DE1558940A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Teilchen unterschiedlicher Massen - Google Patents

Description

DR.-INB. L DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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28.11.1967

Edward Hills Purcell
5 Wright Street
Gambriäge, (Mass.) U,S.A.

Howard Curtis Berg
182 Appleton Street
Cambridge j (Mass.,) U, S.A,

Verfahren und Vorrichtung sur Trennung von T ei lohe u nnterijchledlichöi' Massen

Mg Erfindung betrifft ein Verfahren und tforrLehtiuigen zur i'rennung von Teilchen unterschiedlicher Maß aera»

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Trennung

·■ . »υ von Teilchen unterhöhledlicher Massen erfolgte dia trennung

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28.11.1967 - -serin Abhängigkeit vom spezifischen Gewicht der bebreffenden Teilchen, wobei beispielweise "Schwebe-Sink-Systeme" zur Anwendung gelangten. Daneben wurden Teilchen auch in Abhängigkeit von ihrer £rö3e oder Gestalt voneinander ge~ trennt, beispielsv/eisje srlt Hilfe τοη Sieben oder Vorrichtungen, die eine Unterscheidung der Sediaentationsgosehvin-» digkeiten erlaubten. Daneben ist es auch bekannt, unter Ausnutzung der Chromatografie eine Trennung in Abhängigkeit von den chemischen Affinität an der Seuchen ku vollsiehen· Es ist jedoch noch nicht gelungen, befriedigende 'vorfahren und vorrichtungen zur Trennung von Seilchen ia Abhängigkeit von ihrer Masse zu entwieksln. Dies ist Aufgabe cUr vorliegenden Erfindung.

Die Si'flndung eignet sich insbesondere mit Yortoil für die Abtrennung sehr kleiner teilchen, beispielav-'elrja iyolsküle, welche ungeordnete Bsv/egungen ausführen. SoaJi» der Erfindung wird eine Mischung solcher Teilchen in ein fediuia eingeführt,, a.B. in eine v/äßrigs Flüssigkeit, welolisc anschlisiBenü veranlaßt wird, icit relativ nicdrigor, mittlerer

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Geschwindigkeit eine lineare Strömung' abs au führen« Infolge dieser Ströiuung liegt in einer Richtung quer sur linearen Strömungsrlchtuag ein variables Greschwindigkeitsprofil innerhalb der Flüssigkeit vor. Wenn die Strömung über eine ausreichend lange Zeitdauer hinweg aufrechterhalten wird, . d* tu, wenn die Strömungsgeschwindigkeit sehr gering xst_c mitteln sich die Einflüsse der ungeordneten Bewegung der einseinen Teilchen innerhalb der !flüssigkeit statistisch heraus und Teilchen as it der gleichen effektiven Masse innerhalb der Flüssigkeit haben das Bestreben₉ sich in der Richtung der linearen Strömung mit im wesentlichen der gleichen mittieren Geschwindigkeit zu bewegen» Die effektive Masse wird hier als die Masse eines ieilchens minus der T'iasse des Mediums definiert ₉ welches das !Teilchen ver~ 8-chlelrb. Auf diese Weise haben die Teilchen das Bestreben, sich in Gruppen oder Banden su aeparieren* und swar entlang der Richtung des Mediusistroraes und in Abhängigkeit von ihrer effektiven Masse.

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Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausfülirunga- formen der Erfindung dient im Zusaiaiaenhang mit beiliegen der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnitts aas icht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsforia sura

.-BW». --·· T-rennen von "Teilchan Hit relativ groBsn effektiven Hassen;

Fig. 2A und 2B Darstellungen dee variablen ßesehvindig&eitsprofilee deo bsi der Ausführungsforia naoii iig. 1 verwendeten ₉ flüssigen Mediuinsj

3A und 3B grafische Darstellungen der Dichteverteilung innerhalb dee Mediuma;

Pig. 4-A und 4B grafische Darstellungen der augenblicklichen Geschwindigkeiten bei swei representativen, individuellen Teilchen im flü38igen Medium?

