DE3874125T2

DE3874125T2 - Uv-abtastsystem fuer zentrifuge.

Info

Publication number: DE3874125T2
Application number: DE8888909862T
Authority: DE
Inventors: Robert Giebeler
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1987-10-29
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2008-10-21
Also published as: WO1989003986A1; DE3874125D1; EP0340279B1; US4830493A; CN1039123A; HU206771B; EP0340279A1; JPH02500028U; HUT53736A; JPH0742121Y2; HU886712D0; CA1295031C; CN1011554B

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Zentrifugen. Im besonderen betrifft die Erfindung ein optisches Abtastsystem zur dynamischen Verfolgung der fortschreitenden Schichtbildung in einer Probe während des Zentrifugationsvorgangs.

Zusammenfassung des Standes der Technik

Es ist bekannt, einen Zentrifugenrotor mit einer Probenzelle zu versehen und die Probenzelle während der Zentrifugation zu beobachten. Im einzelnen wurde im Stande der Technik eine Lichtquelle kollimiert. Das kollimierte Licht verläuft abwärts durch die Probenzelle durch obere und untere Fenster. Das kollimierte Licht verläuft genau parallel zu Ebenen der Probenschichtbildung im Überwachungs- oder Beobachtungspunkt. Das Abbildungssystem refokussiert das Probenbild in die Ebene eines Abtastschlitzes. Auf dem Weg zu dem Abtastschlitz verläuft das Licht durch ein Interferenzfilter. Ein zunächst dem Abtastschlitz vorgesehener Photodetektor ermöglicht den dynamischen Nachweis von Banden, während die Zentrifugation vor sich geht.
Es ist bekannt, Licht parallel nur zum Radius eines rotierenden Rotors zu kollimieren. Dies kann die Lichtintensität an der Probe erhöhen und ermöglicht es, daß die Schichten der Probe klar sichtbar sind.

Unterschied zum Stand der Technik

Es besteht ein bedeutsamer Unterschied zwischen diesem Stand der Technik und der Offenbarung in dem vorliegenden Patent. Im einzelnen und wie im Stand der Technik findet eine Kollimation radial bezüglich der Probe statt. Indem man, wie im weiteren dargelegt wird, einen toroidal gekrümmten und mit Gitterteilung versehenen Spiegel mit zwei diskreten Krümmungen verwendet, wird es möglich, die Probe unter chromatisch klassiertem Licht ausgewählter Frequenz und hoher Intensität zu untersuchen, wobei Brechungsgradienten in der Probe das abgetastete Probenbild nicht nennenswert beeinträchtigen.

