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Vorrichtung und Verfahren zum optischen Studium von Flüssigkeiten
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf Verfahren zur optischen Analyse
von Flüssigkeiten und insbesondere auf Verfahren und Mittel, uni Lösungen zu studieren
und zu analysieren mit Hilfe des NTerfahrens der beweglichen Grenzlinie. Mit dieser
Bezeichnung ist ein Verfahren gemeint, bei dem die verschiedenen Werte des Brechungsindex
einer aus einer Anzahl von Komponenten bestehenden geschichteten kolloidalen Lösung,
deren Schichteii sich bewegten und einem stationären Ruhezustand zustreben, durch
eine optische Vorrichtung in einer Kurve sichtbar gemacht werden.
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Bei diesem Verfallren werden die Strahlen einer lineare Lichtquelle
mittels eines geeigneten optischer Systems quer durch die Säule der kolloidalen
Lösung geschickt; sie treffen auf einen quer zu den Lichtstrahlen liegenden Schlitz
eines Diaphragmas.
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Ist das vom Licht durchströmte Medium hinsicht-1 ich (les Brechungsindex
homogen, so konvergieren die Strahlen der linearen Lichtquelle durch einen bestimmten
Punkt des Schlitzes, und sie werden als Bild der Lichtquelle auf einen Schirm in
Form einer Linie projiziert. Gehen die Strahlen durch eine hinsichtlich des Brechungsindex
geschichtete Flüssigkeit. so werden sie so abgelenkt, daß sie den Schlitz an verschiedenen
Punkten erreichen, so daß das projizierte Bild der Lichtquelle verzerrt wird.
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Statt der geraden Linie erscheint eine Kurve, aus der die verschiedenen
Werte des Brechungsindex, die Gegenwart der verschiedenen Lösungskomponeusten und
ihre relativen Konzentrationen entnommen werden können. Da sich die Form der Kurve
infolge der Änderung der Schichtung ebenfalls ändert, kann das Fortschreiten der
Trennung, d. h. die Bewegung der Grenzlinien beobachtet werden.
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Aus der Gestalt der Kurve nach Erreichen des stationären Zustandes
kann die Lage der Grenz-
linien und die relative Größe der Brechungsindexkurven
bestimmt werden. Die relative Konzentration der verschiedenen Komponenten kann durch
Messung der unter den zugehörigen Teilen der Kurve liegenden Flächen geschützt werden,
da das Inkrement des Brechungsindex, das auf dem Kurventeil in bezug auf eine bestimmte
Komponente gezeigt wird, eine Größe besitzt, die ihrer Konzentration in bezug auf
die anderen Komponenten proportional ist.
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Ein hauptsächliches Ziel der Erfindung ist es, ein neues und verbessertes
Verfahren und eine Vorricthtung zur Analyse von kolloidalen und anderen Mischungen
biologischen und industriellen Interesses zu schaffen, wobei die Vorrichtung in
bezug auf Raumbedarf und Gewicht wesentlich verringert und die Konstruktion, Einrichtung
und die Betätigung der Vorrichtung vereinfacht ist und wobei das angewandte optische
System unter Bedingungen geringer Feuchtigkeit gehalten wird, wodurch ein Beschlagen
der optischen Komponente vermieden wird.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen verbesseren Apparat
für die optischen Analysen von kolloidalen und anderen Mischungen zu schaffen, und
zwar nach der Methode der beweglichen Grenzlinie, wobei eine einzige Kühlvorrichtung
für mehrere Zwecke in Zusammenhang mit der Betätigung des Apparates verwendet wird.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, bei der Vorrichtung für die
optische Analyse von Flüssigkeiten ein einfaches Mittel zu schaffen, um selektiv
irgendeine einer Mehrzahl verschiedener Arten von ansteigenden Brechungsindexkurven,
Darstellungen und z. B. eine helle Linie auf einem dunkelen Untergrund oder umgekehrt
oder kombinierte dunkle und helle Flächen zu erzeugen, deren gemeinsame Grenzlinie
nach der Natur der zu analysierenden Flüssigkeit gekrümmt ist, wobei jede Kurvendarstellung
im wesentlichen dieselbe ist, aber jede unter bestimmten unterschiedlichen Bedingungen
am besten geeignet ist, das Ergebnis mit größter Klarheit wiederzugeben.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer vergrößerten
Vorrichtung für die optische Analyse von Flüssigkeiten, wobei diese Vorricthtung
mit einer neuen Art von im Winkel verstellharer Blende versehen ist, welche aus
der Entfernung gesteuert wird zum Zwecke der einstellbaren Projizierung von ansteigenden
Kurven der Brechungsindizes auf einen Schirm, einer photographischen Platte oder
Film; ferner soll die Auswertung der erhaltenen Ergebnisse wesentlich vereinfacht
werden durch ein System standardisierter Diagramme, welche gleichzeitig mit den
Experimentierkurven abgebildet werden.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung
zu schaffen, welche bei der optischen Analyse von Flüssigkeiten verwendet werden
kann, wo die Flüssigkeit elektrischen oder anderen ansteigenden Kräften unterworfen
wird, wobei die Erscheinungen der Diffusion, Adsorption od. dgl. studiert werden
können oder zur Bestimmung der Brechungsindizes von Lösungen und anderen Flüssigkeiten.
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Im allgemeinen umfaßt eine Vorrichtung zur optischen Analyse einer
Flüssigkeit eine Kammer, welche im wesentlichen auf einen relativen FeucPhtigkeitsgehalt
von Null gehalten werden kann, eine lineare Quelle strahlender Energie in der besagten
Kammer, ein Gefäß, um eine Säule der zu analysierenden Flüssigkeit in der besagten
Kammer zu halten, wobei das besagte Gefäß einen Fensterteil besitzt, dessen gegenüberliegende
Wandungen für die Strahlung durchlässig sind, ein optisches System, um die Strahlung
von der besagten linearen Quelle quer durch die Flüssigkeitss'iule durcll den besagten
Fensterteil des besagten Gefäßes hindurch zu projizieren, eine Vorrichtung, um einen
beschränkten Teil der von der besagten Spule ausgehenden Strahlung auszuwählen und
einen die Strahlung bestimmenden Teil, welcher unterhalb der besagten Auswahlvorrichtung
im Weg der Strahlung liegt, welche von der besagten Säule ausgeht.
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Die Erfindung wird heis1)ielsweise in den folgendeii Zeichnungen
dargestellt, iii welchen Fig. I einen vertikalen Längsschnitt einer Vorrichtung
darstellt, welche gemäß der Erfindung erstellt worden ist, und zwar mit den Prinzipien
und den Methoden der vorliegenden Erfindung, und wobei zum Zwecke der Klarstellung
eine Vorrichtung angeordnet ist, um eiiie Flüssigkeit mit Hilfe elektrophoretischer
Behandlung derselben zu analysieren; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2
der Fig. 1; Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1; Fig. 4 ist
ein vergrößerter Querschnitt, welcher eine Einzelheit nach der Linie 4-4 der Fig.
1 wiedergibt; Fig. 5 ist eine vergrößerte perspektivische Detailansicht des Gehäuses
für den Betrachtungsschirm, welcher bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zur Anwendung
gelangt; Fig. 6 ist ein Schema für die elektrische Schaltung, welche bei der Elektrophorese
gemäß Fig. 1 zur Anwendung gelangt; Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht im Aufriß
von vorn des Schaltbrettes der Vorrichtung nach Fig. 1; Fig. 8a zeigt eine typische
Experimentierkurve, welche bei der Analyse von Blutserum mit Hilfe der Elektrophorese
erhalten worden ist, wobei die Vorrichtung nach Fig. 1 angewandt wird; Fig. 8 b
zeigt eine Standardkurve für normales Blutserum, welche als Bezugslinie bei der
Analyse von Serum der in Fig. 8a beschriebenen Art dient; Fig. 8c zeigt die Experimentierkurve
nach Fig. 8a, welche über der lJ,ezugskurve 81) liegt; diese Figur zeigt die Einfachheit.
mit welcher ein sofortiger Vergleich der leiden Kurven mit der Vorrichtung gemäß
der Ertill(lung gemacht werden kann; Fig. 9 ist ein Aufriß von vorn einer elektrophoretischen
Zelle, welche mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden kann;
Fig.