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Pig. 5 eine Quersehnittsansieht einer weiteren

"bevorzugten Ausführungsforia der Erfindung zur ΐrennung von Teilchen mit relativ .kleinen effektiven Massen;

Pig» 6 eine andere Ausführungsforin der Erfindung

aur Srannung von Teilchen rait relativ kleinen effe ktiven Massen und

Fig. 7 eine Draufsicht der Ausführungform aus Pig.

Me Wirkungsweise der Erfindung wird zunächst mit Bezug auf die AuBführungsforra gernäß Fig. 1-4 näher erläutert. In Fig» I iat ein Kanal TO dargestellt, der einen trog- oder lcastenähn-• liehen Aufbau 11 mit einem Boden 12, Stirnwänden 13» H und Sei· tenvjänden 17 besitzt₉ wobei von letzteren lediglich eine Seitenwand in Pig. 1 dargestellt ist. Ein Paar von Barrieren, Sperren oder Prollplatten 15? 16 Bind innerhalb dea Kabale av/iochen den Soitenviänöon 17 befestigt. Bio Barri.oroi] I¹;/, Ib siud mit den Seitenv/änden verbunden und erstrecken sich swiaohGn ihnen. Die Prellplatte 15 lot in der Nähe der Stirnwand 13, die Prell-

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platte 16 in der iahe der Stirnwand 14 angeordnet. Eine Flüssigkeit 18, "beispielsweise Wasser oder eine wäßrige Lösung, wird auf der linken Seite des Kanals 10 zwischen der Stirnwand 13 und der Platts 15 eingeführt, bis der Kanal auf eine Höhe gefüllt ist» die in Fig. 1 Bit a_Q angegeben ist. Die Höhe h_Q reicht von der Oberseite des Bodens 12 bis zur freien Oberfläche der Flüssigkeit. Wenn die Flüssigkeit 18 veranlaßt wird, mit sehr niedriger, mittlerer Geschwindigkeit V_o,_r„ von links nach rechts

avg

in Fig. 1 im Kanal 10 zu fließen, läßt sich die dabei auftretende Strömung durch sine niedrige Reynold-Zahl als viskose Strömung charakterisieren» Es bildet sich quer nur Ströaungerichtung ein variables ßesehwindigkeitsprofil im fließenden Medina derart aus, daß eine masiaale Geschwindigkeit V₀ an. der freien Oberfläche der !Flüssigkeit (h=h ) vorliegt. Progressiv niedrigere Geschwindigkeiten (V₁₁Vp₅...) liegen inRichtung auf den ICanalboden vor. Am Boden des Kanals (h«0) ist die Geschwindigkeit des fliessenden Mediums Mill, Die Gesehwindigkeitaverteilung ist in den Pig, 2A und 2B dargestellt„Wegen der relativ niedrigen, mittleren Geschwindigkeit brauchen im viesentliehen keine Surbuienseffekte in Betracht gezogen werden. Die Bodenfläche der Prellplatten 15 und 16 muß parallel zur Oberseite des Bodena 12 sein, so daß

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das SesGliwInäigkeltspi'ofil von Stirnband 25U Stirnwand im wesentlichen !konstant ist* ,

Be ira Punkt A ve circa von der Prellplatt-e 15 in der linken Hälfte des Kanals 10 wird ein Material eingeführt, das eine Mischung aus votieinaMer zu trensenden -Teilclien entliälto Bei der Einführung des Materials bewegt sich die flüssigkeit nieilt, so daß in Längsriclitiing. des Kanals keine lineare Strömung vorliegt» Der Kanal wird horisotital ausgerichtet., so daß das Material (und die -Flüssigkeit) der. Erdbeschleunigung (g ) unterlisgt,, die in Richtung des Pf'eilaa nach unten gerichtet ist» lach einer ausreichenden Zeitdauer se'dimentieren. die Teilehen in del' IPlüasig-Iceit rait einsr- spesifischen, \^rariablen Sichteverteilung = Ms Yariatioa der ^siloasndichtej (.d.h.' ieilchensahl pro 'Yoluineneinheit) in %-ertilcaler Richtung innerhalb dsr i'lüssigSieit ist durch das Boltamann-Seseta gegeben. Jeder Teilehensa-ts Kit der effektiven Masse κ* besitsf eine Dichtsverteilung der