Die Problemstellung

Moderne Zentrifugationstechniken machen den Nachweis der Schichtbildung einer Probe erforderlich, während die Probe klassiert wird. Leider können derartige Proben nahezu vollständig opak sein. Es ist daher eine wirksame Ausnutzung der Beleuchtungsstrahlung erforderlich.
Des weiteren besteht ein Bedürfnis nach einer monochromatischen Abtastung sowie auch nach einer Veränderung der Frequenz der monochromatischen Abtastung. Das heißt, die Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung, bei welcher die Proben untersucht werden, muß verändert werden. Und all dies muß innerhalb des zeitlichen Bereichs erfolgen, in welchem die Behandlung der Probe in der Zentrifuge stattfindet. Dieser zeitliche Bereich umfaßt einen Rotor, der mit einer Drehzahl von 100.000 U/min rotiert.
Es wurde gefunden, daß optische Abtasttechniken nach dem Stande der Technik zur Überwachung mancher Proben nicht ausreichend optisch empfindlich und genau sind, des weiteren, daß sie zu kompliziert sind, keine genügend gute Kollimation zur Erzielung einer guten räumlichen Abtastauflösung besitzen, nicht funktionieren, sobald in der Probe ein hoher Brechungsgradient existiert, und nicht bis zu 200 nm herab arbeiten.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Zentrifugenprobe wird optisch während der Zentrifugation abgetastet. Die in einen Zentrifugenrotor, der eine Zelle mit Fenstern, vorzugsweise Decken- und Bodenfenstern aufweist, eingebrachte Probe wird rotiert, bis eine Schichtbildung und Ausbildung diskreter Schichten in der Probe stattfindet. Derartige Schichten sind genau rechtwinklig zum Radius der Zentrifuge am Ort der Probe sowie parallel zur Rotationsachse der Zentrifuge gerichtet. Die Lichtquelle ist nur in einer Ebene kollimiert. Diese Ebene ist die Probenebene, welche die Rotationsachse der Zentrifuge enthält und durch die Probe verläuft. Die kollimierten Strahlen verlaufen genau parallel zur Rotationsachse der Zentrifuge über und durch die Schichten in der Probe. Das Licht wird durch einen Toroid-Spiegel mit zwei Krümmungen sowohl kollimiert als auch chromatisch gefiltert. Die zylindrische Form des Spiegels bezüglich einem Krümmungsradius bewirkt die Kollimation. Die Gitterteilungen des Spiegels bezüglich dem anderen Krümmungsradius bewirken eine chromatische Klassierung. In der zur Probenebene senkrechten Ebene ist das Licht chromatisch gefiltert und nicht kollimiert. Eine Schlitz- Abtastvorrichtung mit einem zur Probenebene rechtwinkligen Schlitz verläuft quer über die Breite der Probe unterhalb der Zelle. Diese querverschiebliche Schlitz-Abtastvorrichtung stellt mit hoher Genauigkeit die genaue Lage der Schichten in der Zelle fest.
Es wird ein bevorzugter optischer Strahlengang beschrieben, der eine punktförmige Quelle von moduliertem Licht hoher Intensität im Bereich von 20.000 W umfaßt. Die punktförmige Lichtquelle wird durch eine Öffnung von 1 mm oder weniger Durchmesser projiziert. Dieses Licht fällt auf ein toroidal konkaves Diffraktionsgitter, welches oberhalb dem Punkt der Zellenprobe liegt. Das Gitter ist mit zylindrischen Abschnitten in der Probenebene versehen. Das Gitter wirkt auch als Spiegel, welcher die Kollimierung in der Probenebene genau rechtwinklig zu den sich in der rotierenden Probe ausbildenden Schichten bewirkt.
Die Krümmung des zylindrischen Abschnittes ist solcherart, daß keine Kollimation bewirkt wird, wenn das Gitter um seine Rotationsachse gedreht wird. Der Spiegel ist mit einer Teilung als Diffraktionsgitter entlang zu der Probenebene rechtwinkligen Linien versehen. Die Probe wird im Zeitpunkt des Durchgangs der Zelle im Probenbeobachtungspunkt blitzartig beleuchtet. Licht von der Lichtquelle fällt auf den oberhalb der Zelle angeordneten Spiegel und wird chromatisch klassiert. Dieses Licht verläuft durch die Zelle in einer Bande von etwa 5 nm zu einem unteren Schlitz-Abtastdetektor mit einem darunter befindlichen Photodetektor. Der Schlitz-Abtastdetektor in Kombination mit dem Photodetektor liefert eine genaue Lokalisierung der sich in der Zelle während der Zentrifugation bildenden Schichten.
Der Spiegel kann um eine Achse verschwenkt werden, welche in der die Rotationsachse und den Radius im Probenbeobachtungspunkt enthaltenden Ebene liegt. Diese Achse der Spiegelverschwenkung liegt vorzugsweise rechtwinklig zur Rotationsachse des Rotors.
Der Spiegel ist mit Teilungen von ungleichem Abstand versehen, derart, daß eine einfache Verschwenkung die gewünschte chromatische Ausgangsgröße ergibt, ohne die Notwendigkeit einer Einstellung der Brennweite des Spiegels bezüglich der Probe, um das chromatisch klassierte Licht zu erhalten. Hieraus ergibt sich ein optisches Probenüberwachungssystem, das bis zu 4 Dekaden Lichtschwächung tolerieren kann, um den dynamischen Verlauf der Zentrifugation genau bei diskreten Banden mit erforderlicher hoher Auflösung zu ermöglichen.