10 ist ein seitlicher Aufriß (teilweise durchbrochen, um Konstruktionseinzelheiten
zu zeigen) der elektrophoretischen Zelle nach Fig. 9; Fig. 11 zeigt im vergreßerten
Maßstab eine Querschnittsemzelheit nach der Linie 11-11 der Fig. 10.
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Fig. 12 ist ein Anfriß von vorn gesehen einer Diffu@@onszelle welche
verwendet werden kann, um Flussigkeit@@@@@@sionserscheinungen mit der erfindung
gemaßen Vorrichtung zu studieren; Fig. 13 ist eine vergrößerte Ansicht einer Einzelhert
des Fenstertedes der Zelle nach Fig. 12, und zwar nach der Linie 13-13 derselben;
Fig. 14 ist ein seitlicher Aufriß, teilweise im Querschnitt einer adsorptionszelle,
welche verwendet werden kann, um Adsorptionserscheinungen mit dem erfindungsgemäßen
Apparat zu studieren; Fig. 15 ist ein Aufriß von vorn der Adsorptionszelle nach
Fig. 14.
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Fig. 16 ist eine vergroßerte Querschnittseinzelheit nach der Linie
16-16 der Fig. 5; Fig. 17 ist eine ausschnittsweise Wiedergabe von Einzelheiten
und zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 1.
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Zum Zwecke der Klarstellung der Prinzipien und der Verfahren der
vorliegenden Erfindung wird nun auf die Durchführung der Elektrophorese Bezug genommen,
wobei sich die Erfindung von großem praktischen Nutzen erwiesen hat.
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Es ist mehr als 100 Jahre bekannt, und zwar seit den Versuchen von
R a u s s, daß kolloidale Teile sowohl organischer wie auch anorganischer Natur
mit einer elektrischen Ladung auf ihren Oberflächen versehen sind und daß sie zu
der mit entgegengesetzter Ladung versehenen Elektrode in einem Feld geeigneter Stärke
wandern. Gemäß zahlreichen mehr oder minder erfogreichen Versuchen von Forschern,
wie H a r d y, P a u l i und M i c h e l i s, von der Erscheinung, welche Elektrophorese
oder Kataphorese genannt wird, zum Zwecke des Studiums von Systemen Gebrauch zu
machen, welche biologisch interessant sind, und des Grafen S c h w e r i n u. a.
für verschiedene industrielle Zwecke, hat das Verfahren in den letzten Jahren erhebliche
Fortschritte gemacht, die weitestgehend der Arbeit von A. T i s e l i u s und H.
T h e o r e l l in Schweden zu verdanken sind. Wenn sich das zu studierende Kolloid
in molekularer Dispersion in der Form eines sols befindet, so wird die Wanderung
der kolloidaler Teile dadurch verfolgt, daß man durch analytische oder optische
Mittel die führende oder nachhinkende Grenzlinie des Sols verfolgt, welches unter
@@@ geeignetes Losungsmittel geschichtet ist.
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Die historische Entwicklung dieses sogenannten Verfahrens der beweglichen
Grenzlinie der Elektrophorese wur z. B. von K. G. S t e r n in den »Annals of the
New York Academy of Sciences«, Vol. 39, S. 147 (1939), verfolgt. Wenn sich die beobachteten
Teile nicht in Lösungen befinden, wie im Falle von Kristallen oder im Falle unzersörter
Blutzellen, kann ihre Wanderung zu den Elektroden direkt mit Hilfe der mikroskopischen
Methode der Elektrophorese beobachtet und gemessen werden, wie in den letzten Jahren
durch H. A.Ab ramson uiid seine Kollegen angewandt. Zu einer ins einzelne gehenden
Darstellung beider Verfahren und der mit ihnen durchgeführten Arbeit wird auf die
Monographie von H. A A b r a m s o n, L. S. M o y e r und M. H. G o r i n Bezug
genommen: »Electrophoresis of Proteins«, Reinhold Publishing Company, New York,
1942. j )1e elektrophoretische Analyse und Trennung von komplexen, kolloidalen Mischungen,
wie Blutserum, ist innerhalb der letzten paar Jahre eine wichtiges Werkzeug für
die biochemische, biologische und medizinische Laboratoriumsforschung geworden,
und zwar sowohl in amerika wie auch in anderen Ländern. Eine Zeitschrift »Electrophoresis
in Medicine«. herausgegeben von K. G. Stern und M. R e i n e r, Yale Journal of
biology and Medicine, Vol. 19, S. 67 (1946), führt mehr als 100 neuerliche Veröffentlichungen
auf diesem Arbeitsgebiet auf and gil<t an, daß das einzige Hindernis für eine
weitere schnelle Ausdehnung dieser Technik bei medizinischer Forschung und klinischen
Diagnosen der Mangel einfacher und verhältnismäßig billiger Apparate ist.
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Die einzige in den Vereinigten Sttaten auf dem Markt befindliche
Vorrichtung (und eingermaßen im cinzelnen heschrieben durch L. G. L o n g s w o
r th, »Optical Methods in Electrophoresis«, Industrial and Engineering Chemistry,
Analytical Edition, Vol. 18, S. 219 [1946]) ist nicht nur teuer, sondern benötigt
auch eine Grundfläche und eine Grundbelastung (sie ist ungefähr 20 Fuß lang und
wiegt mit ihrem Stahlbalken und ihren Betonpfeilern mehrere Tonnen), denen man nur
selten entsprechen kann, und zwar auch im Falle von größeren Forschungsanstalten,
ohne besondere Lahoratorien vorzusehen. Ferner wird sie in einzelnen Teilen geliefert,
welche von den Personen, welche sie gebrauchen, zusammen- und eingestellte werden
müssen. Diese müssen auch für den Guß der Betonpfeiler sorgen und für den Einbau
des langen Stahlbalkens. NN'eun das Instrument von jemandem mit Fachkenntnissen
auf diesem Gebiet richtig zusammengesetzt ist, benötigt es einen äußerst geschickten
und eingearbeiteten Bedienungsmann und ein expertes Personal für seine Inbetriebhaltung
und für die Reparaturen. Mit Hinblick auf seine stationäre Natur kann der Apparat
zur Fabrik zwecks Beschaffung von Ersatzteilen u. dgl. nur mit größter Schwierigkeit
geschafft werden. Es ist von dem Hersteller am Ort der Aufstellung der Vorrichtung
kein Hilfsdienst vorgesehen. Eine photographische Dunkelkammer und eine besondere
Kühlvorrichtung werden zum Gebrauch des Apparates benötigt. Nachdem die elektrophoretischen
1)1 agramme mit Hilfe einer komplizierten mechanischen Abtastvorrichtung aufgezeichnet
sind, müssen sie zwecks Vergrößerung projiziert werden. Die vergrößerten Diagramme
oder Zeichnungen müssen danti mit Hilfe eines Planimeters analysiert werden, und
nur nach langwierigen Rechnungen, vorzugsweise mit einer Rechenmaschine, können
die endgültigen Daten erhalten werden. Sofern die zu
analysierenden
Lösungen gegen geeignete Salzlösungen ins Gleichgewicht zu bringen sind mit Hilfe
einer Dialyse bei niedriger Temperatur, vergehen im Durchschnitt 3 bis 4 Tage nach
Erhalt des Musters, bevor die Ergebnisse der Prüfung des Blutserums oder anderer
biologischer Flüssigkeiten dem Arzt oder Forscher zur Verfügung stehen. welcher
die Informationen benötigt. Häufig verringert diese lange Zeitspanne erheblich den
Wert dieses physikalischen Werkzeuges für die Diagnose und die Quelle für die Behandlung
bestimmter Erkrankungen.
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Es wird gezeigt werden, daß die hier beschriebenen Vorrichtungen
und deren Handhabung die meisten Schwierigkeiten der oben beschriebenen üblichen
Vorrichtungen überwindet. Es wird ferner gezeigt, daß das ohne unnötige Zugeständnisse
geschieht in bezug auf Zuverlässigkeit und Genuigkeit der erhaltenen Ergebnisse.
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Die wesentlichen Charakteristiken einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
können kurz wie folgt zusammengefaßt werden: Die ganze Vorrichtung ist auf und in
einer gekühlten Kammer montiert, die z. B. dem Inneren eines üblichen, im Handel
befindlichen Hauskühlschrankes entspricht, und zwar vorzugsweise der Gastype. Die
optischen Bestandteile sind in dem Inneren des Kühischrankes angebracht, wo sie
sich in einer entfeuchteten Atmosphäre befinden, und sie sind dadurch gegen das
Niederschlagen von Feuchtigkeit auf Glasteilen geschützt, wie z. B. auf Linsen,
Spiegeln und Fenstern. Eine solche Kondensation ist eine ständige Quelle von Schwierigkeiten
im Fall der üblichen derzeitigen Vorrichtungen; sie gestaltet die Betätigung dieser
bekannten Apparate bei heißem und feuchtem Wetter fast unmöglich, sofern nicht das
ganze Laboratorium in bezug auf Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur überwacht ist.