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ist die Seilchsnsahl pro VoluiBeneituieit in der Höhe h? si/ χ ist die iEeilclienaalil pro Yoluiaensiiiheit in der Höhe O₅ d_oh„₉ as Boden des i&ials 10; g ist die quer zur Strömung gerichtete Beschleunigung, die' im vorliegenden Fall gleich der Erdbssehleunigung g^ ist; 2i ist die Höhe; S ist die absolute Temperatur und k ist die BoltSDiamikonsf-arite. V/is in den typischen Sichteprofilen 19 und 20 der Mg₀ 3A «nd 3B angegeben, halten oich raohr Teilchen in der Hähe des Kanal"bodens als an der Oberfläche auf. Die Yer=· teilungskurve für teilchen größerer effektiver Masse (3?ig,v J)A) unterscheidet sich von der Yerteilimgskurve für Seilchsti kleinerer effektiver Masse (fig- '3B) dadurch? daß die schweren 'leuchen in der Iahe des Bodens stärker konzentriert sind*

Jüiach der oben beschriebenen Sedimentation der Seilchen läßt man die Flüssigkeit mit sehr geringer, linearer Geschwindigkeit im Kanal 10 der Pig. 1 von links nach rechts strömen. Diese Strömung beeinflußt die vertikale Dichteverteilung insgesamt nicht* Die individuellen !Teil^Tien in der Flüssigkeit führen jedoch ständig die ungeordnete Brauasche Belegung aua. Somit ändert sieh die Position jedes individuellen Seilclions in der Flüssigkeit ( effektiv die Höhe des Teilchens) in ungeordnete!· Weise mit der Seit. Da die strömende Flüssigkeit oin variables, transversal ο β (γο-

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sehwindigkeitsprcfil in Abhängigkeit von der Höhe, besitzt, vgl, Pig. 2A und 2B* bewegt sich ein individuelles Teilchen im Kanal IO mit variierenden Geschwindigkeiten von links nach rechts, wenn es verschiedene, ungeordnete Stellungen in der flüssigkeit einnimmt. Sine repräsentative Darstellung der augenblicklichen Geschwindigkeit ν eines individuellen Teilchens (Beispielsweise aus der Verteilung gemäß Pig« 3A) in Abhängigkeit von der Zeit ist durch die ausgesogene Linie 21 in Fig, 4A dargestellte Ein weiteres individuelles Teilchen isit der gleichen effektiven Masse beoitst eine ungeordnete Bewegung«, die su der Sesehwindigkeltsdaraiellung der gestrichelten Linie 22 in Pig. 4A führt» Fur jades .Slnselteilohen existiert ©ine verschiedene Geschwindigkeitskurve. Jede dieser Geachwiadig?Äöitskurveii besitzt über eine spezielle Seitdauer genommen einen besonderen Mittelwert« Die jaittlere Geschwindigkeit irgend 9ines Teilchens ist im wesentlichen dieselbe wie diejenige eines anderen Teilchens ra It der gleichen effektiven Masss, vorausgesetzt„ daß die Zeitdauer, über welche hinweg die Geschwindigkeit gemittelt wird, im Vergleich zur Diffueioneaeit ausreichend lang ist, d«,ho» la Verglsich zu derjenigen Zeit, die erforderlich ist, damit das Teilchen vo& Boden zur Oberseite des vertikalen Diehteprofils

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diffundiert, Die Diffusionsseit t~ ist eine Funktion der Höhe h (aoale height)

vote! gilt h » ^k2

Weiterhin hängt die Diffusionszeit t-n von dsr Diffusionskonstante D des Teilchens in der Flüssigkeit ab«. 3Pür die Diffusions zeit t_D gilt;

2 D

Wenn die StröaungB2©it tp im Vergleich ait der Diffusionszeit t-^ auereichend lang gewählt ist, haben alle Teilchen rait der gleichen effektiven Masse das Bestreben im \tfesentliehen die gleiche mittlere Geschwindigkeit anzunehmen«, Diese Geschwindigkeit ist in Fig, 4A mit v_& dargestellt.

leichtere Teilchen (beispielsweise aus dem Verteilungsprofil der Fig. 3A) besitzen eine ungeordnete ßeschwindigkeiteverteilung der Art, wie sie durch die gestrichelte Linie 23 in Fig. 4B an«