Andere Ziele und Vorteile

Ein Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Beleuchtungsintensität einer Probe, während diese durch Rotation in einer Zentrifuge behandelt wird. Gemäß diesem Aspekt wird eine mit Blende versehene Lichtquelle in dem Augenblick, in dem eine Probenüberwachung vorgenommen werden soll, blitzartig moduliert. Das Licht von der Lichtquelle fällt auf einen Spiegel, der unmittelbar über der Probe liegt. Der Spiegel ist mit einer vorzugsweise zylindrischen Oberfläche in einer die Rotationsachse der Zentrifuge und den Radius des Probenpunkts enthaltenden Ebene versehen. Das Licht wird von dem Spiegel nach unten reflektiert und genau parallel bezüglich der Rotationsachse der Zentrifuge und in einer den Probenpunkt und die Rotationsachse des Rotors einschließenden Probenebene kollimiert. Ein rechtwinklig zu der Probenebene angeordneter Schlitz-Abtastdetektor ist unterhalb der Probe hin und her verschieblich. Dieser Detektor liefert eine genaue Identifizierung von Schichten des Schichtsystems durch ihre optische Absorption, während diese Schichten dynamisch im Verlauf des Zentrifugationsprozesses gebildet werden.
Ein Vorteil der Kollimation des Abtastlichtes nur in der die Rotationsachse des Rotors und den Probenpunkt enthaltenden Probenebene besteht in einer wirksameren Ausnutzung der Beleuchtung von der Lichtquelle. Beispielsweise ist es möglich, die Probe mit dem Zehnfachen der Beleuchtung zu beleuchten, die verfügbar wäre, falls die Probe mit einem normal kollimierten Lichtbündel beleuchtet würde, wobei das normal kollimierte Bündel eine Kollimation quer zur Probenebene einschließen würde.
Ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Abtastsystems besteht darin, daß extrem schmale Banden dynamisch verfolgt werden können, während sie aus der Probe herausklassiert werden. Der Sedimentationsvorgang der Banden (beispielsweise ihr Sedimentationskoeffizient) kann aktiv verfolgt werden.
Ein weiterer Vorteil der beschreibenen Kollimation besteht darin, daß hierdurch die Notwendigkeit der Zelle eines Abbildungssystems zur Refokussierung der Zelle aud die Ebene des Bilddetektors erübrigt wird. Dies ermöglich den Betrieb mit Auflösung in steilen Probenbrechungsgradienten.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Apparatur und Vorrichtung, welche die chromatische Abtastung der Probe bei verschiedenen Wellenlängen während des Zentrifugationsvorgangs ermöglichen. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist der Spiegel mit einer Gitterteilung versehen und gekrümmt. Vorzugsweise ist der Spiegel mit herrkömmlichen Teilungen von ungleichen Abständen versehen. Diese Gitter werden vorgesehen, um die Notwendugkeit einer Änderung des Abstands zwischen Spiegel und Probe für unterschiedliche Probenbeobachtungs-Wellenlängen zu erübrigen.
Ein Vorteil dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, daß eine einfache Verschwenkung des Spiegels, auf welchen das Licht der Lichtquelle auffällt, die Wellenlänge des die Probe abtastenden Lichtes verändert.
Ein weitere Vorteil dieses mit Teilung versehenen Spiegels besteht darin, daß er die wirksame Ausnutzung des Lichts an der Probe aufrechterhält, indem eine Kollimation des Lichts in der Ebene der in der Probe gebildeten Schichten vermieden wird. Eine erhöhte Beleuchtung wird an der Probe aufrechterhalten.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines gefalteten oder geknickten optischen Strahlengangs mit einem langen Lichtweg von der Quelle zur Probe und einem kurzen Lichtweg von der Probe zum Detektor.
Ein Vorteil dieses Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die Probe mit hoher Schärfentiefe durch nahezu vollkommen parallele Lichtstrahlen unabhängig von der Winkelstellung des Gitters untersucht wird. Gleichzeitig befindet sich die Probe, nachdem die untersucht ist, zunächst dem Detektor. Es kommt nur zu einer geringer Beeinträchtigung des optischen Bildes der Probe auf dem Weg zum Schlitzdetektor.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung; in dieser zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zentrifuge mit dem darin installierten optischen Abtastsystem gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Zentrifuge aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht in einer Ebene, in welcher eine chromatische Dispersion durch den mit Teilung versehenen Spiegel erfolgen kann,
