DU spektrofotometer
DU -spektrofotometern eller Beckman DU , som introducerades 1941, var det första kommersiellt gångbara vetenskapliga instrumentet för att mäta mängden ultraviolett ljus som absorberades av ett ämne. Denna modell av spektrofotometer gjorde det möjligt för forskare att enkelt undersöka och identifiera ett givet ämne baserat på dess absorptionsspektrum , mönstret av ljus som absorberas vid olika våglängder. Arnold O. Beckmans nationella tekniska laboratorier (senare Beckman Instruments) utvecklade tre interna prototypmodeller (A, B, C) och en begränsad distributionsmodell (D) innan de gick över till full kommersiell produktion med DU. Cirka 30 000 DU-spektrofotometrar tillverkades och såldes mellan 1941 och 1976.
Ibland kallad UV-Vis-spektrofotometer eftersom den mätte både ultravioletta ( UV) och synliga spektra, anses DU-spektrofotometern vara en verkligt revolutionerande teknologi. Det gav mer exakta resultat än tidigare metoder för att bestämma den kemiska sammansättningen av ett komplext ämne, och minskade avsevärt tiden som behövs för en noggrann analys från veckor eller timmar till minuter. Beckman DU var avgörande för flera kritiska hemliga forskningsprojekt under andra världskriget , inklusive utvecklingen av penicillin och syntetiskt gummi .
Bakgrund
Innan utvecklingen av DU-spektrofotometern var analys av ett testprov för att bestämma dess komponenter en lång, kostsam och ofta felaktig process. Ett klassiskt vått laboratorium innehöll en mängd olika komplicerade apparater. Testprover kördes genom en serie besvärliga och tidskrävande kvalitativa processer för att separera och identifiera deras komponenter. Att bestämma kvantitativa koncentrationer av dessa komponenter i provet involverade ytterligare steg. Processer kan involvera tekniker för kemiska reaktioner , utfällningar , filtreringar och upplösningar . Bestämning av koncentrationerna av kända föroreningar i en känd oorganisk substans såsom smält järn kan göras på mindre än trettio minuter. Bestämningen av komplexa organiska strukturer som klorofyll med våta och torra metoder kan ta årtionden.
Spektroskopiska metoder för att observera absorptionen av elektromagnetisk strålning i det synliga spektrumet var kända redan på 1860-talet. Forskare hade observerat att ljus som färdades genom ett medium skulle absorberas vid olika våglängder, beroende på materialsammansättningen av det involverade mediet. En vit ljuskälla skulle avge ljus vid flera våglängder över ett frekvensområde. Ett prisma kan användas för att separera en ljuskälla i specifika våglängder. Att skina ljuset genom ett prov av ett material skulle få vissa våglängder av ljus att absorberas, medan andra skulle vara opåverkade och fortsätta att sändas ut. Våglängder i det resulterande absorptionsspektrumet skulle skilja sig beroende på atomär och molekylär sammansättning om materialet är involverat.
Spektroskopiska metoder användes främst av fysiker och astrofysiker . Spektroskopiska tekniker lärdes sällan ut i kemiklasser och var obekanta för de flesta praktiserande kemister. Med början omkring 1904 Frank Twyman från instrumenttillverkningsföretaget i London Adam Hilger, Ltd. utveckla spektroskopiska instrument för kemister, men hans kundbas bestod konsekvent av fysiker snarare än kemister. På 1930-talet hade han utvecklat en nischmarknad inom metallurgi , där hans instrument var väl anpassade till de typer av problem som kemister löste.
På 1940-talet blev både akademiska och industriella kemister allt mer intresserade av problem som involverade sammansättning och upptäckt av biologiska molekyler . Biologiska molekyler, inklusive proteiner och nukleinsyror , absorberar ljusenergi i både det ultravioletta och synliga området. Spektrum av synligt ljus var inte tillräckligt brett för att göra det möjligt för forskare att undersöka ämnen som vitamin A. Noggrann karakterisering av komplexa prover, särskilt av biologiska material, skulle kräva noggrann avläsning av absorptionsfrekvenser i de ultravioletta och infraröda (IR) sektionerna av spektrumet förutom synligt ljus. Befintliga instrument som Cenco "Spectrophotelometer" och Coleman Model DM Spectrophotometer kunde inte användas effektivt för att undersöka våglängder i det ultravioletta området.
