JP3409463B2 - Ultracentrifuge for analysis - Google Patents
Ultracentrifuge for analysisInfo
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、医学、生化学などの分
野で糖蛋白質や高分子の分子量や沈降係数を決定した
り、解離・会合の研究に応用される分析用超遠心機に関
するものもである。
【０００２】
【従来技術】従来における分析用超遠心機の光学系に
は、シュリーレン写真法、レーリー干縞写真法及び光吸
収走査法の３つがある。
【０００３】シュリーレン写真法及びレーリー干縞写真
法は、試料の屈折率変化を写真で表わす方法であり、光
吸収走査法は、濃度を吸光度（ＯＤ値）で測定する方法
である。
【０００４】
【発明の解決しようとする課題】シュリーレン写真法及
びレーリー干縞写真法は、試料の屈折率変化を写真で表
わす方法だが、フィルム上に焼き付け、拡大して読み取
り、手計算で結果を得るため誤差を生じ易いという欠点
を有していた。また光吸収走査法は、濃度を吸光度（Ｏ
Ｄ値）で測定する方法だが、光吸収の無い試料の測定が
できないという欠点を有していた。
【０００５】本発明の目的は、上記した欠点を解決し、
光吸収の無い試料でも光吸収走査法と同様に分子量や沈
降係数などをオンラインで計測可能とするため、分離用
超遠心機に取り付ける小型のレーリー干渉光学系とシュ
リーレン光学系を提供すると共に沈降像をＣＣＤカメラ
で受けＴＶモニターに拡大表示し、パソコンと接続して
画像処理ソフトによりオンライン計測ができるようにす
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による装置では、
分離用超遠心機本体のドア上面に光学系を配置し、光学
系は本体フレームに固定してドアが開閉しても光軸が変
動しないようにして、光源にＨｅ−Ｎｅレーザー光を用
いてレーリー干渉縞用平行光とシュリーレン用平行光の
切り換えをシリンダーレンズの出入りにより可能とした
光学系を採用することで達成される。またレーリー干渉
縞あるいはシュリーレン沈降像をＣＣＤカメラで受け、
回転数とセル位置に同期させて画像取り込みを行い、ビ
デオモニターに表示して画像処理ができるようにするこ
とで達成される。更にパソコン側には、予め準備された
沈降距離計算、分子量計算などの画像処理プログラムあ
りキー操作によって、リアルタイムで簡単に測定できる
ようにすることで達成される。
【０００７】
【作用】本発明の分析用超遠心機は、沈降像をＣＣＤカ
メラで受けＴＶモニターに拡大表示し、パソコンと接続
して画像処理ソフトによりオンライン計測ができるよう
動作する。
【０００８】
【実施例】本発明による分析用超遠心機の実施例を図１
に示す。本システムは、分離用超遠心機１と、レーリー
干渉シュリーレン光学系１５とインタフェース１６、パ
ソコンシステム１７によって構成される。パソコンシス
テム１７は光学系１５、ビデオモニター１８とビデオプ
リンター１９と接続して画像処理する。超遠心機本体１
には光が入出射する２つ穴のある開閉できるドア２を設
け、ドア２には真空シールするためのシールドガラス３
を取り付ける。ロータ室４には入射光を反転するミラー
５，６を取り付ける。またロータ７底には鏡面スリット
１４を設け回転８とダブルセクタセル９の位置を検出す
るためのセンサー１０を取り付ける。ロータ７には回転
半径方向の距離を求めるためのカウンタウェイト１１と
ダブルセクタセル９を装填する。カウンタウェイト１１
には距離を計算するするためのレファレンスホール１
２，１３の穴が明けてある。回転中心側の基準をＲｉ、
外側の基準をＲｏと呼ぶ。光学系１５は超遠心機本体１
のドア２が開閉しても変動しないようにフレームに固定
する。光学系１５の光源はＨｅ−Ｎｅレーザ光源２０を
用い、光源２０から出た光はミラー２１、２２で方向を
反転し、対物レンズ２３に当たる。ミラー２１、２２の
間には光量を調整するためのフィルター２４を用いる。
対物レンズ２３はビーム光を拡大する。拡大されたビー
ムはコリメータレンズ２５で平行光とする。シュリーレ
ン測定時にはシリンダーレンズ２６を対物レンズ２３と
コリメータレンズ２５の間に入れ、セル９の回転方向に
のみ拡大し、遠心力方向だけ平行光とする。干渉測定時
には、シリンダーレンズ２６は使用しない。干渉測定時
にシリンダーレンズ２６を９０度回転して使用すること
も可能だが、シュリーレン測定時と横倍率が異なってし
まうので好ましくない。シリンダーレンズ２６は出し入
れ切り換えできるようにすることによりシュリーレンと
干渉の横倍率を同一にできる。シュリーレン測定時にシ
リンダーレンズ２６を使用しなかった場合、縦方向の画
像が狭められてしまうので好ましくない。平行光はドア
２のシールドガラス３を透過し、ロータ底のミラー５，
６で反転して、遠心力方向に細くなったスリット２７を
透過しロータ７のセル９に当たる。スリット２７は、シ
ュリーレン測定時には図２に示す矩形スリット２８を用
い、干渉測定時には図３に示すダブル矩形スリット２９
を用いる。セル９を透過した光は、シールドガラス３を
通過し、コリメータレンズ３０を通り、ミラー３１，３
２で反転しダイヤゴナルバー３３に焦点を結ぶ。ダイヤ
ゴナルバー３３は直径０．０５ｍｍ位の細線を用い、９
０度から５０度まで回転３４させ、図５に示すシュリー
レン像を得る。干渉測定時にはダイヤゴナルバー３３の
角度は５０度以下にして、図６に示す干渉縞内にダイヤ
ゴナルバー３３の影が現われない様にする。ダイヤゴナ
ルバー３３を通過した光は、更にカメラレンズ３５、シ
リンダーレンズ３６を通りＣＣＤカメラ３７上に結像す
る。カメラレンズ３５は、セル像をＣＣＤカメラ３７上
に縮小して結像する。シリンダーレンズ３６は、ダイヤ
ゴナルバー３３の影を拡大する他に、干渉用セルの２つ
のスリット像を合わせ干渉させ干渉縞を結像する。精度
良い干渉縞を得るにはダブルセクタセル９に図４に示す
０．５ｍｍ幅の平行ダブルスリット３８を用いる。光学
ユニット１２内に組み込まれた電気部品はケーブルにて