Fig. 4 ein die Anordnung des Spiegels zur Erzielung genau paralleler Strahlen zur Abtastung der Probe veranschaulichendes optisches Schema,
Fig. 5 ein optisches Schema des mit der Probe aus Fig. 1 verwendeten gefalteten Strahlengangs zur Veranschaulichung der durch das hier beschriebene optische System erzielten Auflösung,
Fig. 6 eine teilweise abgebrochene Seitenansicht zur Veranschaulichung des Mechanismus zur Drehung bzw. Verschwenkung des Spiegels.
Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 ist eine sogenannte ''Ultrazentrifuge'' veranschaulicht. Einfach gesagt, treibt ein Motor M einen Rotor R zur Drehung um eine Achse A an. Dabei sind hohe Drehzahlen im Spiel. Es ist nicht unüblich, daß der Rotor R mit 100.000 U/min rotiert. Wie dem Fachmann bekannt, findet die Zentrifugation in einem Vakuum statt, um Mitnahmereibungsverluste zu vermeiden.
In einer Zelle S1 ist eine Probe enthalten. Die Zelle weist ein oberes Fenster 20 und ein unteres Fenster 22 auf, mittels welcher Licht parallel zur Rotationsachse des Rotors R hindurchtreten kann. Durch diese Fenster hindurch führt ein nach Maßgabe der Lehre der vorliegenden Erfindung angebildetes Prüflicht das Verfahren zur Untersuchung der Proben-Stratifikation während des dynamischen Zentrifugationsablaufs durch.
Licht wird innerhalb eines Rohrs T in Form einer rechteckigen Pyramide zum Auftreffen auf einen Spiegel M übertragen. Von dem Spiegel M wird das Licht abwärts durch den Rohrknick T1 und durch die Fenster 20, 22 in der Zelle S1 des Rotors R reflektiert. Nach dem Durchtritt durch die Fenster 20, 22 fällt das Licht auf einen Detektor D (vgl. Fig. 2). Wie weiter unten erläutert wird, ist der Detektor D ein verstellbarer Schlitz mit einer Verstellmöglichkeit über die radiale Länge der Probe.
Die durch die Zentrifuge erzeugten Kräfte liegen typischerweise in einem Bereich zwischen fünftausend (5000) Schwerkraftfeldern bis einer halben Million (500.000) Schwerkraftfeldern. Zweck der vorliegenden Erfindung ist die detaillierte Untersuchung der sich im Verlauf des Zentrifugationsvorgangs dynamisch ausbildenden Schichten. Ersichtlich würde ein Abbrechen des Zentrifugationsvorgangs zur Beobachtung der Probe gerade das, was man beobachten versucht, zerstören. Näherhin löst sich die Stratifikation oder Schichtbildung, welche unter dem Einfluß der großen Gravitationsfelder auftreten kann, häufig durch Diffusion, sobald die großen Schwerkraftfelder abgeschalter werden.
In der folgenden Anmeldungsbeschreibung müssen bestimmte Ebenen definiert werden. Nachdem diese Ebenen einmal definiert sind, gestatten die eine sinnvolle Diskussion der Konfiguration der Optik.
Als erstes ist die Probe typischerweise in einem Probenpunkt P angeordnet, sobald die Probe optisch hinsichtlich der Stratifikation oder Schichtbildung abgelesen wird. Der Probenpunkt P liegt längs einem von der Rotationsachse A der Zentrifuge ausgehenden Radius 26.
Eine Probenebene enthält die Rotationsachse A und den von der Rotationsachse ausgehenden und durch den Probenpunkt verlaufenden Radius 26. Diese Probenebene ist die Ebene, in welcher die Lichtkollimation stattfindet. Diese gleiche Probenebene ist die Ebene von Fig. 4.
Auch eine zu der Probenebene rechtwinklige Ebene muß beschrieben werden. Diese Ebene ist die Dispersionsebene und die Ebene, längs welcher die chromatische Lichtdispersion stattfindet. Eine Kollimation des Lichts findet in der Dispersionsebene nicht statt. Diese Dispersionsebene ist die Zeichenebene von Fig. 3.
Nachdem diese verschiedenen Ebenen dargelegt sind, kann die Funktion der speziellen Optik der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Diese Funktion umfaßt erstens die Kollimation des Lichts zur Herbeiführung der gewünschten Untersuchung der Schichten entlang der Probenebene. Zweitens wird die chromatische Klassierung des Lichts bezüglich der Dispersionsebene diskutiert. Und schließlich werden unter Bezugnahme auf Fig. 5 die Auflösungseigenschaften der Erfindung auseinandergesetzt.
