DE1256921B - Verfahren zur Dichtegradienten-Zentrifugation in einer Ultrazentrifuge und Zentrifuge zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIn

B 04b

Deutsche KL: 421 - 6/01

Nummer: 1 256 921

Aktenzeichen: C 34478IX b/421

Anmeldetag: 25. November 1964

Auslegetag: 21. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichte gradienten-Zentrifugation in einer Ultrazentrifuge mit im Betrieb in die Horizontale geschwenkten Schleudergefäßen. Bei einem solchen Verfahren wird in das Schleudergefäß zunächst eine Flüssigkeit mit vom Boden nach oben abnehmender Dichte eingegeben. Die zu untersuchende Substanz wird dann in Form einer Flüssigkeitsschicht oben auf die Flüssigkeit mit dem Dichtegradienten gebracht. Die bei der Zentrifugation auftretenden großen Kräfte bewirken dann die bekannte Sedimentierung, deren Dauer und sonstige physikalische Eigenschaften Rückschlüsse auf die zu untersuchende Substanz zulassen.

Wie in der deutschen Patentschrift 1 171 178 beschrieben ist, treten bei Ultrazentrifugen eine Reihe von Problemen auf, die sich dadurch auswirken, daß man keine sehr scharfe Trennung der einzelnen Substanzen verschiedener Dichte erhält. So hat es sich z. B. herausgestellt, daß auf jeden Fall vermieden werden muß, daß das beim Anfahren und Bremsen auftretende Drehmoment der Flüssigkeit bzw. Substanz in den Schleudergefäßen mitgeteilt wird. Durch hier nicht näher interessierende technische Mittel hat man es verstanden, eine sich aus diesem Drehmoment ergebende Zirkulierung der Flüssigkeit zu verhindern. Ein weiteres Problem bei den bekannten Ultrazentrifugen konnte erst dadurch gelöst werden, daß man die Schleudergefäße mit einem sektorförmigen Sedimentationsraum ausstattete. Trotz Anwendung dieser technischen Maßnahmen hat sich aber gezeigt, daß irgendwann während eines Zentrifugiervorganges die entsprechenden Substanzen sich an ihren Grenzflächen relativ stark mischen. Dieses Mischen an den Grenzflächen zu vermeiden, hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt. Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, daß die unerwünschte Mischung ganz zu Anfang des Anlaufvorganges stattfindet. Da bei niedriger Drehzahl bzw. unmittelbar nach dem Start der Zentrifuge die in Achsrichtung der Flüssigkeitssäule wirkende Normalbeschleunigung noch gering ist, kann die senkrecht zur Achsrichtung der Flüssigkeitssäule wirkende, durch die Drehgeschwindigkeitszünahme hervorgerufene Beschleunigung Verschiebungen in der Flüssigkeitssäule hervorrufen. Dieses Phänomen tritt dann in den Hintergrund, wenn eine Drehzahl von einigen hundert Umdrehungen pro Minute erreicht ist und die quadratisch mit der Drehzahl anwachsende Normalbeschleunigung einen Wert erreicht hat, der groß gegenüber der Winkelbeschleunigung ist.

Ausgehend von dieser Erkenntnis richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Dichtegradienten-Verfahren zur Dichtegradienten-Zentrifugation in einer Ultrazentrifuge und Zentrifuge zur
Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

Fa. Martin Christ,

Osterode (Harz), Gipsmühlenweg 62

Als Erfinder benannt:
Karl-Heinz Römer, Osterode (Harz)

ao Zentrifugation in einer Ultrazentrifuge mit im Betrieb in die Horizontale geschwenkten Schleudergefäßen und besteht zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe im wesentlichen darin, daß zu Beginn des Anlaufens nur eine stark reduzierte Beschleunigungskraft angewendet wird. Damit wird also erreicht, daß die senkrecht zur Achsrichtung der Flüssigkeitssäule wirkende Tangentialbeschleunigung relativ klein ist und damit nicht die unerwünschte Verschiebung der einzelnen Flüssigkeitsschichten bewirken kann.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Zentrifuge mit Elektromotor geeignet, bei welcher dieser Elektromotor in Reihe mit einem Vorwiderstand liegt, zu welchem parallel ein Kurzschlußschalter liegt. Dieser Kurzschlußschalter kann durch ein Zeitglied derart betätigt werden, daß er nach einer einstellbaren Zeit, gerechnet von Beginn des Anlaufens, geschlossen wird.