Den mängd utrustning som behövs för att mäta ljusenergi som sträcker sig bortom det synliga spektrumet mot ultraviolett ljus kan kosta ett laboratorium så mycket som $3 000, en enorm summa 1940. Upprepade avläsningar av ett prov togs för att producera fotografiska plattor som visar absorptionsspektrumet för ett material vid olika våglängder. En erfaren människa skulle kunna jämföra dessa med de kända bilderna för att identifiera en matchning. Sedan måste information från plattorna kombineras för att skapa en graf som visar spektrumet som helhet. I slutändan var noggrannheten av sådana tillvägagångssätt beroende av noggrann, konsekvent utveckling av de fotografiska plattorna, och på mänsklig synskärpa och övning i att läsa våglängderna.
Utveckling
DU utvecklades vid National Technical Laboratories (senare Beckman Instruments ) under ledning av Arnold Orville Beckman , en amerikansk kemist och uppfinnare. Med början 1940 utvecklade National Technical Laboratories tre interna prototypmodeller (A, B, C) och en begränsad distributionsmodell (D) innan de gick över till full kommersiell produktion med DU 1941. Beckmans forskargrupp leddes av Howard Cary , som fortsatte med att vara med och grunda Applied Physics Corporation (senare Cary Instruments ) som blev en av Beckman Instruments starkaste konkurrenter. Andra forskare inkluderade Roland Hawes och Kenyon George.
Coleman Instruments hade nyligen kopplat en pH-mätare med en optisk fotorörsenhet för att undersöka det visuella spektrumet (Coleman Model DM). Beckman hade redan utvecklat en framgångsrik pH-mätare för att mäta surhet i lösningar, hans företags banbrytande produkt. Beckman såg potentialen att bygga vidare på sin befintliga expertis och gjorde det till ett mål att skapa ett lättanvänt integrerat instrument som både skulle registrera och rapportera specifika våglängder som sträcker sig in i det ultravioletta området. Istället för att bero på utvecklingen av fotografiska plattor, eller en mänsklig observatörs visuella förmåga att detektera våglängder i absorptionsspektrumet, skulle fotorör användas för att registrera och rapportera de specifika våglängder som detekterades. Detta hade potential att öka instrumentets noggrannhet och tillförlitlighet samt dess hastighet och användarvänlighet.
Modell A (prototyp)
Den första prototypen av Beckman-spektrofotometern, Model A, skapades vid National Technologies Laboratories 1940. Den använde en volframljuskälla med ett Fery-prisma i glas som monokromator . Volfram användes för glödtrådar eftersom det var starkt, tålde värme och avgav ett stadigt ljus. Typer av ljuskällor skilde sig åt i intervallet av ljusvåglängder som de avgav. Volframlampor var användbara i området för synligt ljus men gav dålig täckning i det ultravioletta området. Men de hade fördelen av att vara lätt tillgängliga eftersom de användes som bilstrålkastare . En extern förstärkare från Beckmans pH-mätare och en vakuumrörfotocell användes för att detektera våglängder.
Modell B (prototyp)
Man insåg snabbt att ett dispersivt prisma av glas inte var lämpligt för användning i det ultravioletta spektrumet. Glas absorberade elektromagnetisk strålning under 400 millimikron istället för att sprida den. I modell B ersattes ett kvartsprisma för det tidigare glaset .
En tangentstavsmekanism användes för att justera monokromatorn. Mekanismen var mycket känslig och krävde en skicklig operatör. Endast två modell B-prototyper gjordes. En såldes: i februari 1941 till University of California Chemistry Department i Los Angeles .
Modell B-prototypen bör särskiljas från en senare produktionsmodell av spektrofotometer som också kallades för modell "B". Produktionsmodellen "B" introducerades 1949 som ett mindre dyrt, enkelt att använda alternativ till Beckman DU. Den använde ett Fery-prisma av glas som en kromatator och fungerade i ett smalare intervall, ungefär från 320 millimikron till 950 millimikron, och 5 till 20 Å .
Modell C (prototyp)
Tre Model C-instrument byggdes sedan, vilket förbättrade instrumentets våglängdsupplösning. Modell B:s roterande cellavdelning ersattes med en linjär provkammare. Tangentstavsmekanismen ersattes av en scrolldrivmekanism, som kunde styras mer exakt för att återställa kvartsprismat och välja önskad våglängd. Med denna nya mekanism kan resultat erhållas enklare och mer tillförlitligt, utan att kräva en mycket skicklig operatör. Detta satte mönstret för alla Beckmans senare kvartsprismainstrument. Även om det bara byggdes tre Model B-prototyper såldes alla, en till Caltech och de andra två till företag inom livsmedelsindustrin.
