般都会在建筑工地上打桩，把桩基打至地底的岩石表面为止，使堆填地的沉降不致于影响建筑物的安全。 而对于路面或飞机跑道，则会在表面铺上至少一英尺厚的钢筋混凝土，使沉降发生时，路面足以承托交通所带来的压力。 另一方法是先挖走引致沉降的泥层，通常为污泥、粉粒、粘粒及腐植质，常为旧海床或旧树林，回填一般填土和压实。 或把去水带由地面打进引致沉降的泥层，再在工地上堆上重物如泥、石块、石矢，增加泥土压力，逼出水份，加速沉降。沉降达到一定程度后再建造。 或使用块状地基或隔橂地基，把建筑物浮在地基上，减少不平均沉降的影响。

建筑设计措施

1）建筑措施建筑的平面形状应力求简单，规则整齐，尽量避免形状复杂、阴角太多、建筑物有显著的高差或荷载差异。在软土地区建筑物的裂缝事故，往往是在高度或荷载有差异的建筑物为多见，尤其是高、低或轻、重单元连成一体未设置沉降缝时易发生。

2）保障质量加强原材料的进场验收，禁止不合格的材料进入施工现场。在进行砌砖时应遵循上、下错缝，内外搭砌的砌筑法。并注重砌体与非结构构件的可靠连接，来提高墙体的整体性。

3）设置圈梁在建筑物的基础和顶层处，宜各设置一道钢筋混凝土圈梁。其他各层可隔层设置，其主要作用是增强建筑物的整体性。它在一定程序上能防止或减少裂缝的出现，即使出现了裂缝也能阻止其发展。

4）建筑物的长高比及合理布置纵横墙由砖石结构建筑的纵横墙应当尽量保证贯通，横墙之间应保持适当距离，一般不超过建筑物宽度的1.5 倍为宜。纵横墙尽量保持直线，减少转折点，这样可以最大程度的提高建筑物的整体性。

5）设置沉降缝利用沉降缝可以有效地将建筑物进行分割，进而实现单元体化。从而使得各个单元体之间的沉降可以产生互补，减少不均匀沉降带来的对建筑物的不利影响。对于长度较长的建筑物以及不同建筑时期或者同一建筑时期的不同部位都应该进行沉降缝施工，并保证沉降缝宽度的要求。

6）相邻两个建筑物的影响建筑物不仅仅使建筑物的地基发生形变，由于压力的扩散作用，将会导致相邻的土层也发生形变。因此，在建设建筑物时，两个建筑物之间应当保持一定的安全间距。

结构设计措施

1）减轻建筑的荷载在建筑设计时尽量减少自重应力，采用的建材计量选用自重轻、强度高的材料。同时还可以采用建设地下室或者半地下室的措施，来减少建筑物的沉降量。

2）增加建筑物的强度以及刚度尽可能的控制建筑物的长高比，并可以适当的增加横墙的数量，这样有助于增加建筑物的整体性和刚度。在此之外，可以从建筑物的结构上出发，增强建筑物的整体性。即便发生较大的沉降，也可避免发生较大的挠曲变形。在一定程度上减少裂缝的发生，即便产生了裂缝，也可以阻止裂缝的继续扩大发展。

3）建筑物的上部结构应当采用静定结构建筑体系针对地基比较软弱的建筑物、工业厂房，都可以考虑采用静定结构的结构体系，这样可以减轻不均匀沉降带来的后果。

4）设置施工后浇带设置施工后浇带，这是一种先“放”后“抗”的方法，进行后浇带的部位通常设置在建筑的主楼以及副楼的结构受力比较小的部位。在分别对建筑物的主楼以及副楼进行浇带施工时，应该从基础梁、墙、基础顶板到上部结构的梁和板都提前预留出进行浇带施工的地方。等待主楼与副楼完工之后，再利用钢筋混凝土将主、副楼进行补强施工，使整个结构连成一个整体。这样施工可以先对建筑物的沉降进行先“放”，使得建筑物发生一部分沉降之后再进行浇带施工，再进行“抗”。即通过构造措施，提高砌体强度，加强墙体的整体性和抗裂能力，减少墙体变形。

地基基础设计措施

1）在地基基础设计时 ，应当以控制建筑物变形为主。设计单位在进行设计时，应当对基础最终沉降以及偏心距离进行有效的验算。

2）在进行基础地基设计时，设计人员应当有意识的针对建筑物的刚度和强度进行加强。采用各种形式，减少或者消除基础的挠曲变形。

3）当低级的本身力学性能不能够满足建筑的的支撑需求时，必须要采取一定的技术措施对其进行处理。

4）对于同一建筑物，应当尽量采用相同的基础，并兼基础埋置在同等厚度的土层之中。如果采用不同的基础形式，建筑物的上部结构必须要断开，尤其是在地震区。