DE1769685A1

DE1769685A1 - Vorrichtung zum Fraktionieren der Fluessigkeit in einem Dichtegradientenrohr

Info

Publication number: DE1769685A1
Application number: DE19681769685
Authority: DE
Inventors: Allington John R
Original assignee: Instrumentation Specialties Co
Current assignee: Instrumentation Specialties Co
Priority date: 1967-11-29
Filing date: 1968-06-27
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1187547A; FR1574545A

Description

Instrumentation Specialties (US 692 617 - prio 29.11.67 Company, 3MB. Docket 5056 - Case 47 -

Lincoln, Nebraska 68507/V.St.A. -

Hamburg, 26. Juni I968

Vorrichtung zum Fraktionieren der Flüssigkeit in einem pichteffradlentenrqhr

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fraktionieren der Flüssigkeit in einem Dichtegradientenrohr mit einem offenen und einem geschlossenen Ende.

Ein Verfahren zum Trennen von makromolekularen Mischungen ist als Dichtegradientenzentrifugierung bekannt. Zur Trennung wird bei diesem Verfahren ein rohrförmiger Flüssigkeitsbehälter mit einem axial verlaufenden Dichtegradienten benutzt. Nach Bildung der Gradientensäule wird die zu analysierende oder zu trennende J makromolekulare Mischung auf die Oberfläche der Säule gegebene Wird das die Dichtegradientensäule enthaltende Rohr in einer Zentrifuge geschleudert, so beginnen sich die Makromoleküle abzusetzen. Die unterschiedlichen Moleküle wandern In der Säule herunter und zwar, wegen des Dichtegradienten Je MolekUlart üblicherweise mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit. Wird das Zentrifugieren beendet, so haben die Makromoleküle verschieden· quer im Rohr verlaufende getrennte Zonen gebildet.

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Eine der größten Schwierigkelten bei der Dichtegradiententrennung besteht im nachfolgenden Trennen oder Fraktionieren der verschiedenen Zonen im Rohr, um diese zu analysieren oder zu sammeln. Eine hierfür bekannte Vorrichtung ist bereits aus der USA-Patentschrift 3 151 659 bekannt. Bei dieser erfolgt das Fraktionieren durch Einführung einer schweren Flüssigkeit in das untere Teil des Dichtegradientenrohres, um die im Rohr enthaltende Flüssigkeit zum Analysieren oder sammeln aus diesem herauszudrücken. Diese bekannte Vorrichtung arbeitet zwar recht erfolgreich und zufriedenstellend, jedoch 1st eine Pumpanlage erforderlich, um die DichteflUssigkeit in das Zentrifugierrohr zu drücken. Es 1st daher erwünscht, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der keine Pumpanlage erforderlich ist und die einfacher aufgebaut ist und einen einfacheren Arbeitsablauf ermöglicht. Ferner ist es bei der bekannten Vorrichtung nachteilig, daß das Zentrifugierrohr durchbohrt werden muß, wodurch es nicht wieder verwendungsfähig 1st.

Es 1st daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet und trotzdem deren Vorteile, nämlich minimale Turbulenzen und minimale Verformungen der einzelnen Zonen, beibehält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung sum Fraktionleren der Flüssigkeit In einem Diohtegradientenrohr

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mit einem offenen und einem geschlossenen Ende dadurch gelöst, daß ein mit dem Diohtegradientenrohr axial fluchtender, einen Flüssigkeitsdurehlaß aufweisender Kolben vorgesehen ist, der dichtend in das Dichtegradientenrohr paßt und in dieses hinein verschiebbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also keine komplizierte Pumpanlage erforderlich und das Dichtegradientenrohr muß nicht angebohrt werden. Ferner ist die Vorrichtung sehr einfach aufgebaut und arbeitet mit minimalen Tür- m bulenzen und minimalen Verformungen der einseinen Zonen ,

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine auf die Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit innerhalb des FlüssigkeitsdurchlassGS ansprechende Meßeinrichtung vorgesehen. Mit deren Hilfe können die einzelnen Zonen analysiert werden.