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gegeben" ißt-„ Die leichteren Teilchen verbringen Im Mittel eine länger© Zeit in den Bereichen der höheren Geschwindigkeit, so daß in diesem lall die. mittlere Geschwindigkeit ν _ eines individuellen Teilchens - üeer eine entsprechend lange Zeitdauer hinweg gemessen - höher ist als die mittlere .-Geschwindigkeit v_o,_r„ der

• aνg

Teilchen aus Fi g«, 4A_S welche eine größere effektive Masse be-*· sitzen,«,. In der oben erläuterten Weise nehmen alle Teilchen slit der: gleichen -effektiven Masse nach der Zeit.tj, im wesentlichen die gleiche mittlere Geschwindigkeit an₅ vorausgesetzt, daß t-^ ■im-Vergleich zu t^ ausreichend lang gev;i,hlt wird, wobei- t_D die Diffusionsseit für die leichteren Teilchen ist_o '

V»^renn oornit ein Material, das eine Mischung aus Teilchen unterschiedliche :c effektiver Maese enthält, in die Flüssigkeit eingeführt värird, haben Banden oder Gruppen von Teilchen uit der
gleichen mittleren Geschwindigkeit das Bestreben, sich an unterschiedlichen Stellen in der-Flüssigkeit aussubildeiio Teilchen
mit kleinerer effektiver Masse bev/egen sich mit größerer mittlerer Geschwindigkeit und erreichen infolgedessen das rechte, oder Auslaßende des Kanals 10 früher als die Teilchen mit größerer effektiver Masse, welche sich mit geringeren laüfcleren Geschwindigkeiten bewegen. Auf diese V/eise stellt sich eine Trennung dei Teilchen in Abhängigkeit von ihren effektiven Massen ein*

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Das Ausmaß der Trennung, d.h., die Möglichkeit, leicht unterscheidbare, diskrete Teilchengruppen su erhalten, hängt von den mit Bezug auf t^ gewählten Werten von t™ ab. Insbesondere ist das Verhältnis der Bandbreite zur mittleren Entfernung, welche eine Teilehengruppe in der Zeit t-p durchläuft, näherungsweise gleich

Zwei Teilchenartea, welche sich in ihrer effektiven Masse um χ $> unterscheiden^ sind getrennt, wenn

näherungsweise gleich s/100 oder weniger ist»

Wie in den Kurven der Fig. 4B und 4A dargestellt, befindet sich ein einseines Teilchen im Verlauf seiner Wanderung in der Flüssigkeit von links nach rechts mehrmals am Boden des Kanals 10, d.h., bei einer Höh© tosO. Je nach der chemischen Struktur des betreffenden Mäerialee kann die Anziehungskraft zwischen c.em
Teilchen und dem Boden 12 dee Kanals 10 ausreichen, daß da· ^Λ Teilchen am Boden haftet und dort während einet Zeit verharrt, die im Vergleich zu t^ lang ist. Um diese Situation eu ver-

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raeiden ist es erforderlich,;, für die Oberfläche des Bodens einen Stoff zu wählen₉ von aera die Teilchen nicht adsorbiert wurden.

Im praktischen Betrieb aind das querverlaufende öeschwindigkeitsprofil der laimainaren Ströiaung₉ die Beschleunigung g₉ die StrÖ-■mungszeit. tj, und die absolute Temperatur T' bekannt, aο daß die Ourchschnitts-G-escli^indigkeit der Teilchen als Funktion von m¹ berechnet werden kann» Die Verschiebung des Massenmittelpunkts jeder !Teilehengrupp© innerhalb der Zeit t-™ ist infolgedessen '■ein Maß. für m^s _o Bo führt das erfiadmagsgemäß® Verfahren nicht nur au einer trennung der Teilchen in Abhängigkeit von ilarer effektiven Masse₉ sondern die Erfindung vermittelt auch ein Maß für jedem besonderen Wert von m°'_e

Obwohl die zuvor beschriebene Ausführungsform der Erfindung bei der Abtrennung zahlreieher Typen von Teilchan₉ insbesondere aolchen mit einor effektiven Mass© in der Srößsnordnung von etwa -1Ö¹ . Simasm. od®r m®hr brauchbar ist₉ let diese Ausführungsform doch feai der Trennung wan Teilchen; mit kleinerer effektiver Masse weniger- geeignete. Bei <3©r Aue führung® form nach Figur 1 -ist die quer Eur Strumungsriohtung gerichtete Beschiß migung gleich der

