DE943262C - Verfahren und Ultrazentrifugenzelle zur Bestimmung von Molekulargewichten makromolekularer Substanzen - Google Patents

Verfahren und Ultrazentrifugenzelle zur Bestimmung von Molekulargewichten makromolekularer Substanzen

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DE943262C
DE943262C DEM22971A DEM0022971A DE943262C DE 943262 C DE943262 C DE 943262C DE M22971 A DEM22971 A DE M22971A DE M0022971 A DEM0022971 A DE M0022971A DE 943262 C DE943262 C DE 943262C
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DE
Germany
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cell
sector
cutout
shaped
ultracentrifuge
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Expired
Application number
DEM22971A
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English (en)
Inventor
Dr Guenther Meyerhoff
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GUENTHER MEYERHOFF DR
Original Assignee
GUENTHER MEYERHOFF DR
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B5/00Other centrifuges
    • B04B5/04Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • B04B5/0407Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Description

  • Verfahren und Ultrazentrifugenzelle zur Bestimmung von Molekulargewichten makromolekularer Substanzen Eines der wichtigsten Mittel zur Bestimmung von Molekulargewichten makromolekularer Substanzen ist die Svedbergsche Geschwindigkeitsultrazentrifuge. In dieser beobachtet man, wie schnell sich unter dem Einfluß der Zentrifugalbeschleunigung ein gelöstes Teilchen vom Meniskus zum Boden der Ultrazentrifugenzelle bewegt. Dieser Bewegung überlagert sich die Diffusion der Partikel, sie verwischt allmählich die ursprünglich scharfe Sedimentationsgrenze zwischen dein noch Partikel enthaltenden Teil der Lösung und dem oberhalb desselben befindlichen Teil, aus dem die Partikel bereits herausgewandert sind. Durch die . Diffusion war bisher der Meßbereich der Geschwindigkeitsultrazentrifuge auf Mol;ekulargewichte oberhalb to ooo beschränkt, da die Diffusion bei kleineren Molekulargewichten die Sedimentationsgrenze schneller verwischen läBt, als sie vom Meniskus, freikommt.
  • Es sind nun bereits zwei Verfahren bekannt, die es erlauben, den Molekulargewichtsbereich nach unten zu erweitern, indem in der Mitte der Ultrazentrifugenzelle zu Beginn des Versuches eine »synthetische Grenzschicht« zwischen Lösung und Lösungsmittel gebildet wird. Dadurch lassen sich alle am Meniskus auftretenden Komplikationen vermeiden.
  • Die eine Zelle ist von Kegel-es in der Zeitschrift Journal- Am. Chem. Sec. 74, 5532 (I952) beschrieben worden. Diese Zelle enthält neben dem eigentlichen Meßteil insgesamt vier Durchbohrungen. In dieser erfolgt unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft eine Grenzschichtbildung in der Zellenmitte, wobei Lösungsmittel durch zwei oberhalb der Zellenmitte liegende Bohrungen zufließt. Gleichzeitig fließt Flüssigkeit durch zwei unterhalb der Zellenmitte gelegene Bohrungen ab. Hierbei bildet sich die Grenzschicht aus.
  • Einen anderen Typ geben Pickels, E. G., Harrington, W. F. und Schachmann, H. K., in der Zeitschrift Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 38, 943 (I952) an. In dieser Zelle befindet sich oberhalb des sektorförmigen Meßausschnittes, der Zur Hälfte mit Lösung gefüllt wird, ein Vorratsgefäß für reines Lösungsmittel. Dieses Gefäß hat im Boden ein kleines Loch, das durch ein Gummistückchen abgedichtet wird. Der Gummi wird durch die Zentrifugalkraft schon bei- niedrigen Drehzahlen der Ultrazentrifuge zusammengedrückt, so daß das Lösungsmittel aus dem Vorratsgefäß langsam austritt und über die Lösung läuft. Hierbei würde die Grenzschicht sehr stark verwirbelt werden, wenn nicht auf der Lösung eine dünne Schicht Öl schwimmen würde. Durch dieses Öl tr-i-tt d-as Lösungsmittel langsam hindurch, das Öl ermöglicht durch seine Bremswirkung eine saubere Überschichtung.
  • Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren und eine Zelle zur Durchführung des Verfahrens, bei dem nicht mehr Lösungsmittel über die Lösung geschichtet wird, sondern die Lösung langsam unter das Lösungsmittel tritt. Erfindungsgemäß geschieht das so, daß in einem sektorförmigen Ausschnitt einer U1trazentrifugenzelle@ die Lösung unterhalb des Lösungsmittels allmählich zufließt und das Lösungsmittel bis an den oberen Rand der Zelle gedrückt wird und je nach den Erfordernissen als Lösungsmittel Wasser oder eine organische Flüssigkeit verwendet wird. Gegenüber dem Kegeles-Typ ergibt- sich der Vorteil, daß beim Füllen der Zelle nicht wie bei dieser die die Zelle abdichtenden Bergkristillscheiben jedesmal abgenommen zu werden brauchen. Das Füllen bei Kegeleserfordert größere Geduld, da sich Luftblasen, die nicht auftreten dürfen,. in den Bohrungen nur schwer vermeiden lassen. Das jedesmalige Festschrauben der Bergkristallscheiben ist ein großer Nachteil, da die Hauptschwierigkeit bei der hohen Zentrifugalkraft darin liegt, ein Auslaufen der Zelle zu vermeiden. Es müssen daher die Scheiben jeweils so fest angezogen werden, daß die Zelle dicht ist, die Scheiben aber gerade noch nicht springen. Aus diesem Grunde ist es unbedingt wünschenswert, die Scheiben nur einmal festschrauben zu müssen und dann für alle Versuche die Füllung durch Einfüllöffnungen im Zellklotz '.vornehmen zu können. Die Zelle von P i ck e 1 s arbeitet gut und hat sich in der Praxis bewährt: Sie kann jedoch nur für wäßrige Lösungsmittel angewandt werden, da es nicht möglich ist,- eine auf dem organischen Lösungsmittel schwimmende Substanz zu finden, die das Abbremsen- des Lösungsmittels beim Auftreffen auf die Grenzschicht übernimmt, wie das Öl beim Wasser. Organische Lösungsmittel haben ein niedriges spezifisches Gewicht, daher gibt es keine Substanz, die auf ihnen schwimmt, sich nicht in ihnen löst und schließlich weder Zelle noch Lösung angreift.
  • Das Verfahren und die Ultrazentrifugenzelle nach der Erfindung vermeidet alle Unbequemlichkeiten des Zellentyps von Kegeles und ist im Gegensatz zur Zelle von' Pickels nicht auf wäßrige Lösungsmittel beschränkt.
  • In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Ultrazentrifugenzelle nach der Erfindung schematisch dargestellt.
  • Fig. i zeigt einen Längsschnitt zur Darstellung der einzelnen Teile; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B gleich C-D der Fig. i.
  • Nach der Ausführungsform gemäß Fig. i besteht die Zelle aus einem äußeren Zylindermantel i und dem eigentlichen Kern 2, der entweder aus dem gleichen Material wie der Mantel i besteht, wobei Mantel und Kern eine Einheit bilden können, oder aus einem anderen Material, beispielsweise Kunststoff.
  • Der Kern 2 wird von beiden Seiten durch je eine Bergkristallscheibe 3 flüssigkeitsdicht abgeschlossen, die durch die Schraubringe 4-gegen den Kern :2 gepreßt werden.
  • Wie aus Fig. z hervorgeht, ist der Kern 2 mit einem sektorförmigenAusschnitt 5 versehen. Dieser sektorförmige Ausschnitt 5 wird nicht wie bisher mit der Lösung, sondern bis zur Hälfte mit dem Lösungsmittel gefüllt.. Oberhalb des sektorförmigen Ausschnittes 5, d. h. näher zur Rotationsachse der Ultrazentrifuge, befinden sich die beiden Vorratsräume 6. Diese werden mit der Lösung gefüllt.
  • Das Einfüllen von Lösung und Lösungsmittel erfolgt durch- drei Bohrungen 7, 8 die sich in der Ebene E-F der Fig. i befinden und in der Fi.g. 2 gestrichelt dargestellt sind.
  • Die mittlere Bohrung 7 dient zum Einfüllen des Lösungsmittels, die beiden seitlichen `Bohrungen 8 zum Einfüllen der Lösung. Die Bohrungen 7 und 8 werden durch Schrauben verschlossen.
  • Der sektorförmige Ausschnitt 5 steht mit den Vorratsräumen 6 durch Rillen 9 in Verbindung, so daß beim Zentrifugieren die Lösung durch diese 'Rillen 9 im Zellkern unter den Bergkristallscheiben 3 hindurchläuft und unterhalb des Lösungsmittels in den Sektor 5 eintritt. Zum Druckausgleich ist ferner zwischen den Vorratsräumen 6 eine Rille io und eine Bohrung i i, die auf die Einfüllbohrung 7 trifft, vorgesehen.
  • An Stelle der Rillen 9 und io an der Oberfläche des Zellkerns 2 unterhalb der Bergkristallscheiben 3 können auch Bohrungen innerhalb des Zellkerns ä angeordnet sein.