Modell D (begränsad produktion)
A-, B- och C-prototypmodellerna kopplade alla en extern Beckman pH-mätare till den optiska komponenten för att erhålla avläsningar. Vid utvecklingen av Model D tog Beckman den direktkopplade förstärkarkretsen från pH-mätaren och kombinerade de optiska och elektroniska komponenterna i ett enda hölje, vilket gjorde det mer ekonomiskt.
Att gå från en prototyp till produktion av Model D innebar utmaningar. Beckman kontaktade ursprungligen Bausch och Lomb om att göra kvartsprismor för spektrofotometern. När de tackade nej till möjligheten designade National Technical Laboratories sitt eget optiska system, inklusive både en kontrollmekanism och ett kvartsprisma. Stort kvarts av hög optisk kvalitet som lämpar sig för att skapa prismor var svårt att få tag på. Den kom från Brasilien och var efterfrågad för krigstidsradiooscillatorer . Beckman var tvungen att skaffa en prioriteringslista för krigstid för spektrofotometern för att få tillgång till lämpliga kvartsförråd.
Beckman hade tidigare försökt hitta en källa till pålitliga vätgaslampor , och sökte bättre känslighet för våglängder i det ultravioletta området än vad som var möjligt med volfram. Som beskrevs i juli 1941 kunde Beckman-spektrofotometern använda ett "varmt katodväteurladdningsrör" eller en volframljuskälla utbytbart. Beckman var dock fortfarande missnöjd med de tillgängliga vätgaslamporna. National Technical Laboratories designade sin egen vätgaslampa, en anod innesluten i ett tunt blåst glasfönster. I december 1941 användes den interna designen i produktionen av Model D.
Instrumentets design krävde också ett känsligare fotorör än vad som var kommersiellt tillgängligt vid den tiden. Beckman kunde erhålla små partier av ett experimentellt fotorör från RCA för de första Model D-instrumenten.
Modell D-spektrofotometern, med hjälp av det experimentella RCA-fotoröret, visades vid MIT :s sommarkonferens om spektroskopi i juli 1941. Det papper som Cary och Beckman presenterade där publicerades i Journal of the Optical Society of America . I den jämförde Cary och Beckman design för ett modifierat självkollimerande Fery-prisma av kvarts, ett spegelkollimerat Littrow- kvartsprisma och olika galler. Littrowprismat var ett halvprisma, som hade en spegelvänd baksida, så att ljuset gick igenom framsidan två gånger. Användning av en volframljuskälla med kvartsprismat som monokromator rapporterades för att minimera ljusspridning i instrumentet.
Model D var den första modellen som gick in i faktisk produktion. Ett litet antal modell D-instrument såldes, med början i juli 1941, innan det ersattes av DU.
Modell DU
När RCA inte kunde möta Beckmans efterfrågan på experimentella fotorör fick National Technical Laboratories återigen designa sina egna komponenter internt. De utvecklade ett par fotorör, känsliga för de röda och blå områdena i spektrumet, som kan förstärka signalerna de fick. Med inkorporeringen av Beckmans UV-känsliga fotorör blev Model D Model DU UV–Vis spektrofotometer. Dess beteckning som en "UV–Vis" spektrofotometer indikerar dess förmåga att mäta ljus i både det synliga och ultravioletta spektra.
DU var det första kommersiellt gångbara vetenskapliga instrumentet för att mäta mängden ultraviolett ljus som absorberades av ett ämne. Som han hade gjort med pH-mätaren, hade Beckman ersatt en rad komplicerad utrustning med ett enda lättanvänt instrument. Ett av de första helt integrerade instrumenten eller " svarta lådorna " som användes i moderna kemiska laboratorier, såldes för $723 1941.
Det antas allmänt att "DU" i namnet var en kombination av "D" för modell D som den var baserad på och "U" för det ultravioletta spektrumet. Det har dock föreslagits att "DU" också kan referera till Beckmans broderskap vid University of Illinois, Delta Upsilon , vars medlemmar kallades "DU".
En publikation i den vetenskapliga litteraturen jämförde den optiska kvaliteten på DU med Cary 14 Spectrophotometer , en annan ledande UV-Vis-spektrofotometer vid den tiden.