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Erdbeschleunigung g , die näherungsweise etwa 980 ca/sec beträgt. Bei relativen leichten Seuchen werden bei g - g_Q die Skalenhöhe h_g in Gleichung (2) und die Diffusionszeit t^ in Gleichung (3) unverhältnismäßig groß, so daß eine Trennung nicht bewirkt werden kann, es sei denn man nimmt eine außerordentlich große Zeitdauer in Kauf. Bei einem praktisch verwendbaren Gerät sollten jedoch sowohl h_Q und t^ annehmbar kleine Werte sein» Dies läßt sich dadurch verwirklichen, daß man relativ große Querbeschleunigungen, also große g's, verwendet. In dieser Hinsicht ist die in Fig» 5 dargestellte v«?eitere Ausführungsform der Erfindung brauchbar. Diese AusführungsforiD kann grundsätzlich als eine alternative Darstellung des Troges oder Kanals 10 aufgefaßt werden. Dem Kanal 10 ist in Fig. 5 ein zylindrisches Zentrifugensysten äquivalent, in welcher die-quergorichtete Beschleunigung extrem groß ist und beispielsweise in der Größenoxdnung einiger 1,000 g liegt. In Fig. 5 ist ein solches Zentrifugensysteni scheiaatisch dargestellt.

Das System umfaßt einen Zylinder 24 mit geeigneten Abschlüssen 25 und 26 an beiden Enden. Dsr Zylinder 24 rotiert um seine. Mittelachse zwischen ortsfesten Punkten und ist an flexiblen Drehwellen 27 und 28 aufgehängt. Eine Antriebsquelle 29 sorgt für

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eine Rotation des Zylinders mit ausreichend hoher Geschwindigkeit, .".beispielsweise· .129000·'"Umdrehungen pro Minute, so daß in einer zur Drehachse des Zylinders querverlaufenden Richtung große Beschleunigungen, "beispielsweise 4₉000g_o oder mehr auftreten. Der Zylinder kann aus Aluminium ₉ rostfreiem Stahl oder anderen geeigneten Werkstoffen gefertigt und innerhalb eines Gehäuses 32 in einer temperaturgesteuerten HeI iuKjatm ο Sphäre 31 gehalten sein«, Ein Einlaßrohr 30 an der Oberseite des Zylinders 24 dient als FlüssigkeitseinlaSo Wenn Flüssigkeit in die Zentrifuge eingefüllt ist, bildet sie einen dünnen Film 53 an der Innenfläche 34 der Zylinderwand aus«, Die letztlich erreicht©Dicke dieses Slliaes ist durch die Höhe der Zylindrischen Barriere an der Auslaß&ffnung bestimmt. Diese Höhe beträgt s.B* etwa 1

Im Betrieb-" "wird eine ausreichende Menge einer noch keine Teilchen enthaltenden flüssigkeit, beispielsweise eine wäßrige Pufferlösung, durch das Rohr 30 eingeführte so daß" sich ein film ausbildet, dessen Dicke der Höhe der erwähnten Barriere gleich ist_o Nunmehr wird eine Prob© einer ELÜssigkeit, welche eine Mischung aus zu trennenden Teilchen enthält, durch das Einlaßrohr 30 sugeführt· Dabei kann es sich beispieleweise um eine wäßrige Pufferlösung handeln, die eine Mischung aus Proteinen mit verschie-