  • Die Wirkungsweise der Zelle ist folgende: Zunächst werden die Vorratsräume 6 mit der zu untersuchenden Lösung gefüllt und die Füllöffnungen 8 mit den dazugehörigen Schrauben verschlossen. Hierauf wird das Lösungsmittel. durch die Bohrung 7 so weit in den sektorförmigen Ausschnitt 5 eingefüllt, bis dieser zur Hälfte gefüllt ist. Die Bohrung 7 wird hierauf ebenfalls verschlossen.
  • Die Zelle wird nunmehr in den Zentrifugenrotor eingesetzt, wobei als Gegengewicht eine Blindzelle dient.
  • Bei Drehzahlen zwischen 5oo und 5000 Umdr./ Min. läuft jetzt durch die Rillen 9 unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft die Lösung zum Zellenboden und schiebt sich unter das Lösungsmittel: Die Geschwindigkeit der Unterschichtung läßt sich durch die Tiefe der feinen Rillen und die Drehzahl variieren. Eine am Zellenboden befindliche, z. B. pulverförmige unlösliche Substanz kann zur Verbesserung der Qualität der Grenzschicht dienen, ist jedoch im allgemeinen nicht erforderlich.
  • Die Beobachtung des Wanderns der synthetisch erzeugten Grenzschicht erfolgt - anschließend * bei höheren Drehzahlen vor etwa 5o bis 6o ooo Umdr./ Min. nach bekannten optischen Methoden.
  • Das Verfahren und die neue Zelle geben die Möglichkeit, in einfacher Weise die bisher bekannten Untersuchungsmethoden der Ultrazentrifuge zur Bestimmung von Molekulargewicht und Struktur makromolekularer Substanzen auf den bisher nicht erfaßbaren hemikolloiden Bereich auszudehnen, und zwar nunmehr auch für die große Gruppe nichtwasserlöslicher Substanzen, zu denen z. B. fast alle Kunststoffe gehören, die nur in organischen Lösungsmitteln löslich sind.
  • Der Molekulargewichtsbereich erstreckt sich bis herunter zu niedermolekularen Größen, d. h. einem Molekulargewicht von etwa 300. Die Untersuchungen an Polymeren in diesem Bereich sind von großer wissenschaftlic'hier und technischer Bedeutung, da fast alle Eigenschaften eines Stoffes eine Funktion seines Molekulargewichtes sind und man dieses deshalb sehr oft benötigt.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Bestimmung von Molekulargewidhtenmakromolekularer Substanzen mit Hilfe einer Ultrazentrifuge, dadurch gekennzeichnet, daß in einen sektorförmigen Ausschnitt einer Ultrazentrifugenzelle die Lösung unterhalb des Lösungsmittels allmählich zufließt und das Lösungsmittel bis an den oberen Rand der Zelle gedrückt wird und je nach den Erfordernissen als Lösungsmittel Wasser oder eine organische Flüssigkeit verwendet wird.
  2. 2. Ultrazentrifugenzelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Anordnung eines sektorförmigen Ausschnittes (5) und zweier oberhalb des sektarförm:igen. Ausschnittes (5) angeordneter Vorratsräume (6), wobei die Fühlung des. Ausschnittes (5) mit Lösungs@mittel.n durch eine Bohrung (7) und die Füllung der Vorratsräume (6) .mit Lösung durch Bohrungen (8) erfolgt, ferner durdh Rillen. (9) zwischen dem. sektorförmigen Aus'sc'hnitt (5) und den. beiden. Vorratsräumen (6) und eine Rille (io) mnt mittlerer kleiner Bohrung (ii) zum Druckausgleich zwischen den beiden Vorratsräumen (6) und dem Ausschnitt (5).
  3. 3. Zelle naich Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß .an Stelle von Rillen (9) Bohrungen innerhalb, des Zellkernes (2) zwischen dein sektorförmigen Ausschnitt (5) 'und den beiden Vorratsräumen (6) und an Stelle der Rille (io) eine Bohrung zum Druckausgleich zwischen den beiden V ärratsräumen (6) und dem sektorförmigen Ausschnitt (5) angeordnet sind. q.. Zelle nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch die an. sich bekannte Anordnung von zwei Bergknistallplatben zum flüssigkeitsdichten Abschluß oberhailb und unterhalb, des Zel'lenkerns (2) im äußeren Zyliindermantel (i).
DEM22971A 1954-05-07 1954-05-07 Verfahren und Ultrazentrifugenzelle zur Bestimmung von Molekulargewichten makromolekularer Substanzen Expired DE943262C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1498618B1 (de) * 1956-03-14 1971-06-09 Beckman Instruments Inc Laborzentrifuge

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