Die Meßeinrichtung kann eine im Bireich des Flüssigkeitsdurchlasses liegende, optische Zelle, eine die optische Zelle und die in ihr enthaltene Flüssigkeit durchstrahlende Quelle für elektromagnetische Strahlung sowie eine auf die Strahlungsänderungen infolge der Veränderungen der pliysikalisehen Eigenschaften der Flüssigkeit ansprechende Auswerteeinrichtung enthalten.

Zur Messung der Relativbewegung zwischen Dichtegradientenrohr· und Kolben kann eine Meßskala vorgesehen sein, die eine genaue

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Bestimmung der Lagen der einzelnen Zonen ermöglicht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der ein AusfUhrungsbeispiel darstellenden Figuren.

Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung ^ gemäß der Erfindung.

Figur 2 zeigt vergrößert einen Schnitt entlang der Ebene 2-2

aus Figur 1.

Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-5 aus Figur 2.

Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung gemäß derErfindung enthält einen verhältnismäßig schweren Ständer 10, der beispielsweise aus Gußeisen besteht. Von diesem erstreckt sich eine vertikale Stütze 12 nach oben, an der ein Tragarm 14 befestigt ist. Parallel zum Tragarm 14 ist zwischen diesem und dem Ständer 10 ψ an der Stutze 12 ein Schraubenhalter 16 angebracht.

Etwa in der Mitte des Tragarmes befindet sich eine optische Strömungszelle 18. Diese enthält einen waagerechten Lichtgang 20 (Fig.3) in dem ein Paar zylindrischer transparenter Quarzfenster 22 befestigt sind, die voneinander entfernt angeordnet sind und zwischen denen sich ein vertikaler Flüssigkeitsdurch-IaB 24 erstreckt. Das obere Ende des Flüssigkeitsdurchlesses 24

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ist mit einer Ausflußleitung 26 verbunden, die mit Hilfe eines HohrverbindungsstUckes 28 an der Strömungszelle befestigt ist. Ein am Ende des Tragarmes 14 befestigter Lampenhalter 30 trägt eine Passung 32, in der fluchtend mit dem Lichtgang 20 eine Ultraviolett-Lampe 34 befestigt ist. Ferner ist am Tragarm 14 an der der Lampe 34 gegenüber liegenden Seite der Strömungszelle 18 eine optische Meßeinrichtung 36 angebracht. Diese ent- ^j hält einen entsprechenden Filter und eine Fotozelle (nicht gezeigt) und nimmt die von der Lampe 34 ausgesandte und durch den Lichtgang 20 hindurch tretende Strahlung auf. Die Ausgangsklemmen der Meßeinrichtung 36 können mit einer Verstärker- und Aufzeichnungaschaltung verbunden sein, wie sie schematisch als Aufzeichner 38 dargestellt ist. An der unteren Fläche der optischen Strömungszelle 18 ist, sich nach unten erstreckend, ein zylindrischer Kolber 40 befestigt. Das untere Ende dieses Kolbens weist eine Nut 42 auf, in der ein elastischer Dlchtungs- J ring 44 ruht. Der Kolben 40 Ir-S eine a::lsle Öffnung 46, die am unteren Ende in einen konischen Einlaß 40 Übergeht.

Im Schraubenhalter 16 ist ein Schlitz ; 0 mit einer glatten, halbzylindrischen Fl-ione 52 (Fig.3) vorgesehen. An dieser Fläch« 52 liegt eine Führur ^schraube 54, uin mit HlLfο einer Nutnoutter 56 derart im Schlitz befestigt *ßt, daß das Gewinde der Führungeschraube 54 Ln das Gewinde der Hutmutter eingreift. Die

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hutmutter 56 wird mit Hilfe einer Schraube 58 im Schlitz 50 gehalten. Das untere Ende der FUhrungsschraube 54 1st mit Hilfe einer Schraube 60 an der Welle 62 eines Synchronmotors befestigt. Eine Drehungen verhindernde Sperrstange 66 1st am Motor 64 angebracht und erstreckt sich nach oben durch eine Führung im Schraubenhalter 16 verschiebbar. Am oberen Ende der Führungssohraube 54 ist ein Drucklager 68 befestigt, das einen zylindrischen Rohrhalter 70 trägt. Die obere Fläche dieses Rohrhalters 70 bildet eine halbkugelfürraige Vertiefung 72. An seiner Außenfläche 1st eine Nut 74 vorgesehen.