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denen effektiven !fassen enthält» Die Teilchen sedimentieren innerhalb des Flüssigkeitsfilios 33» "bis sie dort entsprechend dem Boltzmann-Gesets (1) verteilt sind₉ wobei nunmehr die Höhe h ausgehend von der Innenfläche des Zylinders 54 in einer Richtung, senkrecht aur freien Oberfläche der Flüssigkeit gemessen wird* Die erwähnte Dichteverteilung bildet sich innerhalb der flüssigkeit in der Nähe des oberen Sylinderendes aus» V7enn anschließend weitere 5 teilchenfreie Pufferlösung durch das Rohr 30 mit konstanter Geschwindigkeit augegeben wird, fließt das flüssige Medium im-Zylinder parallel au der Drehachse nach unten. Dabei separieren sieh in Abhängigkeit von der effektiven Teilcheniaasse Gruppen von ieilehen in einer Weise ab, die der zuvor im Zusammenhang mit Fig« 1 erläuterten Abtrennung entspricht. Die Strömungsgeschwindigkeit der an der Zylinderwand von der Oberseite aum Zylinderboden strömenden Flüssigkeit ist sehr klein, beispielsweise einige cm/h. Infolgedessen ist t-^, relativ lang«, Das wäßrige Medium fließt bei der dargestellten Ausf uhrungsform aus dem Boden des Zylinders durch die.Öffnung 35 ab, wo es, wie nachstehend noch beschrieben, aufgesammelt und zum Zwecke einer Analyse abgepumpt werden kann.

Zur Gewinnung separierter Teilchengruppen oder -banden wird bei

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der Ausführungaform gemäß Hg₀ 5 Z₀B₀ dia folgende Methode benutats Die aus der öffnung 35 antretende flüssigkeit wird in einer ringförmigen Schale 36 gesammelt* die innerhalb des Gehäuses 32 angeordnet ist* Bie Innenwände der Schale 36 werden periodisch mit teilehenfraier flüssigkeit aus einer "besonderen, nicht dargestellten Quelle₉ gespülte Di© vereinigten Flüssig-» keiten werden aus der Schale 36 in einen üblichen Fraktioneneammler 37 mit Hilfe eines geeigneten Pumpaystesis 38 überführt, so daß die den Zylinder zu unterschiedlichen Zeitpunkten verlassenden Proben jeweils zu versohiedenen Fraktionen aufgesammelt werden» .Di© Gruppen mit leichteren Teilchen kommen am Boden des Zylinder® 24 vor den ©nippen aus schwereren Seilshen an und werden infolgedass©E in <ä®n ersten-Fraktionen gesammelt. Durch Anwendung geeigneter ehemisohar T@shsik©sä kann der Inhalt der jeweiligen Fraktionenuatersueht ₉ analysiert und identifiziert

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teauohbar ist» las-

o 6; dsrg©@t©llt ο BIe erster H@M,S]fliaa©r 39

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art, daß zwischen den Seiteil·- und Stirnwänden der "beiden Zylinder relativ kleine Zwischenräume 41, 42 und 43 in der Größenordnung von 2,00, 0, 2 bsw» 0,2 mm entstehen« Die Doppelanordnung der Zylinder wird in nicht dargestellter Weise in Drehung versetzt, wie dies bereits "bei dem Zylinder 24 der Fig. 5 der Fall war. Der Rauia zwischen den Zylindern wird zunächst mit teilchenfreier Flüssigkeit gefüllt. Anschließend wird eine Flüssigkeitsprobe, die eine su trennende Teilchenniischung enthält ^ durch den Einlaß 44 eingeführt. Man läßt die Teilchen innerhalb des Mediums im oberen Abschnitt des erwähnten Zwischenraumes in Übereinstimmung ait der Boltsinann~Verteilung₉ wie oben erläutert, sedimen*- tieren. AIa nächstes wird reine Flüssigkeit mit konstanter Geschwindigkeit in den Einlaß 44 eingegeben» Das flüssige Medium bewegt sich nun parallel zur Drehachse der Zylinder, wobei Teilchengruppen oder -banden zwischen den inneren und äußeren Wänden gebildet werden» Am Auslaß 45 lassen sich diskrete Proben der ausströmenden Flüssigkeit, z.B. mit Hilfe eines Fraktion«^ kollektors, aufsammeln, wie dies zuvor beschrieben wurde. Auf diese V/eise findet man Teilchen mit einer bestimmten effektiven * Masse in Volumina, die von solchen volumlna separiert sind, welche Teilchen mit anderer effektiven Masse enthalten. Duroh geeignete, an sich bekannte Techniken, lassen sich die abgetrenn-

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ten Teilchen, tint ersuchen und ideiitif isieren»