インタフェース１６と接続する。インタフェース１６の
制御はパソコンシステム１７に組み込まれたプログラム
により行う。外部からの操作はパソコンのキーボードで
行う。沈降の状態は、ビデオモニター１８に表示し、ビ
デオプリンター１９でプリントアウトする。本方法は従
来のスリット切り換えによるシュリーレン写真、干渉写
真法とは異なり干渉縞を拡大することができるため縞間
隔を精度良く測定できる。
【０００９】縞数Ｊと試料の屈折率Δｎの関係は（１）
で求められる。
【００１０】
Ｊ＝（ｎ２−ｎ１）（ｄ／λ）＝Δｎ（ｄ／λ）………（１）
ｎ１：溶媒の屈折率
ｎ２：試料の屈折率
λ ：波長
ｄ ：試料の厚さ
沈降距離はレファレンスホールＲｉ，Ｒｏを基準に求め
られる。
【００１１】
【発明の効果】本発明は、屈折率に比例した干渉縞を電
気信号として取り出せるので、パソコンなどの計算プロ
グラムを用いてオンライン測定ができる。またレーリー
干渉縞シュリーレン写真フィルムに代わリビデオモニタ
ーに表示できる。更に光吸収の無い試料も屈折率で測定
出来る。この方法は濃度Ｃ、距離がオンラインで計測で
きるので分子量測定、粒度分布測定、沈降係数、拡散係
数、部分比容などの測定に応用できる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the determination of the molecular weight and the sedimentation coefficient of glycoproteins and macromolecules in the fields of medicine, biochemistry and the like, and the study of dissociation and association. The present invention also relates to an applied analytical ultracentrifuge. 2. Description of the Related Art There are three conventional optical systems of analytical ultracentrifuges: schlieren photography, Rayleigh streak photography and light absorption scanning. [0003] Schlieren photography and Rayleigh streaking photography are methods of expressing the change in the refractive index of a sample by photography, and light absorption scanning is a method of measuring the concentration by absorbance (OD value). [0004] Schlieren photography and Rayleigh streaking photography are methods of expressing the change in the refractive index of a sample in a photograph. However, the result is printed on a film, enlarged and read, and the result is calculated manually. There is a drawback that errors are likely to occur because of this. In the light absorption scanning method, the concentration is determined by the absorbance (O
D value), there is a disadvantage that a sample having no light absorption cannot be measured. An object of the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages,
In order to enable online measurement of molecular weight, sedimentation coefficient, etc. in the same way as the light absorption scanning method even for samples without light absorption, we provide small Rayleigh interference optical systems and schlieren optical systems to be attached to ultracentrifuges for separation and sedimentation images. Is received by a CCD camera, enlarged and displayed on a TV monitor, and connected to a personal computer so that online measurement can be performed by image processing software. [0006] In the device according to the present invention,