Design
Från 1941 till 1976, när den lades ner, byggdes Model DU-spektrofotometern på vad som var i huvudsak samma design. Det var ett enkelstråleinstrument. DU-spektrofotometrarna använde ett kvartsprisma för att separera ljus från en lampa till dess absorptionsspektrum och ett fotorör för att elektriskt mäta ljusenergin över hela spektrat. Detta gjorde det möjligt för användaren att plotta ljusabsorptionsspektrumet för ett ämne för att erhålla ett standardiserat "fingeravtryck" som är karakteristiskt för en förening. Alla moderna UV–Vis-spektrofotometrar är byggda på samma grundprinciper som DU-spektrofotometern.
"Ljuset från volframlampan fokuseras av den kondenserande spegeln och riktas i en stråle till den diagonala slitsen ingångsspegeln. Ingångsspegeln avleder ljuset genom ingångsslitsen och in i monokromatorn till den kollimerande spegeln. Ljus som faller på den kollimerande spegeln är renderas parallellt och reflekteras till kvartsprismat där det genomgår brytning. Prismats baksida aluminiseras så att ljus som bryts vid den första ytan reflekteras tillbaka genom prismat och genomgår ytterligare brytning när det kommer ut ur prismat. Den önskade våglängden på ljus väljs genom att vrida våglängdsväljaren som justerar prismats position. Spektrumet riktas tillbaka till den kollimerande spegeln som centrerar den valda våglängden på utgångsslitsen och provet. Ljus som passerar genom provet träffar fotoröret och orsakar en strömförstärkning . Strömförstärkningen förstärks och registreras på nollmätaren." Modell DU optiskt system
Även om standardljuskällan för instrumentet var volfram, kunde en väte- eller kvicksilverlampa ersättas beroende på det optimala mätområdet för vilket instrumentet skulle användas. Volframlampan var lämplig för transmittans av våglängder mellan 320 och 1000 millimikron; vätelampan för 220 till 320 millimikron och kvicksilverlampan för kontroll av spektrofotometerns kalibrering.
Som annonserades i 1941 års nyhetsupplaga av American Chemical Society använde Beckman Spectrophotometer ett autokollimerande kvartskristallprisma för en monokromator, som kan täcka ett område från ultraviolett (200 millimikron) till infrarött (2000 millimikron) med en nominell bandbredd på 2 millimikron eller mindre för större delen av dess spektralområde. Slitsmekanismen var kontinuerligt justerbar från 0,01 till 2,0 mm och påstods ha mindre än 1/10 % ströljus över större delen av spektralområdet. Den hade en lättavläst våglängdsskala som samtidigt rapporterade % överförings- och densitetsinformation.
Provhållaren rymde upp till 4 celler. Celler kan flyttas in i ljusbanan via en extern kontroll, vilket gör att användaren kan ta flera avläsningar utan att öppna cellfacket. Som beskrivs i DU:s manual gjordes absorbansmätningar av ett prov i jämförelse med ett blankprov , eller standard , "en lösning identisk i sammansättning med provet förutom att det absorberande materialet som mäts saknas." Standarden kan vara en cell fylld med ett lösningsmedel såsom destillerat vatten eller ett framställt lösningsmedel med en känd koncentration. Vid varje våglängd görs två mätningar: med provet och med standarden i ljusstrålen. att erhålla förhållandet, transmittansen . För kvantitativa mätningar omvandlas transmittansen till absorbans som är proportionell mot koncentrationen av lösta ämnen enligt Beers lag . Detta gör det möjligt att kvantitativt bestämma mängden av ett ämne i lösning.
Användaren kan också växla mellan fotorör utan att ta bort provhållaren. En annons från 1941 visar att tre typer av fotorör fanns tillgängliga, med maximal känslighet för rött, blått och ultraviolett ljus.
1954 DU-spektrofotometern skiljer sig genom att den påstår sig vara användbar från 200 till 1000 millimikron, och nämner inte det ultravioletta fotoröret. Våglängdsväljaren sträckte sig emellertid fortfarande från 200 till 2000 millimikron. och en "Ultraviolett tillbehörsset" fanns tillgänglig. Denna övergång från att använda DU för infraröd mätning är förståelig, eftersom Beckman Instruments 1954 marknadsförde en separat infraröd spektrofotometer. Beckman utvecklade den infraröda spektrofotometern IR-1 under andra världskriget och designade om den till IR-4 mellan 1953 och 1956.