Gemäß Fig. 3 tritt eine modulierte Lichtquelle L durch eine Blende 28 von vorzugsweise 1 mm oder weniger Durchmesser hindurch. Das Licht 40 von der Lichtquelle durchsetzt Rohrblenden 30 und 32 und fällt auf einen Spiegel M.
Mit Bezug auf Fig. 4 ersieht der Leser, daß die Lichtquelle L nicht dargestellt ist. Hingegen zeigt Fig. 4 Licht 40, das von dem Spiegel M ausgehend abwärts durch eine Probe 50 verläuft, einen Schlitzdetektor 52 durchsetzt und auf einen Detektor D auftrifft. Wie ersichtlich, vollführt der Schlitz 52 eine Abtastbewegung unterhalb der Probe 50. Bei dieser Abtastung werden zur Rotationsachse A genau parallele und zur Probenebene von Fig. 4 rechtwinklige Schichten identifiziert.
Der Spiegel M ist hier mit einer zylindrischen Form bezüglich der Lichtquelle L in der Probenebene von Fig. 4 gezeigt. Diese Zylinderform ist so gewählt, daß die Lichtstrahlen 40 genau in der Ebene von Fig. 4 längs einem zur Rotationsachse des Rotors R parallelen Lichtweg kollimiert sind. Auf diese Weise werden jeweils klassierte Sedimentschichten wie beispielsweise die bei dem Band B vorhandenen Schichten von den kollimierten Strahlen 40 jeweils genau parallel zu dem Band B durchsetzt.
Der Spiegel M ist längs einer Achse zur Erzeugung der kollimierten Strahlen geformt. Entlang der anderen Achse ist der Spiegel mit einer unterschiedlichen Krümmung und mit Teilungen mit verschiedenen Abständen versehen, derart, daß eine Verkippung des Spiegels Licht veränderlicher Farbe erzeugt.
Derartige Teilungen sind bekannt. Vgl. das US-Patent 3909134 (Pieuchard et al.) vom 30. September 1975. Zusätzlicher relevanter Stand der Technik betreffend die Konstruktion derartiger Spiegel findet sich in Pieuchard et al., US-Patent 3930728 vom 6. Januar 1976; Pieuchard et al., US-Patent 3721487 vom 20. März 1973; Laude et al., US-Patent 3942048 vom 2. März 1976 und Flamand, US-Patent 3628849 vom 21. Dezember 1971.
Die Gitterdrehung zur Wellenlängenänderung erfolgt etwa 30 von der zur Lichtquelle normalen Stellung. Die wirksame Krümmung für die Kollimierung ändert sich unabhängig vom Gitterwinkel nicht.
Die beschriebene optische Anordnung wird vorgezogen. Andere optische Mittel und Anordnungen, welche das Licht nur in der Probenebene kollimieren, können verwendet werden. Beispielsweise können Kombinationen von Linsen und Spiegeln verwendet werden.
Der Schlitz 52 traversiert den Detektor D hin und zurück längs dem durch den Doppelpfeil 54 angedeuteten Pfad. Bei einer derartigen Traversierung sieht der Detektor D die Unterschiede in dem Lichtempfang, wie in der US-Patentschrift 3712742 (Cohen) vom 23. Januar 1973 beschrieben.
Einige numerische Beispiele können nützlich sein. Im einzelnen ist die Lichtquelle L typischerweise eine modulierte Zenon-Lichtquelle. Im Blitzzeitpunkt umfaßt die Lichtquelle eine Ausgangsgröße im Bereich von 20.000 W.
Durch die im wesentlichen opaken Schichten, wie beispielsweise das Band B in der Probe 50 innerhalb der Zelle S1, kann eine starke Lichtschwächung auftreten. Die auftretende Lichtschwächung kann insgesamt in der Größenordnung von 17 Dekaden (10¹&sup7;) liegen. Die Lichtschwächung an der Probe kann 3 Dekaden (10³) betragen.
Unter Bezugnahme wieder auf Fig. 3 ist es erwünscht, die Probe 50 in der Zelle S1 mit chromatisch klassierten oder abgestuften Banden abzutasten. Beispielsweise ist es erwünscht, Proteine abzutasten, die in Zentrifugen im Bereich von 200 bis 800 nm oder höher klassiert sind (dieser Bereich liegt im UV- oder sichtbaren Teil des optischen Spektrums). Demgemäß ist der Spiegel M mit Krümmungen versehen, welche Gitterteilungen mit ungleichen Abständen in der Ebene von Fig. 4 besitzen. In der Sichtweise in Fig. 3 verlaufen die Gitterteilungen in die Zeichenebene hinein und aus ihr heraus. Vermittels einer durch den Pfeil 62 veranschaulichten Verdrehung des Spiegels um eine Achse 60 kann eine Abtastung der Probe 50 in 5 nm breiten Banden erfolgen. Der Leser erkennt, daß die Breite der optischen Abtastbanden oder Bandpässe tatsächlich wirksam durch den Winkel der Spiegelstrahlung bestimmt wird, der seinerseits durch die Fenster 20, 22, wie in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht, definiert wird.
