Коэффициент седиментации (с) частицы характеризует его седиментации во время центрифугирования . Он определяется как отношение скорости осаждения частицы к приложенному ускорению, вызывающему осаждение.
Скорость осаждения (в м / с ) также является конечной скоростью . Она постоянна , так как сила , приложенная к частицам под действием силы тяжести или с помощью центрифуги (обычно в упаковке десятков тысяч плотностей в качестве ультрацентрифуги ) уравновешиваются вязким сопротивлением (или «сопротивление») в жидкости (обычно воды ) через которой движется частица. Приложенное ускорение a (в м / с 2 ) может быть либо ускорением свободного падения g , либо, как правило, центробежным ускорением. . В последнем случае,это угловая скорость из ротора и г является расстояние частицы до оси ротора ( радиус ).
Вязкое сопротивление для сферической частицы определяется законом Стокса : 6πηr 0 v, где η - вязкость среды, r 0 - радиус частицы, а v - скорость частицы. Закон Стокса применим к маленьким сферам в бесконечном количестве жидкости.
Центробежная сила определяется уравнением: mrω 2 , где m - избыточная масса частицы сверх массы эквивалентного объема жидкости, в которой находится частица (см. Принцип Архимеда ), а r - расстояние частицы от оси вращения. Когда две противодействующие силы, вязкая и центробежная, уравновешиваются, частица движется с постоянной (конечной) скоростью. Конечная скорость сферической частицы определяется уравнением:
Преобразование этого уравнения дает окончательную формулу:
Коэффициент седиментации имеет единицы времени , выраженные в сведбергах . Один сведберг составляет 10 −13 с . Коэффициент седиментации нормализует скорость седиментации частицы к приложенному ускорению. Результат больше не зависит от ускорения, а только от свойств частицы и жидкости, в которой она находится. Коэффициенты седиментации, указанные в литературе, обычно относятся к седиментации в воде при 20 ° C.
Фактически, коэффициент седиментации - это время, которое потребовалось бы частице, чтобы достичь своей конечной скорости при данном ускорении, если бы не было сопротивления.
Вышеприведенное уравнение показывает, что s пропорционально m и обратно пропорционально r 0 . Также для несферических частиц заданной формы s пропорционально m и обратно пропорционально некоторому конкретному размеру.
Для данной формы m пропорционально размеру в третьей степени, поэтому более крупные и тяжелые частицы оседают быстрее и имеют более высокие значения svedberg, или s . Однако коэффициенты седиментации не суммируются. Когда две частицы соединяются вместе, форма будет отличаться от формы исходных частиц. Даже если бы форма была такой же, отношение избыточной массы к размеру не было бы равно сумме соотношений исходных частиц. Таким образом, при отдельном измерении они имеют значения Сведберга, которые не суммируются с величиной связанной частицы. Например, рибосомы обычно идентифицируются по их коэффициенту седиментации. 70 S-рибосома из бактерий имеет коэффициент седиментации 70 svedberg, хотя она состоит из 50 S- субъединицы и 30 S- субъединицы.