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沈降平衡とは?

ちんこうへいこう

沈降平衡とは、遠心力(または重力)による粒子の沈降と拡散による上昇が釣り合い、溶液中での濃度分布が一定に保たれた状態です。

沈降平衡(ちんこうへいこう)とは、溶液中の粒子や高分子に対して遠心力(または重力)がはたらき粒子を沈降させようとする力と、濃度勾配に起因するブラウン運動拡散によって粒子を分散させようとする力が釣り合い、溶液内での濃度分布が時間的に変化しない定常状態に達した状態をいいます。英語では「sedimentation equilibrium」と呼ばれます。

この平衡状態において、容器の底部ほど粒子濃度が高く、上部ほど低いという指数関数的な濃度分布が形成されます。この分布はボルツマン分布として理論的に記述でき、粒子の浮力補正質量(有効質量)、温度、拡散係数などと関係します。

超遠心機を用いた沈降平衡実験は、タンパク質や核酸などの分子量測定に活用されます。溶液を高速回転させた後、回転速度を下げて沈降平衡状態を待ち、光学的に濃度分布を測定することで正確な分子量が求められます。この手法はSvedberg(テオドル・スベドベリ)らによって開発され、生体高分子の研究に大きく貢献しました。

沈降平衡は大気圧の高度分布(気圧の高度変化)にも同様の概念が適用でき、大気科学の基礎でもあります。

使い方・例文

タンパク質の分子量を測定するとき、超遠心機で沈降平衡状態を作り出し、セルの底部から上部にかけての濃度勾配を解析することで正確な値が得られます。

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