Aus einer derartigen Abtastung liegt Serendipität vor. Näherhin ist das Band von chromatisch klassiertem Licht parallel zu und in der Ebene des Bandes B, wie in Fig. 4 gezeigt. Bei einer derartigen Ausrichtung werden sowohl das Band B wie seine entsprechenden Oberflächen mit Licht beleuchtet. Das Beleuchtungslicht liegt in der Größenordnung des Zehnfachen des Lichts, das verfügbar wäre, wenn das Licht bezüglich beider Ebenen in Fig. 3 und 4 kollimiert worden wäre. Durch die Maßnahme, die Kollimierung auf die Ebene von Fig. 4 zu beschränken und eine chromatographische Klassierung über die Bande B in der Ebene von Fig. 3 zuzulassen, erreicht mehr als das zehnfache Licht das Band B in der Probe S.
In Fig. 5 ist ein optisches Schema des Systems dargestellt. Dieses Schema zeigt, wie die Länge des in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten gefalteten Lichtwegs zur Bandauflösung der Probe beiträgt.
Wie ersichtlich, stellt der Abstand X&sub1; die effektive Länge des optischen Wegs zwischen der Lichtquelle L und der Probe S1 dar. Dieser Abstand ist etwa gleich 33 cm.
Entsprechend ist die Strecke X&sub2; der Abstand zwischen dem Schlitz 52 und der Probe S1. Dieser Abstand beträgt etwa 2 cm. Es ist zu beachten, daß der gefaltete Lichtpfad X&sub1; sehr viel länger ist als der Pfad X&sub2;. Daher sieht der Schlitz 52 das Bandensystem B mit einer hohen Auflösung, worin
d&sub2;/X&sub2; < d&sub1;/X1
Es wurde darauf hingewiesen, daß es erwünscht ist, den Spiegel M zu verdrehen, um eine unterschiedliche chromatische Auflösung zu erhalten. Eine praktische Vorrichtung zur Erzielung dieser Verdrehung ist in Fig. 6 gezeigt.
Fig. 6 veranschaulicht das optische Rohr in der Nähe des schematisch in den Fig. 3 und 4 dargestellten Spiegels. Der Spiegel ist in der gleichen Ebene wie in dem Schema von Fig. 4 gezeigt.
Im einzelnen verläuft das Licht in dem Rohr T nach oben. Optische Blenden eliminieren alle Teile des Lichtbündels von der Lichtquelle L (vgl. Fig. 1), ausgenommen das Licht, welches auf den Spiegel M auftreffen wird. Das Licht wird an dem Spiegel M reflektiert und in dem Rohr T1 nach unten geleitet, zur Untersuchung des Inhalts einer rotierenden Zelle.
Der Spiegel M ist um einen Schwenkpunkt 102 schwenkbar. Bei dieser Schwenkbewegung wird der Spiegel durch ein Zahnradgetriebe angetrieben, welches Zahnräder 103, 104 umfaßt. Das Getriebe weist auch Reduzierzahnräder 105, 106, sowie ein Zwischenrad 107 auf, das schließlich von einer Zahnstange 108 angetrieben wird. Wie ohne weiteres ersichtlich, läßt sich durch eine Linearverschiebung der Zahnstange 108 in Richtung auf den Spiegel zu oder von ihm weg eine fein geregelte und genaue Verdrehung des Spiegels M erreichen. Da der Spiegel dabei stets kollimiert, beeinflußt die Änderung des Winkels des Spiegels nur die Farbe, welche die Untersuchung an der rotierenden Zelle vornimmt.
Der Leser erkennt, daß die Möglichkeit zur raschen Änderung der Farbe die rasche Einstellung der Farbe für die Untersuchung der klassierten Materialien in der Zelle ermöglicht. Somit kann, während der Photodetektor über den Radius einer einzelnen Zelle hinweggeführt wird, die Farbe des Untersuchungslichts rasch geändert werden, zum optimalen Nachweis klassierter Schichten mit veränderlichen optischen Dichten.
Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung und Ausrichtung des Schlitzes 52 und des Detektors D besitzt einen weiteren, nicht offenkundigen Vorteil. Im einzelnen scheiden sich in dem Maße, in welchem die Probe S1 zunehmend klassiert wird, verschiedene Komponenten der Probe in diskreten Schichten ab. Diese Komponenten können verschiedene Salze umfassen.
Leider haben derartige schwerere Komponenten, insbesondere bestimmte klassierte Salze, unterschiedliche Brechungsindices. Im Hinblick auf diesem Umstand erkennt man, daß eine Apertur von einer gewissen Winkelweite vorgesehen werden muß, damit der Schlitz 52 diese Banden sieht.
Demgemäß besitzt der Schlitz 52 eine aktive Weite von etwa 0,1 mm und ist in einem Abstand bezüglich der aktiven Oberfläche des Detektors D angeordnet, derart, daß ein Bereich von plus oder minus 2 Grad bezüglich der vertikalen Betrachtung der Probe erhalten wird. Unter Anwendung dieser Technik kann Licht, das durch die Probe mit unterschiedlichen Brechungsindices gebrochen wird, doch beobachtet werden, und alles Streulicht jenseits dieses Winkels trifft nicht auf den Detektor.