In einer Halterung 78 ist eine geeichte Meßskala verschiebbar befestigt. Die Halterung trägt entsprechende Meßmarken und ist mit Hilfe einer Stellschraube 80 in vertikaler Richtung am Schraubenhalter 16 justierbar. Die Meßskala 76 1st etwa I-förmig und hat einen sich waagerecht erstreckenden Arm 82, der in die Nut 74 des Rohrhalters 70 reicht.

Ein Dichtegradientenrohr 84 kann mit seinem Bodenteil in die Vertiefung 72 eingesetzt werden, so daß sein offenes oberes Ende den Kolben 40 umschließt. Der Dichtungsring 44 bildet dabei eine flUssigkeitsdlchte Dichtung zwischen Kolben und Rohr.

Um den Inhalt einte Dlohttgradienttnrohre« 84 zu fraktionieren

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— ι —»

und nacheinander heraus zu befördern, wird das Rohr entsprechend den Figuren 1 und 2 in die Vorrichtung eingesetzt. Der Synchronmotor 64 wird dann angelassen und dreht die Führungsschraube 54, wodurch diese nach oben bewegt wird, weil sie im Gewinde der Nutrautter 56 geführt ist. Der Rohrhalter 70 dreht sich infolge des Drucklagers 68 nicht mit, und das Dichtegradientenrohr 84 schiebt sich nach oben über den Kolben 40. Dieser drückt Λ den Inhalt des Dichtegradientenrohres 84 durch die öffnung 46, den Flüssigkeitsdurchlaß 24 in den Lichtgang zwischen Lampe 54 und Meßeinrichtung 36 und dann durch die Ausflußleitung 26 heraus. Der konische Einlaß 48 läßt die Flüssigkeit in einem gleichmäßigen langsamen Strom nach oben fließen, so daß die Dichtegradientenverteilung nicht beim Fraktionieren des Inhaltes und dem Austreten der Flüssigkeit aus dem Dichtegradientenrohr in die kleinere öffnung 46 gestört wird. Bei Änderung der optischen Eigenschaften der herausgedrückten Flüssigkeit ändert sich ebenfalls das Ausgangssignal der Meßeinrichtung 36 und wird M auf dem mit dem Aufzeichner 38 verbundenen Aufzeichnungsträger kenntlich gemacht. Die Bewegung des Aufzeichnungsträgers ist mit der Bewegung des Dichtegradientenrohres 84 synchronisiert. Der Synchronmotor 64 wird zusammen mit der Führungsschraube 54 angehoben. Seine Drehung wird mit Hilfe der Sperrstange 66 verhindert. Die Drehgeschwindigkeit der FUhrungssehraube 54 und damit die Strömungsgeschwindigkeit beim Herausdrücken der Flüssigkeit

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kann auf Übliche Weise verändert werden, beispielsweise durch Ersatz des Synchronmotors durch einen anderen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit oder durch Verwendung eines Motors mit einstellbarer Geschwindigkeit. Um die Führungsschraube zur Entnahme des Dichtegradientenrohres 84 in eine untere Stellung zu bringen, kann durch Entfernen der Schraube 58 die Nutmutter 56 ^ gelöst werden, wodurch die Führungsschraube 54 in ihre Ausgangsstellung zurück gleitet. Danach kann die Nutmutter wieder befestigt werden. Es ist auch möglich, statt dessen einen Motor 64 mit umkippbarer Drehrichtung zu benutzen.

Beim Heben des Rohrhalters 70 wird die Meßskala 76 mit angehoben. Ihre Eichung dient zur Bestimmung der Lage und Stärke der Zonen im Dichtegradientenrohr 84, so daß ein Zusammenhang zwischen der Lage der Zonen und dem mit Hilfe der Meßeinrichtung bestimmten optischen Eigenschaften der austretenden ψ Flüssigkeit herstellbar ist. Die Halterung 78 mit den Mebmarken ist vertikal justierbar, um den Unterschied zwischen dem Boden des Kolbens 40 und dem Lichtgang 20 zu kompensieren.

