DE3137626C2 - Vorrichtung zur optischen Untersuchung geschichteter Lösungen - Google Patents

Description

Die Erfindeng betrifft eine Vorrichtung zur optischen Untersuchung geschichteter Lösungen, insbesondere für Ultrazentrifugen, mit einer ZcJe zur Aufnahme der zu untersuchenden Lösung, mit einem optischen System zum Durchstrahlen der Zelle, welches eine Lichtquelle mit Kondenser zur Beleuchtung der Zelle, eine optische Blende, einen Kollimator und eine Abbildungsoptik enthält, und mit einer Aufzeichnungseinrichtung für die Abbildungen.

Viele sich auf exakte physikalische Grundlagen stützende Meßmethoden zur Untersuchung der Form, der Masse und des Zusammenwirkens von Makromolekülen, zur Bestimmung des Molekulargewichtes, der Molekulargewichtsverteilungen, der Sedimentation und des Diffusionsfaktors von Materialien wurden in den vergangenen Dekaden entwickelt Das nützlichste und am weitesten verbreitete Verfahren zur Bestimmung des Molekulargewichtes ist die Messung mit einer analytischen Ultrazentrifuge. Zur Bestimmung der Sedimentationsgeschwindigkeit und des Molekulargewichtes von Materialien geringer Konzentration werden bei dem empfindlichsten Verfahren die Lehrsätze über die Interferenz und die Beugung angewendet. Die Genauigkeit dej Verfahrens wird durch die Verwendung einer Doppelzelle erhöht, bei welcher die eine Zelle die zu untersuchende Lösung und die andere Zelle nur das Lösungsmittel enthält Letztlich wird bei diesem Verfahren die aus der Zellendeformation herrührende Abweichung der Grundlinie kompensiert.

Die Auswertung der durch das Interferenzverfahren erhaltenen Ergebnisse ist nicht immer einfach. Bei dem bekannten Verfahren kann eine einzelne Interferenzaufzeichnung nicht unzweideutig ausgewertet werden. Beispielsweise kann im Falle einer Gleichgewichtsmessung das bei dem Interferenzverfahren erhaltene System von Interferenzstreifen kaum ausgewertet werden.

bevor das Gleichgewicht erreicht ist, d. i. bevor die Diffusion und Sedimentation sich im Gleichgewichtszustand befinden. Dies ergibt sich daraus, daß die Änderung des Brechungsvermögens größer ist als die durch das Gerät bestimmte Auflösung. Als Folge erscheint die die Punkte konstanter Konzentration verbindende Kurve nicht auf der Aufzeichnung. Dieses Problem kann bis zu gewissem Ausmaße durch Vergrößerung der Anzahl der Interferenzstreifen gelöst werden. Jedoch ist eine

ίο solche Vergrößerung der Anzahl der Interferenzstreifen theoretisch begrenzt

Die Auswertung kann dadurch verbessert werden, daß die Bestimmung des Brechungsgradienten gleichzeitig mit der Interferenzaufzeichnung erfolgt was jedoch ein anderes Verfahren bedingt nämlich die Bestimmung des Zustandes des Brechungsgradienten innerhalb der Doppelzelle.

In dem oben erwähnten Fall müssen zwei gesonderte Aufnahmen mittels des bekannten Gerätes durchgeführt werden.

Ein anderer Nachteil des bekannten Auswertungsverfahrens liegt darin, daß die Interferenzaufzeichnung unauswertbar sein kann, wenn im Falle einer nicht-homogenen Materialverteilung oder einer anderen Lösung von mehr als einer Komponente die Interferenzaufzeichnung nicht durch einen Spezialisten (sondern z. B. durch eine Labon-VIiIfsperson) hergestellt wird. Wenn hingegen das Gerät durch einen Spezialisten angewendet wird, kann er anschließend eine Schlierenaufzeichnung durchführen, aus der bestimmt werden kann, ob die Probe aus Komponenten mit mehr als einer Sedimentationsgeschwindigkeit besteht, so daß ein geeignetes Auswertungsverfahren gewählt werden kann.
Nach einem bekannten Verfahren werden zwei Aufzeichnungen mittels eines Schlieren- und Interferenzgerätes aufeinanderfolgend durchgeführt: nämlich die eine durch Verwendung eines Interferenzgitters und das andere — 2 bis 3 Minuten später — mittels eines Schlierenspaltes.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Spalte in jedem Fall genau neu eingestellt werden müssen, was dazu führt, daß dieses optische Aufzeichnungsverfahren nicht automatisiert werden kann.
Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die oben angegebenen Schwierigkeiten zu beseitigen und eine in eingangs erwähnter Art ausgebildete Vorrichtung zu schaffen, mit welcher die Schlieren und Interferenzen gleichzeitig erfaßt werden können, so daß die hergestellten Interferenzstreifen-Aufzeichnungen anhand der gleichzeitigen Schlierenaufzeichnung unzweideutig, genau und schnell ausgewertet werden können.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zur simultanen Erfassung der Schlieren und der Interferenzerscheinungen der zu untersuchenden Lösung mit der Aufzeichnungseinrichtung die Blende in der Brennebene des Kollimators angeordnet ist und einen durch die Mitte des optischen Systems verlaufenden Spalt und ein Gitter aufweist, das aus äquidistanten durchsichtigen und undurchsichtigen Balken besteht, das außerhalb der

eo Mitte des optischen Systems angeordnet ist, dessen Balken sich senkrecht zum Spalt beidseitig gleich weit erstrecken und dessen Balkenlänge mindestens das Dreifache der Spaltbreite ist.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß durch diese Anordnung Interferenz- und Schlierenaufzeichnungen gleichzeitig hergestellt werden können, was andernfalls unmöglich ist, so daß auf diese Weise die Notwendigkeit der Neueinstellung der Spalte entfällt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Anzahl der durchsichtigen oder undurchsichtigen Balken zwischen drei und fünfundzwanzig liegt, weil in diesem Fall die Aufzeichnung eine für die Auswertung erforderliche und ausreichende Anzahl von Interferenzstreifen enthält

Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die parallel zu den durchsichtigen und undurchsichtigen Balken verlaufende Symmetrielinie des optischen Gitters außerhalb der optischen Achse liegt, können die Aufzeichnungen leicht abgewertet werden, weil die beiden BiI-der der Aufzeichnungen oberhalb voneinander liegen und spezielle Teile derselben leicht identifiziert werden können, so daß die Vorteile beider Verfahren (des Interferenzverfahrens und des Schlierenverfahrens) durch eine einzige Aufzeichnung gleichzeitig ausgenutzt werden können.

Die Erfindung wird anhand einer Ausführungsform erläutert, die aus der Zeichnung ersichtlicht ist In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematisch dargestellte Doppelzelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 eine Interferenzaufzeichnung,
• F i g. 3 sowohl die Interferenzstreifen als ,auch die Schlieren in zwei gesonderten Aufzeichnungen,

F i g. 4 das optische Gitter und den Spalt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung ihrer Abmessungen,

F i g. 5 die Interferenzstreifen und die Schlieren in einer einzigen Aufzeichnung gemäß der Erfindung und

F i g. 6 die Anordnung der Symmetrielinien des Gitters und des Spaltes relativ zueinander.

Aus F i g. 1 ist die Zelle einer Ultrazentrifuge schematisch im Querschnitt ersichtlich. Beispielsweise besteht sie aus einem Doppelzellen-Mittelstück, in welchem die eine Zelle die Probenlösung und die andere nur das Lösungsmittel enthält

In F i g. 2 ist eine Interferenzstreifenaufzeichnung gezeigt Es ist ersichtlich, daß im Falle von Interferenzstreifen starker Steigung der Mittelteil der Aufzeichnungen undeutlich und unauswertbar wird.

Aus F i g. 3. ist eine Interferenzstreifenaufzeichnung ersichtlich, die durch eine Schlierenaufzeichnung vervollständigt ist, wobei die Interferenzstreifen zwei Übergangsstufen aufweisen. Es ist deutlich, daß dann, wenn die Lösung mehr als zwei Komponenten enthält, diese Übergangsstufen ohne gleichzeitige Herstellung einer Schlie/enaufzeiehnung undeutlich und daher unauswertbar werden.

In Fig.4 ist die Länge der durchsichtigen und undurchsichtigen, das optische Gitter bildenden Balken mit »a« bezeichnet, wohingegen die Weite des Spaltes mit »Zx< bezeichnet ist, wobei sechs Balken als Beispiel gezeigt sind

Die Anzahl der Balken kann zwischen drei und fünfundzwanzig variieren. Wenn diese Anzahl weniger als drei beträgt, wird der Kontrast des Interferenzbildes schlecht, weil das Schlierenbild annähernd die gesamte Fläche einnimmt. Wenn jedoch die Anzahl der Balken des optischen Gitters mehr als fünfundzwanzig beträgt, wird der für die Schlierenkurve zur Verfügung stehende Platz zu klein und der Kontrast der Interferenzaufzeichnung wird wegen der nicht-linearen Charakteristik der Beugung schlecht, wenn die Anzahl der Elemente des optischen Gitters vergrößert wird.

Die folgende Beziehung soll zwischen der Länge a der Balken des optischen Gitters und der Weite b des Spala > b

andernfalls wird der Kontrast der Interferenzstreifen unannehmDar und eine Auswertung wird unmöglich. Es ist nicht erforderlich, eine obere Begrenzung der Länge a anzugeben. Die Vorrichtung ist zur Erzielung eines geeigneten Spitzenwertes des Gradienten derart konstruiert, daß die Drehachse der Vorrichtung zur Phasengangeinstellung exzentrisch zur optischen Achse der Kondensorlinse angeordnet ist Das Ausmaß der Exzentrizität (Abstand dm F i g. 6) ist vorzugsweise als Hälfte der Bildgröße gewählt, d.i. daß die parallel zu den durchsichtigen und undurchsichtigen Balken des optischen Gitters verlaufende Symmetrielinie desselben in dem Beispiel auf der Hälfte des Radius der kreisförmigen Aufzeichnung liegt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur optischen Untersuchung geschichteter Lösungen, insbesondere in Ultrazentrifugen, mit einer Zelle zur Aufnahme der zu untersuchenden Lösungen, mit einem optischen System zum Durchstrahlen der Zelle, welches eine Lichtquelle mit Kondensor zur Beleuchtung der Zelle, eine optische Blende, einen Kollimator und eine Abbildungsoptik enthält, und mit einer Aufzeichnungseinrichtung für die Abbildungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur simultanen Erfassung der Schlieren und der Interferenzerscheinungen der zu untersuchenden Lösung mit der Aufzeichnungseinrichtung die Blende in der Brennebene des Kollimators angeordnet ist und einen durch die Mitte des optischen Systems verlaufenden Spalt und ein Gitter aufweist, das aus äquidistanten durchsichtigen und undurchsichtigen Balken besteht, das außerhalb der Mitte des optischen Systems angeordnet ist, dessen Balken sich senkrecht zum Spalt beidseits gleich weit erstrecken und dessen Balkenlänge mindestens das Dreifache der Spaltbreite ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der durchsichtigen oder undurchsichtigen Balken von drei bis fünfundzwanzig beträgt