An optical system is arranged on the upper surface of the door of the main body of the separation ultracentrifuge, and the optical system is fixed to the main body frame so that the optical axis does not fluctuate even when the door is opened and closed, using He-Ne laser light as a light source. This is achieved by employing an optical system that allows switching between parallel light for Rayleigh interference fringes and parallel light for Schlieren by entering and exiting a cylinder lens. Also, Rayleigh interference fringes or schlieren sedimentation images are received by a CCD camera,
This is achieved by capturing an image in synchronization with the rotation speed and the cell position and displaying the image on a video monitor so that the image can be processed. Further, the personal computer has an image processing program prepared in advance for calculating a sedimentation distance, a molecular weight, and the like, which can be easily realized in real time by key operation. The analytical ultracentrifuge of the present invention receives a sedimentation image with a CCD camera, displays the enlarged image on a TV monitor, connects to a personal computer, and operates so that online measurement can be performed by image processing software. FIG. 1 shows an embodiment of an analytical ultracentrifuge according to the present invention.
Shown in This system is composed of a separating ultracentrifuge 1, a Rayleigh interference Schlieren optical system 15, an interface 16, and a personal computer system 17. The personal computer system 17 is connected to the optical system 15, the video monitor 18, and the video printer 19 to perform image processing. Ultracentrifuge body 1
Is provided with an openable and closable door 2 having two holes through which light enters and exits. The door 2 has a shield glass 3 for vacuum sealing.
Attach. Mirrors 5 and 6 for reversing incident light are attached to the rotor chamber 4. A mirror slit 14 is provided at the bottom of the rotor 7 and a sensor 10 for detecting the position of the rotation 8 and the double sector cell 9 is attached. The rotor 7 is loaded with a counter weight 11 and a double sector cell 9 for determining the distance in the radius direction of rotation. Counter weight 11
Reference hole 1 for calculating distance
There are two or thirteen holes. The reference on the rotation center side is Ri,
The outer reference is called Ro. The optical system 15 is the ultracentrifuge body 1
Is fixed to the frame so that it does not change even when the door 2 is opened and closed. A He-Ne laser light source 20 is used as a light source of the optical system 15, and light emitted from the light source 20 is reversed in direction by mirrors 21 and 22 and strikes an objective lens 23. A filter 24 for adjusting the amount of light is used between the mirrors 21 and 22.