Använda sig av
Beckman-spektrofotometern var det första lättanvända enda instrumentet som innehöll både de optiska och elektroniska komponenterna som behövs för ultraviolettabsorptionsspektrofotometri i ett enda hölje. Användaren kan sätta in en cellbricka med standard- och provceller, ringa upp den önskade ljusvåglängden, bekräfta att instrumentet var korrekt inställt genom att mäta standarden och sedan mäta mängden absorption av provet, avläsa frekvensen från en enkel meter. En serie avläsningar vid olika våglängder kunde göras utan att störa provet. DU-spektrofotometerns manuella skanningsmetod var extremt snabb, vilket minskade analystiderna från veckor eller timmar till minuter.
Det var exakt i både det synliga och ultravioletta området. Genom att arbeta i både de ultravioletta och de synliga områdena av spektrumet producerade modellen DU noggranna absorptionsspektra som kunde erhållas med relativ lätthet och exakt replikeras. National Bureau of Standards körde tester för att intyga att DU:s resultat var korrekta och repeterbara och rekommenderade användningen.
Andra fördelar var dess höga upplösning och minimeringen av ströljus i det ultravioletta området. Även om det inte var billigt gjorde dess initiala pris på $723 den tillgänglig för det genomsnittliga laboratoriet. Som jämförelse, 1943, kostade GE Hardy Spectrophotometer $6 400. Praktisk och pålitlig, DU etablerade sig snabbt som en standard för laboratorieutrustning.
Påverkan
Krediterad för att ha "fört till ett genombrott inom optisk spektroskopi", har Beckman DU identifierats som "ett oumbärligt verktyg för kemi" och "modell T för laboratorieinstrument". Cirka 30 000 DU-spektrofotometrar tillverkades och såldes mellan 1941 och 1976.
DU gjorde det möjligt för forskare att utföra enklare analys av ämnen genom att snabbt göra mätningar vid mer än en våglängd för att producera ett absorptionsspektrum som beskriver hela ämnet. Till exempel innebar standardmetoden för analys av A-vitaminhalten i hajleverolja , före introduktionen av DU-spektrofotometern, att mata råttor med oljan i 21 dagar, sedan skära av råttornas svansar och undersöka deras benstruktur. Med DU:s UV-teknik kunde A-vitaminhalten i hajleverolja bestämmas direkt på några minuter.
Scripps Research Institute och Massachusetts Institute of Technology krediterar DU med att förbättra både noggrannheten och hastigheten för kemisk analys. MIT säger: "Denna enhet förenklade och effektiviserade kemisk analys för alltid, genom att tillåta forskare att utföra en 99,9% exakt kvantitativ mätning av ett ämne inom några minuter, i motsats till veckorna som krävdes tidigare för resultat med endast 25% noggrannhet."
Organisk kemist och vetenskapsfilosof Theodore L. Brown säger att det "revolutionerade mätningen av ljussignaler från prover". Nobelpristagaren Bruce Merrifield citeras för att kalla DU-spektrofotometern "förmodligen det viktigaste instrumentet som någonsin utvecklats för att främja biovetenskapen ." Vetenskapshistorikern Peter JT Morris identifierar införandet av DU och andra vetenskapliga instrument på 1940-talet som början på en Kuhnsk revolution .
För företaget Beckman var DU en av tre grundläggande uppfinningar – pH-mätaren , DU-spektrofotometern och helipotpotentiometern – som etablerade företaget på en säker ekonomisk grund och gjorde det möjligt för det att expandera.
Vitaminer
Utvecklingen av spektrofotometern hade direkt relevans för andra världskriget och den amerikanska krigsinsatsen. Vitaminernas roll för hälsan var av stor oro, eftersom forskare ville identifiera A -vitaminrika livsmedel för att hålla soldaterna friska. Tidigare metoder för att bedöma A-vitaminnivåer involverade att mata råttor med mat i flera veckor och sedan utföra en biopsi för att uppskatta intagna A-vitaminnivåer. Däremot gav en undersökning av ett livsmedelsprov med en DU-spektrofotometer bättre resultat på några minuter. DU-spektrofotometern kunde användas för att studera både vitamin A och dess prekursorkarotenoider, och blev snabbt den föredragna metoden för spektrofotometrisk analys.
