DE934201C - Ultrazentrifuge mit Optik zur Feststellung des jeweiligen Zustandes einer in einer Laeuferzelle befindlichen Substanz waehrend des Zentrifugierens - Google Patents

Description

• Ultrazentrifuge mit Optik zur Feststellung des jeweiligen Zustandes einer in einer Läuferzelle befindlichen Substanz während des Zentrifugierens Die Erfindung bezieht sich auf Ultrazentrifugen mit Optik zur Feststellung des jeweiligen Zustandes einer in einer Läuferzelle befindlichen Substanz während des Zentrifugierens.
• Diese Ultrazentrifugen dienen zur Messung der Größe und Masse kolloidaler Teilchen, großer Moleküle und ähnlicher Partikel. Es wird mit ihnen entweder die Wanderungsgeschwindigkeit der Tseilchen oder ihre Konzentrationsverteilung im Gleichgewichtszustand bei laufender Ultrazentrifuge gemessen. Die dazu dienenden optischen Einrichtungen arbeiten nach dem Absorptions- bzw. nach dem Refraktionsverfahren. Dabei wird ein Lichtstrahl durch die die zu untersuchende Substanz enthaftende Zelle geschickt. - Fur die Durchführung der Messung sind verschiedene Prinzipien entwickelt worden. Für die Erfindung ist lediglich bedeutungsvoll, daß die Zelle von einem Lichtstrahl durchdrungen wird, während die splezielle Durchführung des Meßverfahrens nebensächlich ist.
• Biei den bekannten Ultrazentrifugen enthält denen Läufer eine einzige Zelle, die wähnend der Rotation des Läufers in durch dessen Umdrehungszahl bestimmten Zeitabständen durch den dauernd an der gleichen Stelle verbleibenden Beobachtungslichtstrahl hindurchgeführt wird.
• Das Zentrifugieren ersterckt sich über einen gewissen Zeitraum, welcher teine halbe Stunde oder noch mehr betragen kann. Die Beobachtungen der Substanz und die Messungen werden nicht während dieses ganzen Verlaufes vorgenommen, sondern in gleichmäßigen Zeitabständen von einer oder mehneuen Minuten. Unter diesen Umständen nimmt das mehrmalige Untersuchen ein- und derselben Substanz zu Kontrollzwecken oder das au£einanderfolgende Unter-suchen verschiedener Substanzen eine erhebliche Zeit in Anspruch. Die Erfindung bezweckt, die Untersuchung mehrerer Proben der gleichen Substanz oder die Untersuchung verschiedenier Substanzen während des gleichen Zeitraumes zu ermöglichen, welcher jetzt für die Untersuchung eines einzigen Präparates erforderlich ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Läufer mit einer Mehrzahl von Zellen ausgerüstet ist und Mittel vorgesehen sind, daß jede der verschiedenen Zellen wahlweise für sich beobachtet werden kann. Dabei werden zweckmäßig die verschiedenen vorhandenen Zellen innerhalb eines bestimmten Zeitraumes nacheinander beobachtet. Auf diese Weise können die bei dem bisherigen Arbeiten mit Ultrazentrifugen zwischen den einzelnen Beobachtungen der feinen Zelle verstreichenden Zeitspannen, die bischer unausgenutzt bleiben mußten, für die Beobachtung der übrigen Zellen nutzbar gemacht werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe können zwei verschiedene Prinzipien Anwendung finden. Bei dem einen Prinzip werden die verschiedenen zu untersuchenden Zellen irni verschiedenlem Abstand von der Drehachse angeordnet und wird zur Beobachtung der einzelnen Zellen entweder die Achse der Optik etwas verschoben oder der Lichtsrahl durccch Spiegelung so abgelenkt, daß wahlweise die beine oder andere Zelle bei der Rotation .des Läufers durch die optische Achse hindurchläuft. Dler Unterschied in der Entfernung Ides verschiedenen Zellen von der Drehachse des Läufers kann dabei auf wenige Millimeter begranzt werden. Daß die Unterschiede des Abstandes Ider einzelnen Zellen von der Drehachse gering sind, ist wesentlich für die Gestaltung des Läufers, da dieser wegen der außerordentlich hohen Umdrehungszahlen sehr genau ausgewuchtet stein muß.
• Nach dem anderen Prinzip wird ein Lichtblitzstroboskop verwendet, in welchem jeweils nur dann ein Lichtblitz ausgelöst wird, wenn gerade die zu untersuchende zelle durch die optische Achse hindurchbewegt wird. Die Steuerung des Lichtblitzstroboskops erfolgt dabei von einem sich mit dem Läufer drehenden Element her. Für diese Art der Steuerung bieten sich die verschiedensten Möglichkeiten, von welchen in der Beschreibung einige näher erläutert sind.
• In der Zeichnung ist leine nach dem zweiten Prinzip arbeitende Ultarzentrifuge in einer beispielsweisen Ausführung dargestellt. Es zeigt Fig. I leine schematische Darstellung des Läufers mit der Optik und den Steuerungsmechansimen und Fig. 2 einen Schaltplan.