The objective lens 23 expands the light beam. The expanded beam is collimated by a collimator lens 25. At the time of the schlieren measurement, the cylinder lens 26 is inserted between the objective lens 23 and the collimator lens 25, and is expanded only in the rotation direction of the cell 9 so as to be parallel light only in the centrifugal force direction. During the interference measurement, the cylinder lens 26 is not used. It is possible to rotate the cylinder lens 26 by 90 degrees during the interference measurement, but it is not preferable because the lateral magnification differs from that at the time of the schlieren measurement. The lateral magnification of interference with the schlieren can be made the same by allowing the cylinder lens 26 to be switched in and out. If the cylinder lens 26 is not used at the time of the schlieren measurement, the image in the vertical direction is undesirably narrowed. The parallel light passes through the shield glass 3 of the door 2 and the mirror 5 at the bottom of the rotor.
6, the light passes through the slit 27 narrowed in the centrifugal force direction and strikes the cell 9 of the rotor 7. As the slit 27, a rectangular slit 28 shown in FIG. 2 is used for schlieren measurement, and a double rectangular slit 29 shown in FIG.
Is used. The light transmitted through the cell 9 passes through the shield glass 3, passes through the collimator lens 30, and passes through the mirrors 31 and 3.
Invert at 2 to focus on the diagonal bar 33. The diagonal bar 33 uses a thin wire having a diameter of about 0.05 mm,
By rotating 34 from 0 degrees to 50 degrees, a Schlieren image shown in FIG. 5 is obtained. During the interference measurement, the angle of the diagonal bar 33 is set to 50 degrees or less so that the shadow of the diagonal bar 33 does not appear in the interference fringes shown in FIG. The light passing through the diagonal bar 33 further passes through a camera lens 35 and a cylinder lens 36 to form an image on a CCD camera 37. The camera lens 35 reduces and forms the cell image on the CCD camera 37. The cylinder lens 36 not only enlarges the shadow of the diagonal bar 33 but also forms interference fringes by aligning and interfering two slit images of the interference cell. In order to obtain an interference fringe with high precision, a 0.5 mm wide parallel double slit 38 shown in FIG. The electric components incorporated in the optical unit 12 are connected to the interface 16 by a cable. The control of the interface 16 is performed by a program incorporated in the personal computer system 17. External operations are performed using the PC keyboard. The state of sedimentation is displayed on a video monitor 18 and printed out by a video printer 19. Unlike the conventional schlieren photography and interferometry by slit switching, this method can enlarge the interference fringes, so that the fringe interval can be accurately measured. The relationship between the number of stripes J and the refractive index Δn of the sample is (1)
Is required. J = (n2-n1) (d / λ) = Δn (d / λ) (1) n1: Refractive index of solvent n2: Refractive index of sample λ: Wavelength d: Settling of sample thickness The distance is obtained based on the reference holes Ri and Ro. According to the present invention, since interference fringes proportional to the refractive index can be taken out as electric signals, online measurement can be performed using a calculation program such as a personal computer. It can also be displayed on a video monitor instead of the Rayleigh fringe schlieren photographic film. Further, a sample having no light absorption can be measured by the refractive index. This method can be applied to the measurement of molecular weight, particle size distribution, sedimentation coefficient, diffusion coefficient, partial specific volume, etc. because the concentration C and distance can be measured online.