Wenn man das optische System mit Hilfe mehrerer Fläche spiegel zusammenlegt, so
werden die Anforderungen an die Grundfläche für die Vorrichtung von etwa 6,1.1,2
m² für die bekannte Vorrichtung auf 71.63,5 cm² verringert, welche von der Kühlvorrichtung
eingenommen werden. Das gesamte Gewicht wird von ungefähr 4 bis 5 Tonnen auf ungefähr
110 kg verringert. Außerdem bleibt ein erheblicher Teil des Raumes der Kühlvorrichtung
für die Stapelung von Mustern frei und für das in das Gleichgewichtbringen von Lösungen
durch Dialyse vor der Elektrophorese. Dadurch wird eine besondere Kühlvorrichtung
überflüssig. Ein thermostatisch gesteuertes Bad wird vorgesehen, welches die elktrophoretische
Zelle enthält und sie auf ihrer optimalen Temperatur hält (nahe 0°) Derselbe Kühlschrankkompressor
wird zur Aufrechterhaltung der optimalen Temperatur des Bades verwendet, für die
Aufbewahrung der biologische Muster bei niedriger Temperatur, für die Entfeuchtung
der optischen Komponenten und für allgemeine Kühlz"vecke (bei ungefähr 9 bis I20).
Alle Teile der Vorrichtung sind schnell zum Zwecke der Reparatur und der Einstellung
zugänglich. Die optischen Bestandteile werden bereits in der Fabrik auf den Brennpunkt
eingestellt, derart, daß die Vorrichtung sofort nach Lieferung in Arbeitsstellung
gebracht werden kann, indem man sie einfach mit den notwendigen Quellen für Elektrizität
uncl Gas verbindet. Es ist nur eine von Hand einzustellende Komponente vorhanden,
nämlich die im Winkel bewegbare (Stab-) Blende. Alle elektrischen Kontrollvorrichtungen
befinden sich gemeinsam auf dem passend angeordneten Schaltbrett am oberen Teil
der Vorrichtung Statt die elektrophoretischen Diagramme mit Hilfe einer mechanischen
Abtastvorrichtung aufzunehmen, werden sie direkt in der Form einer vollständigen
Kurve auf einen mit graduierter Einteilung versehenen Schirm mit Hilfe eines optischen,
integrierenden Systems von erheblicher Biegsamkeit abgebildet. Die Kurven können
direkt gezeichnet werden, oder sie werden auf einem empfindlichen Film oder Papier
photographiert, vorzugsweise einer solchen Art, welches gegen diffuses Tageslicht
unempfindlich ist; dadurch braucht man keine besondere Dunkelkammer.
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Für die üblichen klinischen oder industriellen Prüfungen werden die
mühsamen und zeitbeanspruchenden Handhabungen vermieden, welche man bisher beim
Gebraucht bekannter Vorrichtungen benötigte, und zwar dadurch, daß Standardmuster
oder Kurven mit der neuen Vorrichtung geliefert werden, welche es möglich machen,
die Bedeutung der beobachteten elektrophoretischen Diagramme durch direkten Vergleich
auszuwerten. Die mit der neuen Vorrichtung verbundenen Handgriffe sind gerade für
eine absolute Standardisierung geeignet, derart, daß es möglich ist, die in verschiedenen
Laboratorien erhaltenen Datendirekt zu vergleichen, ferner wird eine Reproduzierbarkeit
der Ergebnisse geschiert. Die Vorrichtung kann ohne weiteres einem technischen Laboranten
nach kurzer Anleitung anvertraut werden, wodurch die Notwendigkeit einer besonders
eingearbeiteten und besonders geschickten Person vermieden wird. Der die Vorrichtung
Bedienende wird dadurch weiter frei für andere Arbeiten im Laboratorium, weil die
ganze Betätigung des Instruments halbautomatisch ist.
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Durch Verwendung geeigneter Zellen kann dieselbe Vorrichtung für
die optische Analyse elektrophoretischer Muster, für die mechanische Trennung kolloidaler
Mischungen, für die Messung von Diffusionsgeschwindigkeiten, für das optische Studium
von Absorptionserscheinungen, zur Messung des Brechungsindex von Lösungen sowie
auch für alle anderen Verfahren und Erscheinungen verwendet werden, welche die Unterschiede
im Brechungsindex oder das Ansteigen der Kurven vergrößern.
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Der Bereich der Anwendung der Vorrichtung kann ferner auf das Studium
opaleszierender oder gefärl>ter Systeme ausgedelont werden, indem man eine Quelle
für Infrarotstrahlung und einen Infrarot empfindlichen Schirm als Betrachtungs-
oder als Aufzeichnungsvorrichtung vorsieht.
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In den Zeichnungen bezeichnet 11 einen Kühlraum, vorzugsweise der
im Haushalt verwendeten Art, welche mit Leuchtgas arlleitet, derart, daß
durch
die Betätigung der Kühlvorrichtung verursachte Erschutterungen ausgeschaltet werden
und ebenso Störungen der Elektrophorese, Diffusion oder anderer Flüssigkeitsbehandlungen
durch mechanische Erschütterungen, wie z. B. die, welche häufig durch mechanische
Kompressoren verursacht werden. Auf dem oberen Teil der Kammer 11 befindet sich
ein Gehäuse 12 für die elektrischen Bestandteile und mit diesen fest verbunden durch
die obere Wandung des Raumes 11, und von jenem herabhängend ill das Innere der Kammer
ist ein Tank 13 vorgesehen, welcher das Bad konstanter Temperatur enthält. Tank
13 umschließt vorzugsweise die oberen Schleifen 14, 14 der Verdampferrohre der Kühlvorrichtung,
während die übrigen Rohrwindungen in einer Tieftemperaturkammer 15 enthalten sind,
welche in der Hauptkammer unterhalb des Tankes 13 gehalten werden. Der obere Teil
des Tankes ist offen.
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Mit der Seitenwandung 16 des Tankes 13 ist die Zelle 19 mit Hilfe
geeigneter Winkelstützen verbunden, welche bei 17 und 18 gezeigt sind. Die Zelle
o() besitzt einen Fensterteil 20, welcher die zu analysierende F Flüssigkeit enthält.
Sie kann eine elektrophoretische Zelle, eine Diffusionszelle oder eine Absorptionszelle
sein bzw. ein anderes geeignetes t Gefaß, welches die zu analysierende Flüssigkeit
enthält. Besondere Zellen werden später beschrieben, obwohl sich die vorliegende
Erfindung nicht in erster Linie mit den Konstruktionseinzelheiten derselebn befaßt,
ausgenommen insoweit, als sien einem Teil des angewandten optischen Systems bildet.
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Beispielsweise ist die Zelle 19 in Fig. 1 als elektrophoretische
Zelle dargestellt.
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I)ie Seitenwand 16 des Tankes I3 und die gegenüberliegende Wandung
21 desselben sind mit durchsichtigen Fenstern versehen, in der Zeichnung 22 bzw.
23, welche in Flucht mit dem Zellenfensterteil 20 liegen. An die Außenseite der
Wandung 16 ist ein Rohr 24 befestigt, welches mit dem Fenster 22 in Verbindung stellt
und eine Linse 25 enthält. Mit dem Rohr 24 steht vertikal die Röhre 27 in Verbindung.
welche im Inneren der Kühlvorrichtung befestigt ist und der Seitenwandung 26 der
Kammer 11 anliegt. Dieses Rohr 27 kann einen Metallkanal einschließen, an dessen
gewöhnlich offenem Ende eine durchsichtige Wand 28 aus Glas oder transparentem,
platischem Material angebracht ist. In dem oberen Endteil des Rohres 27 gegenüber
der Öffnung des Rohres 24 befindet sich ein im Winkel gestellter 1 Palnspiegel 29.
der angeordnet ist. um einen Lichtstrahl zu reflektieren, welcher axial im Rohr
27 wandert, und zwar in axialer Flucht in das Rohr 24. Im unteren Teil des Rohres
27 ist eine Lichtquelle 30 angeordnet, und oberhalb derselben und daran anliegend
befindet sich eine Platte 31, die mit einem Schlitz 32 versehen ist. I)ie Lichtquelle
30 ist vorzugsweise von der Type, welche einen linearcii Fa(lell besitzt derart.
daß sie als lineare Lichtquelle angesprochen werden kann. In diesem Fall kann der
Schlitz 32 verhältnismäßig weit sein, andernfalls ist der Schlitz 32 verhältnismäßig
eng, derart daß <las aus ihm austretende Licht in seiner Wirkung einen engen,
linearen, divergierenden Strahl bildet.