Penicillin
DU-spektrofotometern var också ett viktigt verktyg för forskare som studerade och tillverkade det nya underläkemedlet penicillin . Utvecklingen av penicillin var ett hemligt nationellt uppdrag, som involverade 17 läkemedelsföretag, med målet att tillhandahålla penicillin till alla amerikanska styrkor som var engagerade i andra världskriget. Det var känt att penicillin var effektivare än sulfa-läkemedel , och att dess användning minskade dödligheten , svårighetsgraden av långvarigt sårtrauma och återhämtningstiden. Emellertid förstod man inte dess struktur, isoleringsförfaranden som användes för att skapa rena kulturer var primitiva och produktionen med kända ytodlingstekniker gick långsamt.
Vid Northern Regional Research Laboratory i Peoria, Illinois , samlade og undersökte forskare mer än 2 000 exemplar av mögel (liksom andra mikroorganismer ). Ett omfattande forskarteam inkluderade Robert Coghill, Norman Heatley , Andrew Moyer , Mary Hunt, Frank H. Stodola och Morris E. Friedkin. Friedkin påminner om att en tidig modell av Beckman DU-spektrofotometern användes av penicillinforskarna i Peoria. Peoria-labbet var framgångsrikt med att isolera och kommersiellt producera överlägsna stammar av mögel, som var 200 gånger effektivare än de ursprungliga formerna som upptäcktes av Alexander Fleming . I slutet av kriget producerade amerikanska läkemedelsföretag 650 miljarder enheter penicillin varje månad. Mycket av det arbete som utfördes på detta område under andra världskriget hölls hemligt till efter kriget.
Kolväten
DU-spektrofotometern användes också för kritisk analys av kolväten . Ett antal kolväten var av intresse för krigsansträngningen. Toluen , ett kolväte i råolja , användes vid produktion av TNT för militärt bruk. Bensen och butadiener användes vid tillverkning av syntetiskt gummi . Gummi, som användes i däck till jeepar, flygplan och stridsvagnar, var en kritisk brist eftersom USA var avskuret från utländska leveranser av naturgummi. Office of Rubber Reserve organiserade forskare vid universitet och inom industrin för att i hemlighet arbeta med problemet. Efterfrågan på syntetiskt gummi fick Beckman Instruments att utveckla infraröda spektrofotometrar . Infraröda spektrofotometrar var bättre lämpade än UV-Vis spektrofotometrar för analys av C 4 kolväten , särskilt för applikationer inom petroleumraffinering och bensinproduktion.
Enzymanalyser och DNA-forskning
Gerty Cori och hennes man Carl Ferdinand Cori vann Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1947 som ett erkännande för deras arbete med enzymer . De gjorde flera upptäckter som är avgörande för att förstå kolhydratmetabolism , inklusive isoleringen och upptäckten av Cori-estern , glukos 1-fosfat och förståelsen av Cori-cykeln . De fastställde att enzymet fosforylas katalyserar bildningen av glukos 1-fosfat, vilket är början och slutsteget i omvandlingen av glykogen till glukos och blodsocker till glykogen. Gerty Cori var också den första som visade att en defekt i ett enzym kan vara orsaken till en mänsklig genetisk sjukdom. Beckman DU-spektrofotometern användes i Cori-laboratoriet för att beräkna enzymkoncentrationer, inklusive fosforylas.
En annan forskare som tillbringade sex månader 1947 vid Cori-laboratoriet, "den mest levande platsen inom biokemin" vid den tiden, var Arthur Kornberg . Kornberg var redan bekant med DU-spektrofotometern, som han hade använt vid Severo Ochoas laboratorium vid New York University . Den "nya och knappa" Beckman DU, utlånad till Ochoa av American Philosophical Society , var mycket uppskattad och i konstant användning. Kornberg använde det för att rena akonitas , ett enzym i citronsyracykeln .
"Enzymet kunde analyseras på några minuter genom att koppla det till isocitrat dehydrogenas och mäta NADH som bildas med Beckman DU spektrofotometer, ett instrument som transformerade biokemi."
Kornberg och Bernard L. Horecker använde Beckman DU spektrofotometer för enzymanalyser som mäter NADH och NADPH . De bestämde sina extinktionskoefficienter, vilket skapade en grund för kvantitativa mätningar i reaktioner som involverar nukleotider . Detta arbete blev en av de mest citerade artiklarna inom biokemi. Kornberg fortsatte med att studera nukleotider i DNA-syntes, isolerade det första DNA-polymeriserande enzymet ( DNA-polymeras I ) 1956 och fick Nobelpriset i fysiologi eller medicin med Severo Ochoa 1959.
