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Verfahren und Einrichtung zur Wertbestimmung von koagulierend wirkenden Stoffen, insbesondere Fermenten bzw. von koagulierbaren Flüssigkeiten
Es kommt in der Chemie, vorwiegend in der
Fermentchemie, häufig vor, dass die Wirkung be- stimmter Stoffe, beispielsweise von Fermenten, nur dadurch gemessen werden kann, dass man diese
Stoffe auf koagulierbare Flüssigkeiten einwirken lässt und die Wirksamkeit des zu untersuchenden
Stoffes nach der Zeitdauer bestimmt, die bis zum
Eintritt der Koagulation vergeht. Umgekehrt kann auf diese Art auch die Wertbestimmung von koagulierbaren Flüssigkeiten vorgenommen werden. Messungen dieser Art wurden bisher auf primitive Art vorgenommen und waren viel- fach von subjektiven Einflüssen des Beobachters abhängig.
Einen besonderen Fall von Untersuchungen der geschilderten Art stellt die Prüfung von Lab- ferment und von Pepsin dar. Diese Fermente besitzen bekanntlich die Eigenschaft, Milch je nach ihrer Konzentration (Stärke) in einer mehr oder weniger langen Zeit zu koagulieren, je nach der Wirksamkeit des Fermentes. So werden solche Untersuchungen in zahlreichen Käsereibetrieben und Fermentfabriken zur Anwendung gebracht.
Die bisherigen für solche Zwecke angewendeten Untersuchungsmethoden bestanden darin, dass man beispielsweise im Falle Labferment Milch in eine innen dunkelgefärbte Porzellanschale brachte, bei einer bestimmten, genau eingehaltenen Temperatur Labferment in bestimmter Menge zufügte und den Augenblick des Zusatzes genau mittels einer Uhr, zweckmässig einer Stoppuhr, festlegte. Nun wurde die Milch gerührt und der Augenblick abgewartet und mittels der Stoppuhr registriert, in welchem die Milch koagulierte. Aus der registrierten Zeitspanne zwischen dem Einbringen des Labferments und dem Beginn der Koagulation war die Wirksamkeit des zu untersuchenden Labferments zu erkennen. Es ist klar, dass eine solche Methode subjektiven Einflüssen der die Untersuchung durchführenden Person unterworfen ist. Schon das Ablesen der Uhr bzw. die Betätigung der Stoppuhr bedingt gewisse Fehler.
Noch grösser aber ist der Fehler, der dadurch entsteht, dass man den Augenblick der Koagulation, wenn sich das C1seinogen in Paracasein verwandelt, was optisch in Form einer Ausflockung auswirkt, mit dem blossen Auge selbst auf der dunklen Porzellanschale nicht genau wahrnehmen kann.
Die Erfindung bezweckt unter tunlichstem Aus- schluss der subjektiven Einflüsse der unter- suchenden Person eine möglichst genaue Wert- bestimmung von koagulierend wirkenden Stoffen, insbesondere Fermenten bzw. umgekehrt eine genaue Wertbestimmung von koagulierbaren
Flüssigkeiten zu erreichen. Dies wird gemäss der
Erfindung verfahrenstechnisch dadurch erreicht, dass von der Mischung aus koagulierend wirkendem
Stoff und koagulierbarer Flüssigkeit in aufeinander folgenden gleichen Zeitabschnitten Proben in Form von Benetzungsschichten durch einen Tauch- körper entnommen, mittels diesen zwangsläufig einer Stelle zur Überprüfung des Zustandes der
Mischung in den Probeschichten zugeführt und dann wieder in die Flüssigkeitsmischung zurück- geführt werden. Durch die gleichmässige und in gleichen Zeitabständen erfolgende Überprüfung bzw.
Beobachtung der dünnen Probeschichten kann der Zeitpunkt der beginnenden Koagulation sehr genau festgestellt werden, da sich in den dünnen Probeschichten schon die erste Flockung besonders deutlich abhebt. Um in diesen Belangen Beobachtungsfehler noch weiter auszuschliessen, ist es vorteilhaft, die Proben mittels eines durchsichtigen Tauchkörpers zu entnehmen und in der Durchsicht bzw. bei durchscheinendem Licht zu überprüfen. Ferner ist es vorteilhaft, den Tauchkörper an verschiedenen Stellen der Flüssigkeitsmischung ein-und auszutauchen und zwischen diesen Stellen durch die Flüssigkeitsmischung zu bewegen, so dass in diesem Bewegungsabschnitt der Tauchkörper als Rührer wirkt und ein Setzen der Flüssigkeit verhindert.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist somit sehr einfacher Natur und kann dementsprechend auch mit Einrichtungen einfacher Art auf betriebssichere Weise durchgeführt werden. Eine solche Einrichtung besteht aus einem durch Führungsmittel zwangsläufig in einer Umlaufbahn geführten und durch Triebmittel in dieser Bahn bewegten Körper, einem in der Bewegungsbahn dieses Körpers liegenden, zweckmässig schalenförmigen Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeitsmischung und aus, diesem Behälter nachgeschalteten Mitteln zur Beobachtung des be-
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netzten Körpers nach dem Austauchen aus dem
Behälter.