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Nn der Außenseite der Wandung 2I ist ein Rohr 33 befestig. welches
ulit dem Fenster 23 in Verbindung steht und welches ferner mit einer vertikalen
Röhre 34 in Verbindung steht; letztere entspricht in ihrer Konstruktion im wesentlichen
dem Rohr 27.
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Xnl oberen Ende des Rohres 34 gegenüber der Offnung des Rohres 33
ist ein im Winkel aufgestellter Planspiegel 35 vorgesehen zu dem Zweck, einen Lichtstrahl,
welcher im Rohr 33 axial wandert, @ch unten und axial in das Rohr 34 zu reflektieren.
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Der untere Teil des Rohres 34 ist an seiner Stirnwandung und an seinen
Seitenwandungen horizontal geschlitzt, wie loei 36 und 37 gezeigt. Eine Scheibe
39. welche in den besagten Schlitzen liegt, ist drehbar bei 3S an tineIn Ende des
Rohres montiert. Die El Ebene dieser Scheibe steht senkrecht zu der Achse des Rohres,
und die Scheibenfiäche ist so angeordnet. daß sie durch einen erheblichen Teil der
inneren Querschnittsfläche des besagten Rohres schweift. Ein Teil der Scheibe 39
ragt aus der Röhre 34 hervor. Der Umfang der Scheibe 39 ist verzahnt. Mit der Zahnung
der Scheibe außerhalb des Rohres 34 steht die Zahnung einer Zapfenübersetzullg 4(1
im Eingriff, welche auf einer vertikalen Welle 41 angebracht ist, die in der Kammer
1 1 gelagert ist und neben dem Rohr 34 verläuft, und zwar ist die Lagerung in einem
Lagerbock 41' durchgeführt. diese vertikale Welle geht durch die obere Wandung der
Kammer in ein Gehäuse 12 hinein, wo sie gleichfalls drehbar an der oberen Wand des
besagten Gehäuse mittels eines Lagers 42 gelagert st. | )e r obere Teil der Welle
41 trägt ein Kegelrad 13, welches im Eingriff mit einem Kegelrad 44 steht, welches
von einer Welle 45 getragen wird, die in einem Gehäuse 1 gelagert ist. Die Welle
45 ragt durch Ci eine Verkleidung 46 hindurch, welche die Außere Wandung des Gehäuses
I2 bildet. An dem äußeren Ende der Welle 45 ist ein Knauf 47 befestigt. Die Drehung
des Knaufes 47 verursacht die Drehung der Scheibe 39 mit Hilfe der Kegelräder 44
and 43 und den Zahneingriff des Zahnzapfens 40 mit den Zahnrädern an dem Umfang
der Scheibe.
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Der feste Fernsteuermechanismus, wie er im vorhergehenden beschrieben
wurde, kann durch eine biegsame Wellenanordnung üblicher Art ersetzt werden. Man
kann es ferner vorteilbaft finden, tlic Scheibe vertikal zwischen den Spiegeln 49
und 54 einzusetzen, und zwar im unteren linken Teil der Fig. 1, wie bei 39' durch
die Punktierung angezeigt. tu Zelle Rohr 34 unterhalb der Scheibe 39 befindet sich
eine Kameralinsenanordnung 48. Am unteren Ende des Rohres 34 ist unter einem Winkel
von 45° ein Planspiegel 49 angeordnet. In der Kammer 11 entlang der Seitenwandung
50 derselben liegt ein vertikales Rohr 51. welches eine einheitliche Anordnung zusammen
mit dem Rohr 34 bildet und im übrigen dieselbe grundsätzliche Konstruktion, besitzt
die das vertikale Rohr 27. Das vertikale Rohr 51 geht aufwärts durch die obere Wandung
der Kammer lt untl durch das Gehäuse I2. Das obere
Ende des besagten
Rohres 51 ist mit einem Kopf i2 ausgebildet. welcher nach der Seite offensteht.
In der oberen Ecke desselben ist ein unter 450 angeordneter Spiegel 53 vorgesehen,
welcher so liegt, daß <las Licht von einem gegenüberliegenden, im Winkel angeordneten
Spiegel 54 in dem unteren Ende des Rohres 51 aufgenommen wird. Der unter 45° angeordnete
Spiegel 54 am unteren Ende des Rohres 51 liegt gegenüber dem unteren im Winkel angeordneten
Spiegel 49 im unteren Ende des Rohres 34, wobei die Rohrwandungen zwischen den Spiegeln
49 und 54 offen sind, derart, daß das Licht vom Spiegel 49 zum Spiegel 54 passieren
kann, um dann aufwärts in das Rohr 51 reflektiert zu werden.
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Im oberen Teil des Rohres 51 ist eine zylindrische Linse 55 vorgesehen,
welche so angeordnet ist, daß sie den in dem Rohr 51 wandernden Lichtstrahl in einer
vertikalen Ebene transversal zu der Ebene des optischen Systems führt. Die zylindrische
Linse 55 iindert den Strahl in der Ebene des Systems nicht merkl ich.
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Oberhalb des Kopfes 52 ist ein Gehäuse 56 angeordnet, welches mit
einem lichtdurchlässigen Betrachtungsschirm 57 versehen ist aus geschliffenem Glas
od. dgl., welcher vor dem Spiegel 53 liegt und angeordnet ist, um das auf diesem
reflektierte Licht aufzunehmen.
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Der Schirm 57 wird in seitlichen Führungen 58, zS gehalten, welche
in den Seitenwandungen des Gehäuses 56 gebildet sind. Der Schirm kann durch einen
Schlitz 59 entfernt werden, welcher in der oberen Wand des Gehäuses vorgesehen ist.
In den oberen und in den Seitenwandungen des Gehäuses 56 iiid horizontale Führungen
60 und 6I vorgesehen, welche innen dem Schirm 57 anliegen; diese Führungen dienen
zur Aufnahme von pho,tograpthischen Platten und zur Aufnahme von Bezugs- oder Standardplatten,
wie im folgenden beschrieben wird.
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Vertikale Schlitze 62 und 63 sind in einer Seiten-Hand des Gehäuses
56 vorgesehen, durch welche die besagten Hilfsplatten in ihre entsprechenden Führungen
geleitet werden können. f,)ie Scheibe 39 ist mit einer Mehrzahl radialer offener
leile versuchen, wie in Fig. 4 gezeigt, und zwar bei 64, 6, 66 und 67. Der feste
Teil der SclieiI>e zwischen den radialen Kanten 68 und 69 umspannt einen Winkel
von 120°. Der offene Teil 64 umfaßt einen spindelartig geformten radialen Schlitz,
welcher den 120°-Winkel zwischen den radialen Kanten 68 und 69 in zwei Teile zerlegt.
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I)ie offenen Teile 66 und 67 erstrecken sich zusammen über einen Winkel
von I20°, und eine spindelförmige radiale Speiche 71 zerlegt den Ì20°-Winkel zwischen
der oberen radialen Kante 70 des offenen Teiles 66 und der unteren radialen Kante
68 des offenen Teiles 67 in zwei Teile. Diese Speiche ist in ihrer Gestalt ähnlich
dem radialen Schlitz 64 und so weit im Uhrzeigersinn um I20° davon entfernt, wie
in Fig.4 gezeigt. Um weitere I200 im Uhrzeigersinn gegenüber der radialen Speiche
71 verschoben befindet sich die radiale obere Kante 72 des offenen Teiles 65. Die
radialen Elemente 64, 7I und 72 sind daher um 1200 auf der Scheibe 39 versetzt angeordnet
und, wie in Fig. 4 gezeigt. besitzen genügend radiale Ausdehnung, um im wesentlichen
das ganze Feld der Linsenanordnung 48 zu durchschweifen, wenn die Scheibe 39 durch
den Zahuzapfen 40 gedreht wird. Die festen Teile der Scheibe 39 sind opak.