• Aus den Zeichalingen ist auch die Gestaltung einer nach dem ersten Prinzip arbeitenden Ultrazentrifuge ohne weiteres verständlich, so daß es einer zeichnerischen Darstellung einer solchen Ultrazentrifuge nicht bedarf.
• Mit I ist der Läufer der Ultrazentrifuge bezeichnet, welcher in einem Gestell 2 50 gelagert ist, daß er in außerordentlich hohe Umdrehungen versetzt werden kann. Dler Läufer weist eine Anzahl von in gleichem Abstand von der Drehachse gelegenen Kammern 3 auf, welche zur Unterbringung der die zu untersuchende Substanz enthaltenden Zellen bestimmt sind. Die Gestaltung der Kammern und der Zellen ist von untergeordneter Bedeutung. Wesentlich ist aber, daß die Kammern so gestaltet sind, daß durch sie ein parallel zur Drehachse verlauiender Lichtstrahl hindurchgesandt werden kann.
• Dieser Lichtstrahl geht von einer neben dem Gestell der Ultrazentrifuge angebrachten Röhre 4 eines Lichtblitzstroboskops aus. Zwischen diese Röhre 4 und den Läufer der Ultrazentrifuge ist noch lein Spalt 5 und eine Optik 6 zwischengeschaltet.
• Auf der Welle 7 des Läufers I ist ein Nocken 8 vorgesehen. Vor dem Flugkreis dieses Nockens, jedoch dicht an seiner Außenbahn, sind eine Anzahl Spulen 9 angeordneet, und zwar derart, daß sie in dem gleichne Winkelabstand aufeinanderfolgen wie die Kammern 3 des Läufers 1. Eine gleichmäßige Verteilung der Kammern 3 des Läufers sowie der Spulen 9 auf einem Kreis ist dabei nicht erforderlich. Die Spulen 9 sind gemeinsam an den Zweig 10 einer Stromleitung angeschlossen, während das andere Ende der Spulen je mit einem Kontaktknopf 11 in Verbindung steht. Diese Kontaktknöpfe 11 sind so angeordnet, daß jeder Kontaktknopf 11 über einen drehbaren Arm I2 ,an den anderen Zweig I3 des genannten Stromkreises angeschlossen werden kann. Die beiden Stromzweige 10 und 13 führen zum Eingang des Lichtblitzstroboskops, an dessen Ausgang die in der Zeichnung dargestellte Röhre 4 angeschlossen ist.
• Der Nocken 8 besteht aus Magentstahl oder anderem magnetischem Material. Infolgedessen erfolgt er in derjenigen Spule 9, welche durch die Wahlvorrichtung II, 12 in den Stromkreis eingeschaltet ist, einen Stromimpuls. Dieser Stromimpuls löst nach entsprechender Verstärkung im Lichtblitzstroboskop einen Lichtblitz aus. Die Spuleng sind nun derart angeordnet, daß das Auslösen eines Lichtblitzes gerade zu dem Zeitpunkt erfolgt, zu welchem sich eine zugeordnete - Kammer 3 des Läufers I mit der in ihr untergebrachten Zelle durch die Achse der Optik hindurchbewegt. Da wegen der in dem Stromkreis des Lichtblitzstroboskops vorhandenen Spulen und Kondensatoren mit einer Verzögerung in der Auslösung des Lichtblitzes genechnet werden muß, die von vornherein nicht genau festgelegt werden kann, ist der Nocken 8 auf der Läuferwelle 7 v'erstellbar. Es genügt dabei eine Verstellbarkeit innerhalb des größten Winkelabstandes zweier aufeinanderfolgender Kammern 3 des Läufers. Umgekehrt kann aber auch der Nocken 8 auf der Läuferwelle 7 feststehend angeordnet werden und leine Verstellung der Spulen g verfolgen.
• Während einer Umdrehung des Läufers passieren die Kammern 3 mit den in ihnen befindlichen Zellen nacheinander die Achse der Optik. Es bietet sich somit die Möglichkeit, wahlweise jede der Kammern bzw. die in dieser untergebrachte Zelle einzeln zu beobachten. Um zu erreichen, daß gerade beim Durchgang der gewählten Zelle durch die Achse der Optik ein Lichtblitz ausgelöst wird, braucht nur die der bestimmten Zelle zugerodnete Spule 9 über die Wähleinrichtung 11, 12 an den Stromkreis ro, 13 angeschlossen zu werden. Es macht sich allerdings erforderlich, daß die Spulen 9 gerade in entgegengesetzter WleisNe aufeinanderfolgen wie die Kammern 3 des Läufers 3, d. II. während die Kammern des Läufers im Zhrzeigersinn gezählt werden, muß die Zählung der Spulen 9 gerade in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung lerfolgen.