Um bei verhältnismässig kleiner Um- fangsgeschwindigkeit des Tauchkörpers die auf- einanderfolgenden Zeitspannen des Eintauchens und der anschliessenden Beobachtung möglichst klein zu erhalten und damit die Genauigkeit in der Wertbestimmung zu erhöhen, ist es vorteil- haft, den Tauchkörper zu einem Flügelrad mit mehreren Flügeln auszubilden, das um eine über der Behälterschale verlaufende Achse drehbar an- geordnet ist. Die horizontale Drehachse für den
Tauchkörper ist auch in vielen anderen Belangen vorteilhaft ; sie ergibt eine in einer lotrechten
Ebene liegende Bewegungsbahn der Tauchflügel und macht es möglich, die Mittel zur Beobachtung des Tauchkörpers, die zweckmässig aus einer
Beleuchtungsvorrichtung undeiner Vergrösserungs- optik bestehen, besonders günstig mit Bezug zur
Bewegungsbahn anzuordnen.
Die vorstehend angeführten Teile der Ein- richtung lassen sich auch auf einfache Weise zu einem handlichen und gut übersichtlichen Gerät zusammenbauen. Ein solches Gerät bzw. eine solche Einrichtung weist einen Ständer mit quer verlaufendem Träger auf, auf dessen einem Ende der Tauchkörper gelagert und die Beleuchtungs- vorrichtung samt Vergrösserungsoptik befestigt und auf dessen anderem Ende das Triebmittel zum Antrieb des Tauchkörpers, zweckmässig ein
Elektromotor angeordnet ist, der durch einen
Untersetzungstrieb mit der Drehachse des Tauch- körpers in Verbindung steht. Dieser Ständer er- möglicht insbesondere auch die bequeme An- bringung eines Schalters für den Antriebsmotor und die Beleuchtungsquelle, sowie eines ein-und ausschaltbaren Zeitmessers, zweckmässig einer
Stoppuhr, in Sicht-und Griffbereich des Beobachtungsstandes.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung zur Wert- bestimmung von koagulierend wirkenden Stoffen bzw. von koagulierbaren Flüssigkeiten. Fig. 1 zeigt die Einrichtung in Vorderansicht, Fig. 2 den oberen Teil der Einrichtung in einem Schnitt nach II-II der Fig. 1. Fig. 3 zeigt die Einrichtung in Draufsicht. In den Fig. 4 und 5 ist ein Detail der Einrichtung in grösserem Massstab, u. zw. die Befestigung eines Flügels des Tauchkörpers in einem Schnitt nach IV-IV der Fig. 5 und in einem Schnitt nach Linie V-V der Fig. 4 dargestellt.
Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem starken Dreifussstativ 1, auf dessen Säule l' oben ein Querträger 2 beweglich angebracht ist.
Auf dem einen Ende dieses Trägers 2 ist ein Reflektor 3 befestigt, u. zw. zentrisch zu einer Welle 10, die in einem ebenfalls auf diesem Trägerende befestigten Lager 9 drehbar lagert.
Die Welle 10 trägt zur einen Seite des Lagers 9 eine Rillenscheibe 8 und an ihrem aus dem Reflektor 3 herausragenden Ende ein aus vier Flügeln 4 bestehendes Flügelrad. 5 ist eine vor dem Flügelrad 4 befindliche Optik, bestehend aus einer Lupe. Der Träger 2 trägt auf der anderen
Seite einen Elektromotor 6, dessen Schnurrolle 7 durch einen über die Spannrolle 7'verlaufenden
Schnurtrieb 7"die Rillenscheibe 8 antreibt. Die
Spannrolle 7'sitzt lose drehbar auf dem freien
Schwenkende eines bei 31 schwenkbar am Träger 2 angelegten Hebels und wird durch ein Gewicht 32 so belastet, dass der Schnurtrieb 7"gespannt bleibt.
Der Reflektor 3 ist innen mit drei Glühlampen 11 ausgestattet und vorne durch eine Milchglasscheibe
12 abgedeckt. Das Lager 9 trägt ganz aussen einen drehbar gelagerten Schwenkarm 13, an dem sowohl in der Längsrichtung verstellbar als auch drehbar mittels eines Hilfsarmes 13'die Lupe 5 befestigt ist. Auch die Verbindung 13"der Lupe 5 mit dem Hilfsarm 13'ist eine verstellbare. Die Lupe 5 kann demnach in allen Raumrichtungen verstellt und festgestellt werden.
Die Flügel 4 reichen in eine Porzellanschale 14 die mittels eines Halteringes 15 an der Stativ- säule l'beweglich befestigt ist. Ebenfalls an der
Stativsäule l'ist mittels einer Fixierschraube 16 ein Druckknopfschalter 17 derartig angebracht, dass bei Einschaltung des Stromes für den Motor 6 gleichzeitig eine Stoppuhr 18, die durch drei Klemmen-M aufgehängt ist, betätigt wird. Der
Schalter 17 ist durch die Leitung 17'sowohl mit dem Elektromotor 6 als auch mit den Glühlampen 11 verbunden.