Zusätzlich zu der ohnehin bekannten Regelung des Motors einer Zentrifuge, bei welcher man den zugeführten Strom im wesentlichen konstant hält, wird also durch einen solchen Widerstand erreicht, daß insbesondere am Beginn des Anlaufens die Winkelbeschleunigung möglichst klein ist, d. h. so lange, bis die Schleudergefäße durch Wirken der Zentrifugalkraft im wesentlichen horizontal sind. Wenn diese Stellung der Schleudergefäße erreicht ist, hat die dann relativ schwach werdende Tangentialbeschleunigung keine Möglichkeit mehr, den oben geschilderten Effekt hervorzurufen.

Man kann den Erfindungsgedanken auch dadurch in die Tat umsetzen, daß man den zum Antrieb die-

709 709/221

nenden Elektromotor in Reihe mit einem Potentiometer schaltet, dessen Widerstand vom Beginn des Anlaufens an, beginnend mit dem Höchstwert, kleiner wird. Dabei hat sich als sehr zweckmäßig erwiesen, wenn das Potentiometer als Motorpotentiometer ausgebildet wird und nach Maßgabe des die Rotordrehzahl erfassenden Drehzahlgebers gesteuert wird. Derartige Drehzahlgeber sind längst bekannt und bei den meisten Hochleistungszentrifugen eingebaut. Man kann aber auch zur Verstellung des Potentiometers ein Getriebe vorsehen, das gegebenenfalls über eine Fliehkraft- oder Rutschkupplung vom Antriebsmotor angetrieben ist. Diese letztere Ausführung hat sich in der Praxis ganz besonders durch ihre kompakte und wenig zu Fehlern neigende und einfach zu bedienende Raumform bewährt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Zentrifuge zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

F i g. 2 im Ausschnitt eine zweite Möglichkeit zur mechanischen Steuerung des Widerstandes, welcher in Reihe mit dem Motor liegt.

In F i g. 1 bedeutet 1 ein mit dem Deckel 2 verschlossenes dichtes Gehäuse, in welches von unten durch die Durchführung 3 die vom Motor M getriebene Welle 4 hineinreicht. Das Gehäuse 1 kann evakuiert werden. Die Welle 4 trägt am oberen Ende eine schematisch angedeutete Scheibe 8, an deren Rand drehbar bei 5 das Schleudergefäß 6 angehängt ist. Das Gefäß ist dabei drehbar in derjenigen Ebene, die durch den zum Aufhängepunkt 5 weisenden Radius der Scheibe 8 und die Welle 4 definiert ist. Das Schleudergefäß ist einmal bei 6 in Ruhestellung gezeigt und bei 6" in derjenigen Stellung, die es unter der Wirkung der Zentrifugalkraft bei schneller Drehung einnimmt. Mit 6' ist eine Zwischenstellung eingezeichnet, α bedeutet die Flüssigkeit mit dem Dichtegradienten und b die zu untersuchende Substanz. Bei 6" ist dargestellt, wie die Substanz b in bekannter Weise unter Wirkung der Zentrifugalkraft nach unten, d. h. in der Zeichnung nach rechts, wandert. Soweit ist die Zentrifuge längst bekannt.

In der dargestellten Weise ist der Motor M an die Stromversorgung angeschlossen, wobei beispielsweise eine einphasige Wechselspannung oder eine Gleichspannung Anwendung finden soll. In Reihe mit dem einen Leiter liegt der Widerstand 7?, welcher durch einen Schalter S überbrückt ist. Ein Zeitgeber Z steuert in der durch den Pfeil angedeuteten Weise das Öffnen bzw. Schließen des Schalters S. In Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat man bei Beginn des Anlaufens den Schalter S zunächst in der offenen Stellung zu halten, d. h. den Zeitgeber entsprechend einzustellen, und nach * einer vorherbestimmten und im wesentlichen von den Eigenschafen der Zentrifuge und dem zu zentrifugierenden Material bestimmten Zeit zu schließen, so daß die anliegende Gesamtspannung nicht mehr am Motor und am Widerstand R, sondern am Motor M allein abfällt. In dieser Schaltstellung erreicht die Zentrifuge dann ihre gewünschte höchste Drehzahl.