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I)er radiale Schlitz 64 und die radiale Stange 71 können parallele,
gerade Seiten besitzen. statt spindelförmig zu Sein. jedoch wird aus den im folgen
den angegebenen Gründen die Spindelform bevorzugt.
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An Stelle von tatsächlichen Öffnungen in der Scheil>e 39 können
die Teile 64. 65. 66 und 67 lediglich transparente Fenster darstellen, da ihre Funktion
lediglich darin besteht. 1 icht durcltzulassen.
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Die durchlässigen Fenster können durch irgendein beliebiges Verfahren
hergestellt werden, z. B. mit Hilfe von schablonieren, Zerstäuben oder Spritzen
voll Farbe oder Äletall oder irgendein bekanntes Verfahren zur Absetzung opaken
Materials auf einer Platte, z. B. durch photographische Verfahren, wobei die opaken
Teile auf eine im übrigen transparente Scheibe z. B. niedergeschlagen werden. während
die Teile. welche transparent bleiben sollen. mit einer entsprechenden Abdeckung
versehen werden. Die transparente Scheibe wird vorzugsweise aus dünner, klarer,
farbloser, plastischer Nlasse gebildet, welche es gestattet, daß die Zahnung auf
ihrem @ Umfang mit der Scheibe ein Stück hildet.
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In <lem oben beschriebenen optischen System. wo das Licht von
der linearen Quelle 30 kommt, wandert es aufwärts durch das Rohr 27 und wird mit
Hilfe des Spiegels 29 auf die Linse 25 reflektiert.
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Die Lichtstrahlen. welche zuerst auf einen verhviltnismäßig flachen
Strahl beschränkt sind, der normal zu der Ebene des Papiers steht. wie in Fig. 1
gezeigt. breiten sich aus und gehen durch die Linse 25 sowie Fenster 22, wobei sie
den Glasfensterteil 20 in der Zelle voll beleuchten, welcher in dem Tank 13 liegt.
Die Zelle kann entweder eine elektrophoretische, eine Diffusions- oder Adsorptionszelle
sein, oder sie kann ein kleinesm hohles Glasprisma darstellen, welches eine Lösung
enthält. deren Brechungsindex zu messen ist. Die Lichtstrahlen verlassen den Tank
13 durch das Fenster 23, gelangen in das Rohr 33 und werden al<wärts in das Rohr
34 mit Hilfe des im Winkel angeordneten Spiegels 35 reflektiert, und zwar durch
die Blendenscheibe 39 und die Kameralinse 48. Von da gelangt das Licht zu dem unteren
im Winkel angeordneten Spiegel 49, von welchem es auf den gegenüberliegenden, im
Winkel angeordneten Spiegel 54 reflektiert wird und von da aufwärts im Rohr 51 durch
die zylindrische Linse 55. I)as Licht geht durch die zylindrische Linse 55 und wird
von einem im Winkel angeordneten Spiegel 53 auf den Betrachtungsschirm 57 oder auf
eine photographische Platte, welche diesem anliegt, reflektiert.
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Die Bedingungen zur Brennpunkteinstellung des Systems sind die folgenden:
Die Lichtquelle 30, welche vorzugsweise aus einem einzigen geraden Wolframdraht
besteht, wird in dem Brennpunkt der Linse 25 angeordnet. L)as Scheibendiaphragma
liegt
im anderen Brennpunkt der Linse 25. Die Kameralinse 48 wird ihrerseits so eingestellt,
daß <las Zellenfenster 20 in ihrem Brennpunkt liegt, wobei die Zelle die zu studierende
Flüssigkeit enthält, und projiziert das Bild in ungefähr doppelter Vergrößerung
auf den Betrachtungsschirm 57 oder eine phorographische Platte. In den Ebenen parallel
zu der Ebene tlcs Systems beeinflußt die planzylindrische Linse 55 den Weg des Lichtes
nicht merklich: 11 einer Ebene normal zu der Ebene des Systems bildet sie ein konjugiertes
System mit der Kameralinse 48, in deren gemeinsamem Brennpunkt die Ebene der Scheibenblende
39 liegt. Bei der alternativen Anordnung, bei der die Scheibenblende zwischen den
Spiegeln 49 und 54 liegt, wird die Zylinderlinse 55 allein auf die Scheibe 39 eingestellt.
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Der Zweck der oben beschriebenen optischen Anordnung ist dar, auf
dem Betrachtungsschirm oder auf zwei photographischen Platte des Apparates ein Bild
aller Berchungsindexkurven zu erzeugen, welche 11 der Zelle 20 als das Ergebnis
der Elektrophorese. Diffusion und Absorption vorhanden sind, und zwar in Gestalt
einer kontinuierlichen Kurve. wobei die Zahl der Maxima derselben die Zahl der in
der zu studierenden Flüssigkeit vorhandenen Komponenten angiebt und deren Gestalt
eine Funktion der Grenzlinie zwischen Lösungsmittel und Aufgelöstem ist und wobei
ferner die Fläche unterhalb derselben proportional zur relativen Konzentration der
einzelnen Komponenten ist.
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Die Brennweiten und die Abstände der verschiedenen optischen Elemente
werden so gewählt, daß sie ein vertikales Vergrößerungsverhältnis von ungefähr 2
: l und eine seitliche Vergrößerung von ungefähr 20 1 liefern. Die Größe des beleuchteten
Feldes auf dem Schrim ist ungefähr 10 . 10 cm.
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Das völlig aufgelöste Brechungsindexfeld bzw. die erhaltene Kurve
bei einer praktischen Ausführung des Systems, wie oben beschrieben, bedeckt ein
Maximum von ungefähr 6 . 10 cm. Diese Größe ist reichlich bemessen für die direkte
Beobachtung und das Abzeichnen des auf dem Betrachtungsschirm erscheinenden Musters
von Hand. L;m zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen und Verzerrungen zu vermeiden,
welche durch Unzulänglichkeiten in den verschiedenen optischen Elementen bedingt
sind, müssen die verwendeten Linsen chromtisch und sphärisch korrigiert und ferner
ebenso frei von Inhomogenität, insbesondere frei von Schlieren oder von zonalen
Abweichungen sein. l)ie Fenster 22 @ und 23 sollten plan und poliert sein, hergestellt
aus ausgewähltem Plattenglas und frei von Inhomogenitäten. Die Spiegel sollten Erstflächenspiegel
auf optisch flachen Glasplatten sein und so ausgewahlt. Glas sie keinerlei Verzerrungen
mit sich bringen. Ein völlig korrigiertes optisches System ergibt eine flache oder
fast gänzlich flache Grundlinie auf dem Betrachtungsschirm bei Abwesenheit von Brechungsindexkurven
in den Zellen. Die Zellen selbst sollen vorzugsweise aus sintergeschmolzenem, planem
und poliertem flächigem Glas sein und endlich ich frei von Inhomogenitäten.
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I I3ine wahlweise Anordnung, die zur Anwendung kommen kann, besteht
darin, die Linse 25 in zwei Elemente zu teilen, wobei das eine Linsenelement in
dem Rohr 24 liegt, wie bei 25 zu sehen, und das andere Linsenelement in dem Rohr
33 gelegen ist, wie punktiert in Fig. I 1>ei 25' angegeben. Bei dieser Anordnung
sind die Linsenelemente 25 und 25' so angeordnet. daß die Lichtstrahlen zwischen
ihnen, welche durch den Tank I3 und den Zellenfensterteil 20 gehen. parallel werden.
Der Zellenfensterteil 20 bei der besagten alternativen Ausführungsform muß daher
nicht so nahe am Fenster 22 liegen wie bei der vorigen Ausführungsform, und zwar
mit Hinblick auf die convergierende Natur der Lichtstrahlen bei der besagten vorigen
Ausführungsform.
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Die drehbar einstellbare Scheibenblende 39 gestattet, daß der durch
die Speiche 7I, Schlitz 64 oder gerade Kante 72 gebildete Winkel von Hand aus mit
Hinblick auf die normale Ebene des Systems geändert wird. d. d. h. eine vertikale
Fläche senkrecht zu der Fläche des Papiers, wie in Fig. I gezeigt. diese Einstellung
steuert die Größe der Maxima der Kurve der Brechungsindizes oder eines Musters,
-welches auf dem Betrachtungsschirm sichtbar wird. l)ie Elemente 64 und 7I werden
vorzugsweise spindelförmig ausgeführt, andernfalls mit parallelen Seiten, um die
Dicke der Kurvenlinie beizubehalten, welche man auf dem Schirm im wesentlichten
gleichbleibend sieht, unabhängig von der Steilheit der Brechungsindexkurve in der
Zelle.