DNA-baserna absorberade ultraviolett ljus nära 260 nm. Inspirerad av Oswald Averys arbete med DNA, använde Erwin Chargaff en DU-spektrofotometer på 1940-talet för att mäta de relativa koncentrationerna av baser i DNA. Baserat på denna forskning formulerade han Chargaffs regler . I den första fullständiga kvantitativa analysen av DNA rapporterade han nästan lika överensstämmelse mellan par av baser i DNA, med antalet guaninenheter lika med antalet cytosinenheter och antalet adeninenheter lika med antalet tyminenheter . Han visade vidare att de relativa mängderna guanin, cytosin, adenin och tymin varierade mellan arterna. 1952 träffade Chargaff Francis Crick och James D. Watson och diskuterade sina upptäckter med dem. Watson och Crick byggde på hans idéer i deras bestämning av DNA:s struktur.
Bioteknik
Ultraviolett spektroskopi har bred tillämpbarhet inom molekylärbiologi , särskilt studiet av fotosyntes . Det har använts för att studera en mängd olika blommande växter och ormbunkar av forskare vid institutioner för biologi, växtfysiologi och jordbruksvetenskap samt molekylär genetik.
Särskilt användbar för att upptäcka konjugerade dubbelbindningar, gjorde den nya tekniken det möjligt för forskare som Ralph Holman och George O. Burr att studera fetter i kosten, arbete som hade betydande konsekvenser för människans kost. DU-spektrofotometern användes också i studien av steroider av forskare som Alejandro Zaffaroni , som hjälpte till att utveckla p-piller , nikotinplåster och kortikosteroider .
Senare modeller
Beckman-teamet utvecklade så småningom ytterligare modeller, såväl som ett antal tillbehör eller tillbehör som kunde användas för att modifiera DU för olika typer av arbete. En av de första tillbehören var en flamfäste med en kraftfullare fotomultiplikator för att göra det möjligt för användaren att undersöka lågor som kalium , natrium och cesium (1947).
På 1950-talet utvecklade Beckman Instruments DR och DK, som båda var dubbelstrålade ultravioletta spektrofotometrar. DK fick sitt namn efter Wilbur I. Kaye, som utvecklade det genom att modifiera DU för att utöka sitt utbud till det nära-infraröda. Han gjorde det första arbetet på Tennessee Eastman Kodak , och anställdes senare av Beckman Instruments. DKs introducerade en automatisk inspelningsfunktion. DK-1 använde en icke-linjär rullning, och DK-2 använde en linjär rullning för att automatiskt registrera spektra.
DR inkorporerade en "robotoperatör" som skulle återställa rattarna på DU för att slutföra en sekvens av mätningar vid olika våglängder, precis som en mänsklig operatör skulle generera resultat för ett fullt spektrum. Den använde en linjär skyttel med fyra lägen och en överbyggnad för att byta vreden. Den hade en rörlig sjökortsskrivare för att plotta resultat, med röda, gröna och svarta prickar. Priset för inspelningsspektrofotometrar var avsevärt högre än icke-inspelningsmaskiner.
DK var tio gånger snabbare än DR, men inte riktigt lika exakt. Den använde en fotomultiplikator, som hade introducerat en felkälla. DK:s snabbhet gjorde att den föredrogs framför DR. Kaye utvecklade så småningom DKU, som kombinerade infraröda och ultravioletta funktioner i ett instrument, men det var dyrare än andra modeller.
Den sista DU-spektrofotometern producerades den 6 juli 1976. På 1980-talet införlivades datorer i vetenskapliga instrument som Bausch & Lombs Spectronic 2000 UV–Vis-spektrofotometer, för att förbättra datainsamlingen och ge instrumentkontroll. Specialiserade spektrofotometrar designade för specifika uppgifter tenderar nu att användas snarare än allmänna "all-purpose-maskiner" som DU.
externa länkar
-
Jaehnig, Kenton G. Hitta hjälp till Beckmans historiska samling, 1911–2011 (bulk 1934–2004) . Vetenskapshistoriska institutet . OCLC 899243886 . Hämtad 6 februari 2018 .
Länkar på målsidan går till fullständiga dokument.