Nach dem Lesen der vorstehenden Beschreibung ergeben sich für den Fachmann verschiedene Abwandlungen und Änderungen, die alle unter die Erfindung fallen. Beispieleweise können anstelle der Ultraviolett-Lampe und der zugehörigen Meßeinrichtung andere

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Arten von Auswerteeinrichtungen benutzt werden. So ist es beispielsweise für den Fachmann klar, daß in dem beschriebenen bevorzugten Ausführungebeispiel auf die Aufzeichnungseinrichtung verzichtet werden und eine visuelle Anzeige der Änderung der physikalischen Eigenschaften der durch die Strömungszelle hindurch tretenden Flüssigkeit vorgenommen werden kann. Eine derartige Einrichtung ist sehr brauchbar beim Sammeln der Praktio- m nate in einem Sammler oder beim Überwachen der Zusammensetzung des Dichtegradienten mit einer überwachenden Fotozelle, die oberhalb der Vorrichtung mit Hilfe einer Rohrverlängerung befestigt 1st. Für den Fachmann ergeben sich weitere Abwandlungen der Erfindung» da die vorstehende Beschreibung sich lediglich auf ein Ausführungsbeispiel bezieht.

au: ma

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Claims

40 - '■ T7WS85

Instrumentation Specialties (US 692 617 ν prio 29.11.67 Company» 4ρβ. Docket 5056 - Case 47 -

Lincoln, Nebraska 68fto7/V.St.A. -

Hamburg, 26. Juni I968

P a t.__e. π tan sprue he

^ 1. Vorrichtung zum Fraktionieren der Flüssigkeit in einem Dichtegradientenrohr mit einem offenen und einem geschlossenen Ende, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Dichtegradientenrohr (84) axial fluchtender, einen FlUssigkeitsdurchlaß (24, 46) aufweisender Kolben (40) vorgesehen ist, der dichtend in das Dichtegradientenrohr (84) paßt und in dieses hinein verschiebbar 1st.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf Jk die Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit Innerhalb des FlUssigkeitsdurchlasses (24, 46) ansprechende Meßeinrichtung (j*4, 36).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine im Bereioh des FlUssigkeitsdurchlaeses (24, 46) liegende, optische Zelle (20, 22), eine die optisch· Zelle (20, 22) und di· in ihr enthaltene Flüssige k«it durchstrahlend· Quellt (3*) für tlektroeagnetisohe

OWGtNAL INSPECTED

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_ Or _,

Strahlung sowie eine auf die Strahlungsänderungen infolge der Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit ansprechende Auswerteeinrichtung (36) enthält.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* gekennzeichnet durch eine Meßskala (76) zur Messung der Relativbewegung zwischen Dichtegradientenrohr (84) und Kolben (40). Jj

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (40) starr an der Halterung (10, 12, 14) für die Vorrichtung befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (36) eine Fotozelle enthält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- ™ kennzeichnet, daß das Dichtegradientenrohr (84) auf einer mit Hilfe einer drehbaren Führungsschraube (54) in Richtung der Achse des Diohtegradientenrohres (84) und des Kolbens (40) verschiebbaren Halterung (70) befestigbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeiohnet, daß am Flüssigkeitsdurchlaß (24, 46) eine Aueflußleitung (26) angeschlossen ist.

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9· Vorrichtung naoh einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Xolben (40) zylindrisch ist und der PlUteigkeitsdurchlaß (24, 46) koaxial zu seiner Längsachse angeordnet 1st.

10. Vorrichtung naoh einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Dichtegradientenrohr (84) zugewandte Ende (48) des FlUssigkeltsdurchlasses (24, 46) erweitert 1st.

11. Vorrichtung naoh Anspruch 10_P dadurch gekennzeichnet, daß das den Dlahtegradientenrohr (84) zugewandte Ende (48) des PlÜsslgkeitsdurohlesses (24, 46) konisch 1st.

au: na

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