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Der Grund dafür liegt darin, daß die Dicke der Kurve, wenn sie vertikal
zur Zellenachse gemessen wird, auf der gesamten Länge der Kurve konstant ist. I)ies
bedingt die Stärke der Kurve, wenn im rechten Winkel zu sich selbst gemessen, welche
wesentlich kleiner wird in den steilen Teilen als in den flache Teilen der Kurve.
Durch die Verwendung eines spindelförmigen Schlitzes und durch Einstellen der optischen
Elemente in der Weise, daß man das normale Schlitz- oder Lichtquellenbild auf eine
Sloitze projiziert und das am meisten abgelenkte Bild des Schlitzes auf die andere
Spitze <1er spindelförmigen Blende, wird die Stärke der auf den Schirm projizierten
Kurve im wesentlichen gleichmäßig. In Fällen, wo Kurven mit mehreren Scheitelpunkten
verschiedener Höhen auftreten, ist dieses Hilfsmittel naturgemäß nur wirksam mit
Hinblick auf die Stärke der Kurve an ihrem höchsten Scheitelpunkt oder bei ihrem
größten Maximum In Fig. 4 sind die maximale Stärke der Speiche 71 und der Schlitz
64 etwas übertrieben, um deren Darstellung zu erleichtern. Dieses Problem tritt
nicht auf, wo der auf Brennpunkt eingestellte Strahl der Lichtquelle die radiale
Blendenkante 72 schneidet, derart, daß eine solche Kompensation nicht notwendig
ist, wenn die besagte Kante als Überschneidungsblendenelement verwendet wird.
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Es ist inuerhall< der vorliegenden Erfindung vorgesehen, infrarote
Strahlung als Quelle für die optische Prüfung von flüssigen Systemen zu verwenden,
welche zu stark opaleszierend oder zu stark gefärbt sind zum Studium mit sichtbarem
Licht.
W.ihrend eine Wolframlampe erheblich in dem ultraroten und nahe dem infraroten Teil
des Spektrums strahlt, kann es zweckmäßig sein, sie durch intensivere infrarote
Strahlungsquellen zu ersetzen, z. B. einen Nernstbrenner oder andere geeignet Infrarotquellen,
wie sie bei in,fraroten Spektrometern verwendet werden. Die Feststellung der Strahlung
bei Betrachtung des Schirmes der Vorrichtung kann durch die Verwendullg geeigneten
infrarot erregbaren Phosphors oder durch geeignte Elektronenvorrichtungen vorvollständigt
werden.
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Die Vorderwand des Tankes 13 wird vorzugsweise aus gefärbtem, transparentem
Material gebildet. wie rotem, transparentem, plastischem Blattmaterial, welches
bei I3' gezeigt ist und welches die Beobachtung des Inneren des Tankes gestattet,
ohne störendes Seitenlicht zuzulassen.
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In dem Tank wird vorzugsweise eine geeignete Rührvorrichtuoig montiert,
welche von einem Motor angetrieben wird, der oben auf dem Tank befestigt ist; desgleichen
eine Heizvorrichtung, welche der Kühlwirknng der Verdampferrohre 14 entgegenwirkt,
derart, daß das Wasser in dem Tank auf der optimalen Temperatur für die Elektrophorese
gehalten wird, nämlich etwas über dem Gefrierpunkt, und endlich ein geeigneter thermostatischer
Schalter, um die Betätigung der besagten Heizvorrichtung zu steuern. In Fig. I ist
der Rührer punktiert bei 7 gezeigt, die Heizvorrichtung bei 8 und der thermostatische
Schalter bei 9. im Betrieb wird die Hauptkammer der Kühlvorrichtung, welche das
optische System enthält, durch die Kondensation von Wasserdampf an den unteren Windungen
der Verdampferrohre entfeuchtet. Es hat sich als ein weiterer Vorteil herausgestellt,
zum Zwecke der Verstärkung dieser Entfeuchtung der Hauptkammer der Kühlvorrichtung
in den Gefrierraum I5 Schalen zu ,stellen, welche ein geeignetes hygroskopisches
Mittel enthalten, z. B. Calciumchlorid. Auf diese Weise wird die innere Feuchtigkeit
der Kammer der Kühl vorn richtung jederzeit auf Null gehalten, unabhängig von der
Temperatur der Verdampferrohre. Indem man das hygroskopische Mittel in die Gefrierkammer
stellt, wird das Mittel gekühlt und so wirksamer zum Binden von Wasserdämpfen.
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Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm der elektrischen Schaltung,
welche für die Elektrophorese in der Vorrichtung nach Fig. 1 angewendet wird. Bei
73 ist ein Drehschalter angegeben, und eine Signallampe 74 ist über der Leitung
unterhalb des Schalters angeschlossen. Die Erregung der Lichtquelle 30 wird durch
einen Schalter 75 gesteuert, welcher mit der besagten Lichtquelle 30 und der Leitung
in Serie geschaltet ist. Die Leitungsdrähte 76 und 77 sind durch einen üblichen,
von Hand einstellbaren Zeitschalter 78 mit der Gleiehrichteranlage verbunden, allgemein
gezeigt bei 79. Eine Signallampe80 i.st über die Zuführungsleitungen 8I und 82 der
besagten Gleichrichteranlage hinweg angeschlossen. Die Gleichrichteranlage 79 ist
wie üblich ausgestaltet und umfaßt Gleichrichter 83 und 84, Filterkondensatoren
85, eine Filterdrossel 86 und Spannungsreglerrohre 87, 88, in Reihe geschaltet über
die Ableitungskabel der Anlage, derart, daß sie eine konstante Gleichstromspallllung
über ein Potentiometer 89 liefern, welches eine von Hand einstellbare Steckverbindung
go besitzt. Die Elektroden der elektrophoretischen Zelle sind mit der Steckverbindung
90 bzw. mit dem Nulleiter 91 der Gleichrichteranlage verbunden; ein Xlilliamperemeter
92 ist in Reihe mit der Belastung geschaltet. Die Einstellung der Steckverbindung
90 wird durch einen Knauf 93 auf dem Schaltlorett 46 kontrolliert. Die oben beschriebenen
Elemente sind in einem Gehäuse 12 angeordnet und werden eingestellt bzw. beobachtet
auf dem Schalthrett 46, wie in Fig. 7 gezeigt.
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Der Knopf47, welcher den einstellbaren Winkel der Blende steuert,
besitzt einen Zeiger auf der Schalttafel 46, mit dem die Skala 94 zusammenarbeitet,
welche in Graden der Drehung der Blende kalibriert ist, derart, daß vorbestimmte
Einstellungen der Blende schnell hergestellt werden können.
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Fig. 8 a zeigt eine typische Experimentierkurve, welche auf dem Schirm
57 bei der Analyse eines Musters von Blutserum erhaltenworden ist. Fig. 8 b zeigt
eine Standardkurve für normales Blutserum.
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Solche Standardkurven befinden sich auf durchsichtigen Platten, die
in das Gehäuse 56 durch Schlitz 63 eingeführt werden können, derart, daß sie hinter
dem Schirm 57 liegen. Wenn dies geschehen ist, zeigt der Schirm 57 die Experimentierkurve
in übereinandergelagerter Stellung zu der Standardkurve gemäß Fig. 8 c. Dies läßt
einen einfachen Vergleich der Experimentier- mit der Standardkurve für eine bestimmte,
gerade zu prüfende Flüssigkeit zu.
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Fig. 9, 10 und 11 zeigen eine elektrophoretische Zelle, welche bei
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann. Die Zelle
besteht aus einem Reservoirteil 95, welcher durch ein Rohr 96 über ein Ventil 97
mit dem unteren Teil des U-förmigen Gefäßes 98 verbunden ist, dessen einer Arm 99
mit einer der Elektrodenkammern 100 verbunden ist. Der andere Arm umfaßt das hohle
Zellenfenster 20, welches, wie in Fig. IO und 1 1 gezeigt, in kleinen Abständen
versetzte, flache, verhältnismäßig weite vertikale Seitenfläclhen IOI und 102 besitzt
und verhältnismäßig enge, senkrechte Endwandungen 103 und 104, durch welche der
analysierende Lichtstrahl hindurchtritt. Der obere Teil des Zellenfensters ist mit
@ Hilfe einer Verbindung 105 mit der anderen Elektrodenkammer 106 verbunden. Man
läßt die zu prüfende Flüssigkeit aus dem Reservoirteil 95 durch Offnen des Ventils
97 in das U-förmige Gefäß eintreten. Ein Rohr 107 verbindet die oberen Teile der
Elektrodenkammern 100 und Io6, derart, daß sich der Flüssigkeitsspiegel in den beiden
Kammern ausgleicht. Die Elektroden, welche nicht gezeigt sind, liegen in den entsprechenden
Elektrodenkammern 100 und Io6.