Claims

1. Verfahren zum optischen Nachweis von in einer Probe durch eine Zentrifugationsbehandlung erzeugten Schichten, umfassend die Verfahrensschritte: Einbringen der genannten Probe in eine Kammer (S1) in einem um seine Achse zur Rotation angetriebenen Zentrifugenrotor (R), wobei die genannte Kammer (S1) in dem genannten Rotor (R) wenigstens zwei Fenster (20,22) aufweist, welche den Durchtritt von Licht durch die Probe parallel zu einer durch die Zentrifuge erzeugten Schichtung in einem Beobachtungspunkt gestatten; Schaffung einer Lichtquelle (L) zur Beobachtung der genannten Probe durch die genannten Fenster (20,22), während die genannte Probe durch den genannten Zentrifugenrotor (R) einer Rotation unterworfen wird;

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren des weiteren die Schritte umfaßt: es wird ein Toroid-Spiegel (M) vorgesehen, mit einem ersten im wesentlichen zylindrischen Krümmungsradius, um Licht von der genannten Lichtquelle lediglich parallel zur Achse des genannten Rotors zu kollimieren, derart daß das kollimierte Licht parallel zu den Schichten der genannten Schichtung hindurchtritt, und mit einem den genannten ersten Krümmungsradius schneidenden zweiten Krümmungsradius; und der genannte Toroidspiegel (M) wird mit einer Teilung bezüglich dem genannten zweiten Krümmungsradius versehen, zur chromatischen Klassierung bzw. Auswahl von Licht bei verschiedenen Frequenzen bei unterschiedlichen Winkeln von dem genannten Spiegel (M); der genannte Spiegel (M) wird bezüglich dem genannten ersten Krümmungsradius rotiert, um die Kollimation aufrechtzuerhalten und die Farbe des auf die genannte Probe einfallenden Lichts auszuwählen; das genannte Licht wird nach dem Durchtritt durch die genannte Kammer (51) bei den genannten Fenstern (20,22) überwacht, zur Bestimmung der Lage der Schichtung in der genannten Probe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der genannte Nachweisschritt das Vorbeiführen eines Detektors (1) unter der genannten Probe umfaßt.