Obwohl" die Ausführungsform der Pig» 6 eo konstruiert ist, daß sie mn ein© vertikale Achse gedreht werden kann_s kann diese Au'sführungsforEi such eo aufgestellt ν@τάβτι₉ daS sie um eine horiso-ntals. Aohss rotiert _B Jn Jedem Falle k&rm der Aufbau des Deckels -'am Einlaßende 44 In der Weise ausgebildet werden₉ wie es in lig. 7 dargestellt.'ist. Die Flüssigkeit" wird duroh ein pas- ■ sendee' Bohr am Einlaß 44 eingeführt und läuft durch ein Kanalnets 46 in den Eaum 41 zwischen den inneren und äußeren Sylinderwändeno¹ Die ^ersv/eigten Kanäle gewährlsisteasf daß die Flüssigkeit gleichförmig über den Zwischenraum zwischen den Zylindarwänden verteilt wird» Per Aufbau des Zylinderabsehlusses am Auslaß 45 kann ebenfalls* wie in Pig, 7 dargestellte ausgebildet werden» Es ist wesentlich, daß das Gesamtvolumen der Kanäle ausreichend klein ist und daß die mittlere Geschwindigkeit der Flüssigkeit in den Kanälen. im-Tergleich sur Sediiaentationsgeschwindigkeit der Teilchen in der Flüssigkeit groß ist.

Bei jedem der zuvor beschriebenen Ausführungeforiaen der Erfindung ist es erforderlich, daß die dem strömenden Medium mitgeteilte Querbeechleunigung am Boden (h=0) überall senlcrecht zur Oberfläche des Mediums ist„ Anders würde nämlich irgend eine

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geringe Örtliche Dichtevariation des Mediums» äie beispielsweise auB der Anwesenheit der zu trennenden Teilchen herrührt, su einer unerwünschten Strömung mater des Einfluß der parallel zur Oberfläche gerichteten Beschleunigungskoaponente führen· Dies läßt

«•en sich "bei der Ausführungsform gemäß Fig. ί leicht erreich/, wenn nur der Kanal 18 in horizontaler Lage verbleibt· Bei den Ausführungsformen nach Pig« 5 und 6 tritt jedoch eine gewisse Schwierigkeit auf. Bei diesen Prehanordnungen ist die Geeamtbeschleunigung (nämlich die Vektorsurame der zentrifugalen Beschleunigung und dar nach unten gerichteten Erdbeschleunigung).nicht senkrecht sur Zylinderfläche gerichtet. Die Gesamtbeschleunigung verläuft vielmehr senkrecht zur Oberfläche eines Paraboloids. Die Form dieses Paraboloids hängt von der Drehgeschwindigkeit ab. Bei hoher Rotationsgeschwindigkeit ist die Porm näherungsweise zylindrisch« Dementsprechend kann beispielsweise die Innenfläche des Zylinders 24 in Fig. 5 entsprechend gestaltet werden« Obwohl es möglich ist, die Innenseite des Zylinders so au bearbeiten, daß die gewünschte Gestalt entsteht, sind erfindungsgemäß doch zwei andere Verfahren vorzuziehen: Beim ersten Verfahren wird eine kleine Probe eines geeigneten, flüssigen Kunstharzes (beispielsweise ein Epoxydharz, das mit einen geeigneten Härtemittel vermischt ist, oder eine wäßrige Pufferlösung, die die

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Komponenten, ©ines Polyaerylaiaid~Gel® enthält) in den leeren, rotierenden Zylinder durch den Einlaß eingeführt» Das Harz breitet sich auf der inneren Zylinderwand aus? bis seine freie .Oberfläche: genau senkrecht sur resultierenden Beschleunigung gerichtet ist. In dieser Lage härtet das Harz-aus und bildet eine feste Oberfläche der gewünschten Form» die jedoch von der Jeweils benutzten Ratationsgeschwindigkeit abhängt» Das Hars kann sich fest mit der Metallwand des Zylinders verhaften und so ein Teil des Zylinders werden. Bei dem zweiten Verfahren wird ein hochviskoses, jedoch noch plastisches oder deformierbares Medium in den rotierenden Zylinder eingeführt„ Das spezifische Gewicht dieses Mediums' ist größer als dasjenige der Flüssigkeit, in welchem ,die Seilchen abgetrennt werden sollen. Das plastische Medium und die Flüssigkeit sind unmieohbar. yWenn die die Seilchen enthaltende Flüssigkeit ein wäßriger Puffer ist, kann das schwerere, plas>tische Medium beispielsweise ein Haloearbon- oder FluorearbonÖl mein). Die Zwischenfläche zwischen dem Medium und der Flüssigkeit und somit die Unterseite der die Teilchen enthaltenden Flüssigkeit erhalten auf dies© Waise d£© gewünscht© Paraboloidforal h@t allen angewandten Hetationsgesehwindigkeitea.