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の分析用超遠心機を示す全体構成図で
ある。
【図２】 本発明のシュリーレン用スリットの外観図で
ある。
【図３】 本発明の干渉縞用スリットを示す外観図であ
る。
【図４】 本発明のセル用干渉スリットを示す外観図で
ある。
【図５】 本発明のシュリーレン像を示す状態図であ
る。
【図６】 本発明の干渉縞を示す状態図である。
【符号の説明】
１は超遠心機本体、２はドア、３はシールドガラス、４
はロータ室、５，６はミラー、７はロータ、８は回転方
向、９はダブルセクタセル、１０はセンサー、１１はカ
ウンタウェイト、１２はレファレンスホールＲｉ、１３
はレファレンスホールＲｏ、１４は鏡面スリット、１５
は光学系、１６はインターフィース、１７はパソコンシ
ステム、１８はビデオモニター、１９はビデオプリンタ
ー、２０レーザー光源、２１，２２はミラー、２３は対
物レンズ、２４はフィルター、２５はコリメータレン
ズ、２６はシリンダーレンズ、２７はスリット、２８は
シュリーレン用スリット、２９は干渉用スリット、３０
はコリメータレンズ、３１，３２はミラー、３３はダイ
ヤゴナルバー、３４はバー回転、３５はカメラレンズ、
３６はシリンダーレンズ、３７はＣＣＤカメラ、位３８
は平行ダブルスリットである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an analytical ultracentrifuge of the present invention. FIG. 2 is an external view of a schlieren slit of the present invention. FIG. 3 is an external view showing a slit for interference fringes of the present invention. FIG. 4 is an external view showing an interference slit for a cell according to the present invention. FIG. 5 is a state diagram showing a schlieren image of the present invention. FIG. 6 is a state diagram showing interference fringes of the present invention. [Description of Signs] 1 is the main body of the ultracentrifuge, 2 is the door, 3 is the shield glass, 4
Is a rotor chamber, 5 and 6 are mirrors, 7 is a rotor, 8 is a rotation direction, 9 is a double sector cell, 10 is a sensor, 11 is a counterweight, 12 is a reference hole Ri, 13
Is a reference hole Ro, 14 is a mirror slit, 15
Is an optical system, 16 is an interface, 17 is a personal computer system, 18 is a video monitor, 19 is a video printer, 20 is a laser light source, 21 and 22 are mirrors, 23 is an objective lens, 24 is a filter, 25 is a collimator lens, and 26 is Cylinder lens, 27 is a slit, 28 is a schlieren slit, 29 is an interference slit, 30
Is a collimator lens, 31 and 32 are mirrors, 33 is a diagonal bar, 34 is a bar rotation, 35 is a camera lens,
36 is a cylinder lens, 37 is a CCD camera, position 38
Is a parallel double slit.
Claims (1)
の溶質粒子が遠心力により沈降し、この沈降により形成
された濃度勾配を計測して分子量や沈降係数などを計測
する分析用超遠心機において、光源にＨｅ−Ｎｅレーザ
ー光を用いてレーリー干渉縞用とシュリーレン像用の切
り換えをシリンダーレンズの出し入れと入射マスクの交
換によってできるようにした光学系を用い、該レーリー
干渉縞あるいは該シュリーレン沈降像をロータのセル位
置に同期させＣＣＤカメラで受光し、ビデオモニターに
拡大表示および保存して、複数個のセル像を画像処理で
きるようにしたことを特徴とする分析用超遠心機。(57) [Claims] [Claim 1] Solute particles in an analysis cell rotating at high speed in a vacuum settle by centrifugal force, and the concentration gradient formed by the settling is measured to measure the molecular weight and the like. An optical system that enables switching between Rayleigh interference fringes and schlieren images by using a He-Ne laser beam as a light source in an analytical ultracentrifuge for measuring sedimentation coefficient, etc., by inserting and removing a cylinder lens and changing an incident mask. And that the Rayleigh interference fringe or the Schlieren sedimentation image is synchronized with the rotor cell position, received by a CCD camera, enlarged and displayed on a video monitor, and image processing of a plurality of cell images is performed. Characteristic ultracentrifuge for analysis .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24399794A JP3409463B2 (en) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | Ultracentrifuge for analysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24399794A JP3409463B2 (en) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | Ultracentrifuge for analysis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08110293A JPH08110293A (en) | 1996-04-30 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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|---|---|---|---|---|
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1994
- 1994-10-07 JP JP24399794A patent/JP3409463B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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