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Die Zelle wird vorzugsweise vollständig aus durchsichtigem Material
hergestellt, wie Glas, und zusammengeschmolzen, um eine Einheit zu bilden.
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Bei Diffusionsversuchen wird eine Zelle gemäß Fig. 12 und 13 verwendet.
Die bei 108 allgemein angegebene Zelle ist gewöhnlich U-förmig und besteht aus einem
ersten Arm 109, welcher eine der Flüssigkeiten enthält, und einem zweiten Arm IIO,
welcher die andere Flüssigkeit enthält, in welche die erste Flüssigkeit diffundierten
soll. Der Arm 110 enthält den Zellenfensterteil 111, der ähnlich ist wie der ilt
Zusammenhang mit der elektrophoretischen Zelle gemäß Fig. 9, 10 und 11 beschriebene
Zellenfensterteil 20. Ein Zweiwegabsperrhahn 112 ist am unteren Ende des Armes 110
vorgesehen, und dieser Absperrhahn hat ein Abflußrohr 113. Durch Drehung des Handgriffes
114 des Absperrhahnes in die eine Stellung kann Flüssigkeit aus dem Arm 109 in den
Arm 110 geführt werden, um eine Grenzlinie zu bilden, welche für Diffusionsbeobachtungen
geeignet ist. Durch Drehen des besagten Handgriffes 111 Cl eine zneitc Stellung
kann die Verbindung zu dem Yrm 109 geschlossen werden. In einer dritten Stellung
des Handgriffes 114 kann der Arm 110 durch den Auslauf 113 entleert werden.
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Wie im Falle der elektrophoretischen Zelle wird die Diffusionszelle
log vorzugsweise vollständig aus durchsichtigem Älaterial hergestellt, z. B. Glas.
nei der .\dsorptionsanalyse wird eine Zelle verwendet, wie in Fig. 14 und 15 gezeigt.
Die bei 115 allgemein angegebene Zelle besteht aus einem unteren Glasgefäß 116,
welches eine Masse adsorbierendes Mittel 117 enthält, z. B. Holzkohle, und ist unten
durch ein Rohr 118 mit der Quelle der zu untersuchenden Lösung verbunden. Das Gefäß
II6 hat ol)en einen Flansch 109-, welcher mit einem Sitz I20 versehen ist. in dem
ein geeigneter Filter I2I liegt. z. i3. Filterpapier oder Löschpapier. Eine mit
Öffnungen versehene Filterscheibe 122, vorzugsweise aus gesintertem Glas, in Stellung
eingeschmolzen. ist gleichfalls am Boden des Gefäßes II6 vorgesehen, und zwar in
der Verbindung zu dem Rohr t i8. nic obere Fläche des Flansches 119 ist mattgeschliffen
und mit einem geeigneten Schmiermittel eingefettet. Fine ähnlich geschliffene Unterfläche
des unteren Flansches 123 des aus Glas bestehenden Fensterteiles 124 zur optischen
Beobachtung steht unter Abschluß im Eingriff mit dem vorgenannten Flansch. Der obere
Teil des Fensters 124 ist mit Hilfe eines Rohres 125 an ein geeignetes Vorratsgefäß
angeschlossen.
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Die zu prüfende Flüssigkeit läßt man langsam in die Zelle aus dem
unteren Einlaßrohr 118 eintreten.
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Nachdem sie durch die Adsorptionsmasse 117 hindurchgerieselt ist,
steigt die Lösung in dem Fenster 124 zur optischen Beobachtung, und das Adsorptionsdiagramm,
welches die Form einer ansteigenden Kurve von Brechungsindizes besitzt, wird beobachtet
oder von Zeit zu Zeit auf einer photographischen Platte festgehalten. Sie kann auch
fortlaufend mit Hilfe einer entsprechenden Kamera festgehalten werden, und zwar
von der Art, die eine Trommel besitzt, welche einen photographischen Film tragt
und sich langsam an einem Schlitz vorbeidreht, welcher an der Öffnung der Kamera
liegt.
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Zur Bestimmung des Brechungsindex werden die zu prüfenden Lösungen
entweder in 30 oder 600 hohle Glasprismen gegeben. Das die zu untersuchende Lösung
enthaltende Prisma wird in den Pfad des analysierenden Lichtstrahles gestellt. DieAblenkung
des Lichtstrahles, verursacht durch die Brechungseigenschaften der zu untersuchenden
Lösung, kann dann unter Bezug auf die kalibrierte Skalenplatte beobachtet werden,
welche in dem Gehäuse 56 hinter dem Schirm 57 ruht. Schirm 57 kann wahlweise direkt
kalibriert werden, und zwar unter Zugrundelegung von Brechungsindizes oder Bestandteilen
von Brechungsindizes.
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Die Anordnung ,der in vollen Linien in Fig. I,2 und 3 gezeigten Vorrichtung
ergibt eine Kurve, bei der die Grundlinie vertikal ist, wie in Fig. 8 a, 8 b und
8c gezeigt. Es ist im allgemeinen zweckmäßiger, mit einer horizontalen Grundlinie
zu arbeiten. I)ie Vorrichtung kann abgeändert werden, um vliese bevorzugte Anordnung
durch Anderung der Richtung des Gehäuses 56 um 90° zu erreichen, und zwar von seiner
in vollen Linien gezeichneten Stellung, derart, daß es sich nach vorn erstreckt
statt nach der Seite der Kühlvorrichtung, wie punktiert bei 56' in Fig. 2 und 3
gezeigt und wie in Vorderansicht in Fig. I7 dargestellt. Die Wiedereinstellung des
Spiegels 53 in seine neue Stellung, welche bei 53' in Fig. 17 angegeben ist, bedingt
eine Drehung der Kurve, wie man auf tlcm Schirm 97 sieht, und zwar um go0 aus ihrer
ersten Stellung, und ergibt die gewünschte horizontale Grundlinie. In der bevorzugten
Ausführungsform der Vorrichtung ist das Schaltbrett 46 gegen die Vorderseite der
Kühlvorrichtung gerichtet. wie in Fig. I7 gezeigt, und die Betätigungselemente uiid
die darauf befindlichen Indikatoren können nach Belieben von den spezifischen Stellungen
derselben wieder eingestellt werden, wie in Fig. 7 gezeigt.
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Die .\rt des Gebrauches der Vorrichtung wird nun gezeigt. und zwar
durch die Beschreibung der Schritte. welche zur Durchführung eines elektrophoretischen
Experimentes gehören, wenn man eine Zelle der Art verwendet, wie in Fig. 9, 10 und
11 gezeigt.
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Die Lösung oder die biologische Flüssigkeit, z. B.
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Blutserum, die untersucht werden soll, wird mit einem geeigneten Puffer
verdünnt, z. B. Natriumbarbiturat - Barbitursäure - Lösung von ungefähr 0.1. Ionenstärke
und einer Wasserstoffion<nkonzentration otler einem p, von ungefähr 8, 6, derart,
daß sie eine Gesamtkolloid- oder Proteinkonzentration von uoigefälor T b;s 2°/o
aufweist. Ungefähr 20 cm3 der verdünnten Lösung werden gegen 1 l desselben Puffersystems
durch Dialyse durch Cellophan ins Gleichgewicht gebracht in einem geschlossenen
Dialysator, welcher in der Hauptkammer des Kühlapparates steht. Nach ungefähr 24
Stunden Dialyse werden Silber-Silberchlorid-Elektroden mit einer hohlen Silberröhre
als Träger in die Elektrodenkammern und und 106 der elektrophoretischen Zelle gestellt
und die ganze Zelle mit Ausnahme der Vorratsbehälters 95 und der Verbindung 96 wird
mit dem Puffer gefüllt, welcher die äußere Lösung
während der Dialyse
bildet. Der Vorratsbehälter 95 wird mit der Kolloidlösung gefüllt, welche innerhalb
des Cellophansackes des Dialysators war.