In F i g. 2 ist eine zweite Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt, wobei der Einfachheit halber das Gehäuse 1 mit seinem Inhalt weggelassen wurde. Nur die Welle 4 und die Durchführung 3 sind angedeutet. Bei dieser Ausführung kann beispielsweise die Motorwelle, wie bei 7 dargestellt ist, aus dem Motor auf der unteren Seite herausgeführt werden und über eine Kupplung K ein Getriebe G antreiben. Die Kupplung K kann dabei zweckmäßig eine Fliehkraftkupplung sein, die ab einer bestimmten Drehzahl öffnet und damit das Getriebe G vom Motor M trennt, oder eine elektromagnetische Kupplung, die nach einer

ίο vorherbestimmten Zeit trennt oder auch einfach eine leichtgängige Rutschkupplung sein. Mit 9 ist angedeutet, daß das Getriebe nach Maßgabe der Motordrehung den beweglichen Abgriff A eines Potentiometers P betätigt. Das Potentiometer liegt dabei in Reihe mit dem Motor M. Selbstverständlich kann die Betätigung des Abgriffes A über eine Schubstange erfolgen oder über ein Schneckengetriebe oder ähnliche dem Fachmann bekannte Mittel zur Übertragung einer Kraft.

Wie bereits oben erwähnt wurde, ist es natürlich auch möglich, den in Reihe mit dem Motor liegenden Widerstand nach Maßgabe eines Drehzahlgebers bekannter Bauart kurzzuschließen bzw. durch entsprechende Bewegung des Abgriffes A auf dem Potentiometer P zu steuern.

Der mit dem Motor in Reihe liegende Widerstand soll bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und bei Benutzung der ebenfalls durch die Erfindung vorgeschlagenen Vorrichtung natürlich so groß sein, daß der Motor M beim Einschalten nur ein geringes Drehmoment entwickelt und demgemäß zunächst sehr langsam anläuft und damit natürlich auch den Rotor möglichst langsam anlaufen läßt, bis bei etwa 200 bis 400 Umdrehungen pro Minute die Normalbeschleunigung einen Wert erreicht hat, der groß gegenüber der entsprechenden Winkelbeschleunigung ist. Dann kann der Widerstand R bzw. P, elektrisch gesehen, aus der Reihenschaltung mit dem Motor M herausgenommen werden, und der Motor M arbeitet mit voller Spannung.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Dichtegradienten-Zentrifugation in einer Ultrazentrifuge mit im Betrieb in die Horizontale geschwenkten Schleudergefäßen, d a durchgekennzeichnet, daß zu Beginn des Anlaufens nur eine stark reduzierte Beschleunigungskraft angewandt wird.

2. Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Beschleunigung des Rotors bewirkende Elektromotor (M) in Reihe mit einem Vorwiderstand (R) liegt, zu welchem parallel ein Kurz-Schlußschalter (S) liegt, der durch ein Zeitglied (Z) derart betätigbar ist, daß er nach einer einstellbaren Zeit, gerechnet vom Beginn des Anlaufens, geschlossen wird.

3. Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Beschleunigung des Rotors bewirkende Elektromotor (M) in Reihe mit einem Potentiometer (F) liegt, dessen mit dem Motor in Reihe liegender Widerstand vom Beginn des Anlaufens an, beginnend mit dem Höchstwert, durch einen von der Motordrehzahl gesteuerten Antrieb während des Anlaufens auf den Wert Null gebracht wird.

5 6

4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch ge-

5. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (P) als kennzeichnet, daß zur Verstellung des Potentio-Motorpotentiometer ausgebildet ist und nach meters (P) ein Getriebe (G) vorgesehen ist, das Maßgabe des die Rotordrehzahl erfassenden über eine Fliehkraft- oder Rutschkupplung (K) Drehzahlgebers gesteuert ist. 5 vom Antriebsmotor (M) angetrieben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 709/221 12. 67 © Bundesdruckerei Berlin