3. Apparatur zum optischen Nachweis der Schichtung in einer Probe in einem Zentrifugenrotor (R), während der genannte Zentrifugenrotor (R) zur Rotation angetrieben ist, um die genannte Probe an einem Probenpunkt (P) in einer die Rotationsachse (A) des genannten Rotors (R) und den genannten Probenpunkt (P) enthaltenden Probenebene vorbeizuführen, wobei die genannte Apparatur umfaßt:

einen Zentrifugenrotor (R) zur Rotation um eine Achse;

wobei der Rotor (R) eine Kammer (S1) definiert, welche wenigstens zwei Fenster (20,22) zum Durchtritt von Licht durch die Probe parallel zur Schichtung der genannten Probe in einem Beobachtungspunkt enthält;

eine Lichtquelle (L) zur Beobachtung der genannten Probe durch das genannte Fenster (20,22), während die Probe durch den genannten Zentrifugenrotor (R) einer Rotation unterworfen wird,

gekennzeichnet durch

einen Toroidspiegel (M) mit einem ersten und einem zweiten Krümmungsradius, wobei der genannte erste Krümmungsradius Mittel zur Kollimation der genannten Lichtquelle (L) parallel zur Achse des genannten Rotors und nur in der Probenebene aufweist, derart daß kollimiertes Licht parallel zu der genannten Schichtung durchtritt;

wobei der genannte Toroidspiegel (M) mit einer Teilung bezüglich des genannten zweiten Krümmungsradius versehen ist, um eine chromatische Klassifizierung unterschiedlicher Frequenzen bei unterschiedlichen Winkeln bezüglich dem genannten Spiegel (M) zu erhalten;

Mittel zur Verdrehung des genannten Spiegels (M) um den genannten ersten Krümmungsradius zur Auswahl einer Lichtfrequenz für die Untersuchung der genannten Probe;

Mittel (D) zum Nachweis von Licht nach dem genannten Durchtritt durch die genannte Kammer (51) an den genannten Fenstern (20,22), zur Bestimmung der Schichtung der genannten Probe.

4. Apparatur nach Anspruch 3, umfassend Mittel zur Verschiebung des genannten Detektors (D) zur Untersuchung der genannten Schichtungen.

5. Apparatur nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die genannten zwei Fenster (20,22) in dem genannten Rotor obere und untere Fenster sind.

6. System zur Klassifizierung einer Probe mit durch einen Zentrifugationsprozeß erzeugten Schichten, umfassend einen zur Drehung um eine Spinachse angetriebenen Zentrifugenrotor (R), wobei der genannte Zentrifugenrotor (R) eine von der Spinachse des genannten Rotors (R) versetzte Kammer (S1) bildet, welche die genannte Probe enthält und erste und zweite Fenster (20,22) zum Durchtritt von Licht parallel zu den genannten Schichten aufweist; eine Lichtquelle (L) zur Durchstrahlung der genannten Kammer zum Nachweis von Schichten, wobei die genannte Lichtquelle (L) in einer die Spinachse des genannten Rotors (R) und den genannten Probenpunkt (P) enthaltenden Ebene durchtritt; Mittel, welche einen Lichtpfad durch die genannten Fenster (20,22) in dem genannten Rotor (R) zum Nachweis der genannten Schichten definieren; sowie einen Detektor (D) zum Nachweis von durch die genannte Probe geleitetem Licht, derart daß die genannten Schichten beobachtet werden können;

dadurch gekennzeichnet, daß das System des weiteren umfaßt

- einen Lichtpfad definierende Mittel, welche einen Toroidspiegel (M) mit zwei Krümmungsradien umfassen, wobei einer der genannten Krümmungsradien eine solche Konfiguration besitzt, daß er kollimiertes Licht nur in der Probenebene definiert und der andere Krümmungsradius eine Teilung zur Schaffung von Licht unterschiedlicher Frequenzen bei verschiedenen Winkeln von dem genannten Spiegel (M) aufweist; sowie Mittel zur Rotation des genannten Spiegels relativ bezüglich dem ersten Krümmungsradius, zur Wahl einer Lichtfrequenz zur Abtastung der genannten Probe, während gleichzeitig die Kollimation des Lichts an der genannten Probe aufrechterhalten wird.

7. System nach Anspruch 6, bei welchem der genannten Spiegel (M) mit einer Beugungsgitterteilung parallel zu der genannten Probenebene versehen ist.