Das Flügelrad besteht im wesentlichen aus einer Nabe 20 mit vier Stummeln 21. Die Nabe 20 ist an der Welle 10 mittels einer Schraube 22 verstellbar befestigt. An den vier Stummeln ist mittels je einer Flügelmutter 23 je eine Glasplatte 24 zwischen zwei Klemmplatten 25 durch Klemmung befestigt ; die Klemmplatten können um den Stummel verdreht unter Festziehen der
Flügelmutter 23 in der Drehlage festgestellt werden. Die Klemmplatten 25 sind an ihrem inneren, die Glasplatte 24 ergreifenden Teil mit einer dünnen gerippten Gummiplatte 26 versehen, so dass die Glasplatte beim Einklemmen nicht beschädigt werden kann. Durch die vorstehend beschriebenen Einrichtungen 21, 23 und 25 können die Glasplatten 24 um den ihnen zugeordneten Stummel 26 verdreht und festgestellt werden, um die Rührintensität entsprechend der Flügelstellung zu ändern.
Der Motor 6 ist durch den Trieb 7, 7"und 8 derart untersetzt, dass das Flügelrad 4 150 Umdrehungen in der Minute macht. Demnach ist die Umdrehungszahl des Flügelrades eine solche, dass in jeder 0-1 Sekunde ein Glasflügel die Flüssigkeit verlässt und sich an der Beobachtungsoptik vorbei bewegt. die Ablesegenauigkeit beträgt somit ungünstigstenfalls 0-1 Sekunde.
Der Vorgang beispielsweise bei der Bestimmung : der Stärke eines Chymasepräparates ist folgender :
Das Chymasepräparat wird im Verhältnis von 1 : 100 mit destilliertem Wasser verdünnt ; von
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Pipette zugesetzt, die bei 5 cm3 einen Teilstrich besitzt. Da die Milchmenge eine konstante Grösse ist (100 oder 200 cm3), muss die Zeit genau ge-
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dagegen aber beispielsweise mit t = 41 Sekunden einen Wert von S = 117. 073. Bei der bisher geübten primitiven Untersuchungsart ist es nun sehr leichtmöglich, dass ein Irrtum von d= l Sekunde entsteht, was einen Fehler von 6000 Einheiten ergibt, der somit 5% des Mittelwertes ausmacht.
Das stellt jedoch eine Fehlergrösse dar, die nicht nur wissenschaftlich, sondern auch praktisch ins Gewicht fällt, insbesondere wenn noch berücksichtigt wird, dass beispielsweise gerade die Bestimmung der Wirkung des Labfermentes noch von anderen Fehlerquellen beeinflusst wird, deren Ausschaltung vorläufig noch nicht in der Hand des Chemikers liegt. Es ist dies hauptsächlich die Zusammensetzung der Milch selbst.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung wird der vorstehend dargelegte Fehler auf einen beliebig kleinen, jedenfalls aber auf einen ertragbaren Wert verringert. Man braucht nur die Zeitabschnitte, in denen die Proben in Form von Benetzungsschichten mittels des Tauchkörpers entnommen und der Beobachtungsstelle zugeführt werden, entsprechend klein zu wählen. Wird, wie bereits früher ausgeführt, die Umdrehungszahl des Flügelrades so gewählt, dass in jeder 0-1 Sekunde ein Flügel die Flüssigkeit verlässt, so beträgt die Ablesegenauigkeit ungünstigstenfalls 0-1 Sekunde, das sind in dem vorstehend angenommenen Beispiel 300 Einheiten.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Bestimmung der koagulierenden Wirkung von Fermenten beschränkt, sondern bezieht sich ganz allgemein auf die Wertbestimmung von koagulierend wirkenden Stoffen aller Art. Umgekehrt ist die Erfindung mit gleichem Vorteil auch für die Wertbestimmung von koagulierbaren Flüssigkeiten anwendbar. So ist beispielsweise die Feststellung der Koagulierbarkeit von Serumproteinen durch Hitze von besonderer Bedeutung in der Serologie. Bekanntlich lässt sich die Hitzekoagulation von Serumproteinen durch gewisse Zuckerarten verhindern. Für die Feststellung der eintretenden Koagulationen kann der vorstehend geschilderte Apparat mit Vorteil verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Wertbestimmung von koagulierend wirkenden Stoffen, insbesondere Fermenten bzw. von koagulierbaren Flüssigkeiten durch Messung der Zeitspanne zwischen der Herstellung einer aus koagulierbarer Flüssigkeit und koagulierend wirkendem Stoff bestehenden Mischung und dem Beginn der Koagulation, dadurch gekennzeichnet, dass von der Mischung aus koagulierend wirkendem Stoff und koagulier- barer Flüssigkeit in aufeinanderfolgenden gleichen Zeitabschnitten Proben in Form von Benetzungsschichten durch einen Tauchkörper entnommen, mittels diesem zwangsläufig einer Stelle zur Überprüfung des Zustandes der Mischung in den Probeschichten zugeführt und dann wieder in die Flüssigkeitsmischung zurückgeführt werden.