• Von einer Relativverstellung des Nockens 8 zu den Spulen 9 kann Abstand genommen werden, wenn vor das Lichtblitzstroboskop eine bekannte verstellbare Laufzeitkette vorgeschaltet wird.
• Die Herbeiführung eines Stromimpulses kann statt auf induktivem Wege auch auf kapazitivem Wege erreicht werden. In diesem Falle wären die Spulen 9 durch Plattlen zu ersetzen, welche mit Gleichstrom oder Hochfrequenz beschickt werden.
• Dler Nocken 8 würde in diesem Falle aus unmagnetischlem Material bestehen. Der Nocken 8 bildet jeweils mit derjenigen Platte, an der er vorbeistreicht, einen Kondensator. Werden die Platten 9 mit Gleichstrom beschickt, so entsteht beim Vorbeistreichen des Nockens an der eingeschalteten Platte direkt ein elektrischer Impuls. Bei Hochfrequenzspeisung der Platten entsteht eine Frequenzänderung, aus der sich in bekannter Weise ein Stromimpuls erzeugen läßt.
• Die Einrichtung läßt sich auch so gestalten, daß lediglich eine Spule 9 oder statt dessen eine Kondensatorplatte vorgesehen wird, diese aber auf einem vollen Kreis, d. Ii. um 3600, verstellt werden kann. Durch entsprechende Einstellung dieser einzigen Spule bzw. der Kondensatorplatte läßt sich ohne weiteres erreichen, daß die Röhre des Lichtblitzstroboskops einen Blitz lediglich gerade zu dem Zeitpunkt aus sendet, zu welchem sich eine bestimmte gewählte Zelle durch die Achse der Optik bewegt. Die Wähleinrichtung II, 12 wird in diesem Falle natürlich entbehrlich.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Ultrazentrifuge mit Optik, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Läufer eine Mehrzahl von Zellen besitzt, die wahlweise einzeln der Beobachtung mittels der Optik unterworfien werden können.
2. 2. Ultrazentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen auf dem Läufer mit verschiedenem Abstand von der Drehachse angeordnaet sind und der Lichtstrahl durch Verschieben der Optik oder durch Zwischenschaltung von Spiegeln auf die Bewegungsbahn der einzelnen Zellen einstellbar ist.
3. 3. Ultraznetrifuge nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen im gleichen Abstand von der Drehachse im Läufer angeordnet sind und zur Belichtung ein Lichtblitzstroboskop verwendet wird, in dem durch Steuerung vom Läufer aus gerade dann ein Lichtblitz ausgelöst wird, wenn sich die jeweils zu beobachtende Zelle durch die Achse der Optik hindurchbewegt.
4. 4. Ultrazentrifuge nach Anspruch I und 3, gekennzeichnet durch einen mit dem Läufer umlaufenden Nocken, welcher an einem beliebig zu wählenden Punkt seiner Bahn auf induictivem oder kapazitivem Wege oder durch Frequenzänderung eine elektrische Zustandsänderung in dem das Lichtblitzstroboskop enthaltenden Stromkreis herbeiführt, welche zur Auslösung eines Blitzlichtstrahls in der Röhre des Stroboskops nutzbar gemacht wird.
5. 5. Ultrazentrifuge nach Ansrpuch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken von einem Magneten gebildet wird und dicht vor seiner Bewegungsbbahn eine auf einem zu dieser Bewegungsbahn konzentrischen Kreis beliebig verstellbare Spule des Stromkreises für das Lichtblitzstroboskop vorgesehen ist.
6. 6. Ultraznetrifuge nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken aus unmagnetischem Metall besteht und dicht vor der Bewegungsbahn desselben eine auf einem zur Bewegungsbahn des Nockens konzentrischen Kreis beliebig verstellbare, mit Gleichstrom oder Hochfrequenzstrom beschickte Platte vorgesehen ist.
7. 7. Ultrazentrifuge nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß dicht vor der Bewegungsbahn des Nockens eine der Zahl der Zellen des Läufers entsprechende Zahl von durch den Nocken induktiv, kapazitiv oder durch F:nequenzändEerung zu beeinflussenden Polen angeordnet sind, mit gleichem Winkelabstand wie die aufeinanderfolgenden Zellen des Läufiers, jedoch in umgekehrtem Drehsinn, welche wahlweise in den das Lichtblitzstroboskop enthalt,enden Stromkreis eingeschaltet werden können.
8. 8. Ultrazentrifuge nach Anspruch I, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole fest angeordnet sind und der Nocken auf der Läuferwelle innerhalb leiner dem größten Winkelabstand zweier Zellen des Läufers entsprechen den Strecke verstellbar ist oder umgekehrt.
9. 9. Ultrazentrifuge nach Anspruch 1, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei fester Anordnung der Pole und des Nockens in dem das Lichtblizstroboskop enthaltenden Stromkreis eine veränderliche Laufzeitkette bekannter Ausführung eingeschaltet ist.