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Nun wird die Zelle in den Tank 13 eingetaucht und an ihren Winkelträgern
17 und I8 befestigt; das Wasser in dem Tank wird dabei konstant auf einer Temperatur
von etwa IO mit Hilfe einer Küihlröhrwindung 14 der Kühlvorrichtung gehalten sowie
dem Kompensationserh<itzer 8 und dem thermostatischen Regulierschalter 9 für
den besagten Erhitzer. Nachdem die Zelle die Temperatur des Bades angenommen hat
und etwas gesättigte Kaliumchloridlösung in die Träger der elektrophoretischen Elektrode
injiziert worden ist, wird der Absperrhahn 97, welcher die Hauptkammer der Zelle
mit ihrem Reservoirteil verbindet, vorsichtilg mit Hilfe eines geeigneten verlängerten
Schliüssels geöffnet, welcher sich darauf abwärts von dem oberen Teil des Tanks
I3 erstrecken kann, um mit dem Handgriff des Absperrhahnes im Eingriff zu stehen,
zu dem Zweck, diesen zu drehen. Diese Betätigung kann direkt beobachtet werden durch
die durchsichtige Vorderwand I3' des Tankes. Von Zeit zu Zeit wird die Stellung
der Kolloidgrenzlinie in dem Fensterteil 20 der Zelle festgestellt, und zwar auf
dem Betrachtungsschirm 57 der Vorrichtung, nachdem die Lichtquelle 30 kurzzeitig
eingeschaltet worden ist.
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Die Grenzlinie erscheint auf dem Betrachtungsschirm als eine scharfe
horizontale Linie gemäß der Anordnung der Fig. I oder als eine vertikale Linie gemäß
der Anordnung der Fig. I7. Wenn diese Linie mit der auf dem Schirm eingeätzten oder
sonstwie zur Darstellung gebrachten Bezugslinie übereinstimmt, wird der Absperrhahn
97 der Zelle geschlossen und Gleichstrom durch die Zelle geschickt durch Einhalten
des Gleichrichternetzes. Mit Hilfe der Steuerelemente, welche auf dem vorderen Schaltbrett
46 des Gehäuses 12 angebracht sind, wird die Stromstärke auf ungefähr I2 Milliampere
(oder einen Wert zwischen 8 und 15 Milliampere) eingestellt. Die automatische Zeitvorrichtung
78 wird auf den gewünschten Stromfluß eingestellt, z. B. für I80 Minuten. Von da
an benötigt der Apparat weiter keine Bedienung, bis der Zeitschalter den Strom abstellt.
In diesem Augenblick erlischt die Signallampe 80 und teilt somit dem Bediener mit,
daß die elektrophoretischeZeitspanne vollendet ist. Durch Einschalten der Lichtquelle
30 erscheint das voll entwickelte elektrophoretische Diagramm der zu studier,enden
Flüssigkeit auf dem Betrachtungsschirm 57. Wenn der Stangenabschnitt 7I der einstellbaren
Blende zur Anwendung gelangt, so ist die Kurve gegen einen hellen Hintergrund dunkel,
und umgekehrt, falls der Schlitzteil 64 der Blende zur Anwendung gelangt. Die Amplitude
der maximalen Scheitelpunkte der Kurve hängt von dem Winkel zwischen der Stange
oder dem Schlitz und der Ebene des Lichtstrahles ab, welcher auf die Blende fällt,
wie oben dargelegt. Dieser Winkel kann durch Betätigung des Knopfes 47 verändert
werden. Im Falle der üblichen Muster, wie z. B.
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Blutserum, kann der Bedienende schnell feststellen, ob es oder ob
es nicht das Muster eines normalen Serums ergibt, indem er in den Schlitz 63 einen
Schieber einführt, welcher das Standarddiagramm normalen Serums trägt, welches die
übliche Kurve darstellt, die man aus einer genügend großen Zahl von normalen Serummustern
erhält. Die Natur der Vergleiche durch Betrachtung ist durch die über geordneten
Muster angegeben gemäß Fig. 8c. Die einstellbare Blende wird um denselben Winkel
versetzt wie die Standardkurve. Da die Fläche unterhalb der Scheitelpunkte der Kurve
eine Funktion der Proteinkonzentration ist, zeigt sich eine Hyper-oder Hypoproteinemia
durch ein je nachdem größeres oder kleineres Muster von selbst an, und zwar verglichen
mit der Standardkurve. Durch Einstellen des Winkels der Blende bis zum Zusammenfallen
der Experimentierkurve mit der Standardkurve, soweit sie dieser angepaßt werden
kann, kann der Bedienende leicht, und zwar mit ziemlicher Genauigkeit den Proteingehalt
des geprüften Musters feststellen mit Hilfe einer kalibrierten Karte, auf welcher
der Winkel der Blende, wie er von der Skala 94 auf dem Kontrollbrett abgelesen wird,
graphisch gegen die Gesamtproteinkonzentration abgestimmt wird. Wenn die Kurve,
welche sich aus der Experimentierflüssigkeit ergibt, nur in bestimmten Teilen des
Diagramms Abweichungen aufweist, z. B. in bezug auf die Gamma-Globulin-oder Albuminkonzentration,
so ist es möglich, von dem Normalmuster für Normal serum das Ausmaß der Abweichung
zu schätzen, und zwar mit Hilfe besonders hergestellter Standardkurven, welche Sera
wechselnder Konzentrationen an verschiedenen Proteinkomponenten wiedergeben. Wenn
sich die Experimentierkurve radikal in ihrem Aussehen von der durch normales Blutserum
erhaltenen unterscheidet, so kann der Bedienende feststellen, ob er es mit einem
Fall von Nephritis, multiplerMyeloma oder einer anderen Krankheit zu tun hat, von
der bekannt ist, daß sie ein charakteristisch anomales Muster ergibt, indem er das
Experimentierdiagramm mit verschiedenen Vergleichskurven vergleicht, welche von
der Vorrichtung in der Form von Schiebern geliefert werden, welche hinter dem Schirm
57 eingesetzt werden können an Stelle des Standarddiagramms für Normalserum. Zum
Zweck der Aufzeichnung wird das Experimentierdiagramm entweder von Hand gezeichnet
auf einem präparierten transparenten graphischen Papier, oder es kann auf einer
photographischen Platte aufgenommen werden. Spezialphotographisches Papier kann
dafür verwendet werden, welches gegenüber diffusem Tageslicht unempfindlich ist,
aber empfindlich gegen die Strahlung der Lichtquelle 30, und alle Operationen einschließlich
Entwickeln und Fixieren können ohne besondere Dunkelkammer ausgefülhrt verden. Das
angewandte photographische Verfahren kann ähnlich sein der Sofort-Einstufenphotographie,
welche letzthin beschrieben wurde von Edwin H. Land und welche direkte positive
Abzüge von Bildern ergibt, -und zwar ohne den Gebrauch einer Dunkelkammer oder folgender
chemischer Behandlung des exponierten Films oder des exponierten Papiers.
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Zur Bestimmung der Diffusionskonstanten wird eine Zelle der in Fig.
12 und 13 dargestellten Art verwendet. Die Lösung der Substanz, die untersucht werden
soll, wird sorgfältig unter ein reines Lösungsmittel geschichtet in einer Weise,
wie oben in Zusammenhang mit der Elektrophorese beschrieben. Man làßt keinen elektrischen
Strom durch die Zelle. aber das mit mit Zeit von selbst einsetzellele, forschreitende
Auslaufen der ursprunglich scharfen Grenzfläche zwischen Lösung und Lösungsmittel,
dank der freien Diffusion, wird durch Zeichnen oder Photographieren festgestellt,
und zwar wird die Kurve festgestellt, welche auf dem betrieffenden Schirm in geeigneten
Intervallen sichtbar ist.
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Aus der obigen Beschreibung geht klar hervor, daß die vorliegende
Erfindung auf eine große Zahl von Phänomene oder Verfahren Anwendung finden kann,
welche Änderungen der Brechungsindizes oder der Brechungsindexkurven zur Folge haben.
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Durch genaue Standardisierung der angewandten Technik bei der Verwendung
des Apparates können die von verschiedenen Bedienenden erhaltenen Resultate, und
zwar auch in versschiedenen Laboratorien erhaltenen, direkt vergleichbar und genau
wiederholbar gemacht werden.