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naoh Hg, 6, mit horizontal verlaufender Achse umläuft, treten die zuvor besprochenen Probleme nicht auf, vorausgesetzt die Innenfläche dee äußeren Zylinders ist f ο ringet reu. Dies liegt darin, daß sich in diesem Fall der Einfluß der Erdbeschleunigung zeitlich herausiaittelt, Die beiden oben angegebenen Verfahren vermitteln jedoch den besten Weg zu gewährleisten, daß die Innenfläche stets"fonagetreu" ist.

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Claims (1)

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   T^a-t^e -a ^₁Ja₁ η S₁ p. J₁U₁₁C₁ h @_m

   „ Verfahren zum Trennen τοη !Teilchen unterschiedlicher. Massen» dadurch gekennzeichnet* daß man ©in die Seilchen enthaltendes» flüssiges Medium geringer Viskosität veranlaßt, eine lineare Strömung auszuführen, daß man das strömende Medium und die l'silehen einer quer zur Strömung gerichteten Beschleunigung ".unterwirft und daß man die dabei sich.bildenden Gruppen τοη 2eilciien derselben Hase© aus dem Medium absondert,

   2* Vorrichtung sur Durchführuiig des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch göksnnseichnets, daß ein einer Beschleunigung unter-.-werfb-ärer Behälter (1O> 24) äur .Aufnahme, des strömenden» flüssigen Mediusi© (18) vorgesehen ist ait 2eilchen©inlaß (30) und ©iaea Puspsystea (38) zur Aufrechterhaltung der Strömung^ und daß am Austrittsende (35) de© Behälter© ein. !Fraktionssammler (37) angeordnet ist., dsr die nacheinander ankommenden Gruppen von ieilchen derselben Hass© einsein aufßaamelt■„

   3, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennaeichneti daß der Behälter (10) der Erdbeschleunigung (g_Q) unterworfen¹ ist»

   4. Vorrichtung nach Anspruch 2 öder 3, dadurch gekennzeichnet» daI3 der Behälter (24·) höhlzylindrißch auagebildet ist und

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   umläuft, und daß das strömende₉ flüssige Medium aufgrund der Zentrifugalbesehlsunigung als dünner Ulm an der inneren Umfangßv/and des Behälters gehalten ist.

   5» Vorrichtung nach Anspruch 4₅ dadurch gekeimis&iehnetj daß iss Deckel des hohlz-ylindrisehen Behälters (24) ein Tergweigtes Kanalnets (46) vorgesehen ist* durch v/elches das flüssige Medium auf die Umfangswand des Behälters verteilt wird.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5_f dadurch gekennzeichnet, daß in einem Hohlsylinder (39) ein zweiter_s kleinerer Zylinder (40) angeordnet ist und das flüssige Medium iia Zwischenraum (41»42,43) swisehen beiden Zylindern strömt.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 4» 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Oberfläche der inneren Umfangswand des Behälters (24) so gestaltet ist, daß sie überall senkrecht aur örtlich auftretenden t resultierenden Beschleunigung liegt.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Behälters (10, 24) aus einem Material besteht, das die bu trennenden Teilchen nicht absorbiert .

   BAD OftiGäNAL - 25 2098U/1131

   A 36 095 m ■ -

   m - 123 -

   28..11*1967 * ' ■' . -

   9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungszeit (tp) der Teilchen verglichen mit ihrer Biffusionszeit (W) im flüssigen Medium lang ist,,

   10» Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß β etwa gleich oder kleiner x/100 ist, wobei χ der

   prozentuale üaterschied der effektiven Masse zweier zu trennender feUlchetisorten ist.

   BAß

   8 14/11 3:1