спектрофотометр ДУ

Спектрофотометр DU, Национальные технические лаборатории, 1947 г.

Спектрофотометр DU или Beckman DU , представленный в 1941 году, был первым коммерчески жизнеспособным научным прибором для измерения количества ультрафиолетового света, поглощаемого веществом. Эта модель спектрофотометра позволила ученым легко исследовать и идентифицировать данное вещество на основе его спектра поглощения , структуры света, поглощаемого на разных длинах волн. Арнольда О. Бекмана ( Национальные технические лаборатории позже Beckman Instruments) разработали три собственных прототипа модели (A, B, C) и одну модель ограниченного распространения (D), прежде чем перейти к полному коммерческому производству DU. В период с 1941 по 1976 год было изготовлено и продано около 30 000 спектрофотометров DU.

Спектрофотометр DU , который иногда называют спектрофотометром УФ-ВИД, поскольку он измеряет как ультрафиолетовый (УФ), так и видимый спектры, считается поистине революционной технологией. Он дал более точные результаты, чем предыдущие методы определения химического состава сложного вещества, и существенно сократил время, необходимое для точного анализа, с недель или часов до минут. Beckman DU сыграл важную роль в нескольких важных секретных исследовательских проектах во время Второй мировой войны , включая разработку пенициллина и синтетического каучука .

Предыстория

До разработки спектрофотометра ДУ анализ исследуемого образца с целью определения его компонентов был длительным, дорогостоящим и часто неточным процессом. Классическая влажная лаборатория содержала большое количество сложного оборудования. Тестовые образцы были подвергнуты серии неудобных и трудоемких качественных процессов для выделения и идентификации их компонентов. Определение количественной концентрации этих компонентов в образце включало дальнейшие шаги. Процессы могут включать методы химических реакций , осаждения , фильтрации и растворения . Определение концентрации известных примесей в известном неорганическом веществе, таком как расплавленное железо, можно выполнить менее чем за тридцать минут. Определение сложных органических структур, таких как хлорофилл, с использованием влажных и сухих методов может занять десятилетия.

Спектроскопические методы наблюдения поглощения электромагнитного излучения видимого спектра были известны еще в 1860-х годах. Ученые заметили, что свет, проходящий через среду, будет поглощаться на разных длинах волн, в зависимости от материального состава среды. Источник белого света будет излучать свет на нескольких длинах волн в диапазоне частот. Призму можно использовать для разделения источника света на волны определенной длины. Прохождение света через образец материала приведет к поглощению некоторых длин волн света, в то время как другие останутся без изменений и продолжат передаваться. Длины волн в результирующем спектре поглощения будут различаться в зависимости от атомного и молекулярного состава материала.

Спектроскопические методы использовались преимущественно физиками и астрофизиками . Спектроскопические методы редко преподавали на уроках химии и были незнакомы большинству практикующих химиков. Примерно с 1904 года Фрэнк Твайман из лондонской приборостроительной фирмы Adam Hilger, Ltd. пытался разработать спектроскопические инструменты для химиков, но его клиентская база постоянно состояла из физиков, а не химиков. К 1930-м годам он создал нишу рынка металлургии , где его инструменты были хорошо адаптированы к тем типам проблем , которые решали химики.

К 1940-м годам как академические, так и промышленные химики стали все больше интересоваться проблемами, связанными с составом и обнаружением биологических молекул . Биологические молекулы, включая белки и нуклеиновые кислоты , поглощают энергию света как в ультрафиолетовом , так и в видимом диапазоне. Спектр видимого света был недостаточно широк, чтобы позволить ученым исследовать такие вещества, как витамин А. Точная характеристика сложных образцов, особенно биологических материалов, потребует точного определения частот поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной (ИК) частях спектра в дополнение к видимому свету. Существующие инструменты, такие как «Спектрофотометр» Cenco и спектрофотометр Coleman Model DM, не могли эффективно использоваться для исследования длин волн в ультрафиолетовом диапазоне.

Набор оборудования, необходимого для измерения световой энергии, выходящей за пределы видимого спектра в сторону ультрафиолета, мог стоить лаборатории до 3000 долларов — огромная сумма для 1940 года. Повторные показания образца были сняты для изготовления фотографических пластинок, показывающих спектр поглощения материала на разных длинах волн. Опытный человек мог бы сравнить их с известными изображениями, чтобы определить совпадение. Затем информацию с пластинок пришлось объединить, чтобы создать график, показывающий спектр в целом. В конечном итоге точность таких подходов зависела от точной и последовательной обработки фотопластинок, а также от остроты зрения человека и практики считывания длин волн.

Развитие

DU был разработан в Национальной технической лаборатории (позже Beckman Instruments ) под руководством Арнольда Орвилла Бекмана , американского химика и изобретателя. Начиная с 1940 года, Национальные технические лаборатории разработали три собственных прототипа модели (A, B, C) и одну модель ограниченного распространения (D), прежде чем перейти к полному коммерческому производству DU в 1941 году. Исследовательскую группу Бекмана возглавил Говард Кэри , который впоследствии стал соучредителем Applied Physics Corporation (позже Cary Instruments ), которая стала одним из сильнейших конкурентов Beckman Instruments. Среди других ученых были Роланд Хоуз и Кеньон Джордж.

Компания Coleman Instruments недавно соединила pH-метр с оптической фототрубкой для исследования визуального спектра (модель Coleman DM). Бекман уже разработал успешный pH-метр для измерения кислотности растворов, революционный продукт его компании. Видя потенциал для развития своего существующего опыта, Бекман поставил перед собой цель создать простой в использовании интегрированный прибор, который мог бы регистрировать и сообщать об определенных длинах волн, простирающихся до ультрафиолетового диапазона. Вместо того, чтобы зависеть от разработки фотопластинок или зрительной способности человека-наблюдателя обнаруживать длины волн в спектре поглощения, фототрубки будут использоваться для регистрации и сообщения об определенных длинах волн, которые были обнаружены. Это потенциально могло повысить точность и надежность прибора, а также его скорость и простоту использования.

Модель А (прототип)

Первый прототип спектрофотометра Бекмана, Модель А, был создан в лабораториях National Technologies в 1940 году. В нем использовался вольфрамовый источник света со стеклянной призмой Фери в качестве монохроматора . Вольфрам использовался для изготовления нитей накаливания, потому что он был прочным, выдерживал тепло и излучал постоянный свет. Типы источников света различались диапазоном длин волн света, который они излучали. Вольфрамовые лампы были полезны в видимом диапазоне света, но плохо освещали ультрафиолетовый диапазон. Однако у них было то преимущество, что они были легко доступны, поскольку использовались в качестве автомобильных фар . внешний усилитель от pH-метра Beckman и ламповый фотоэлемент. Для регистрации длин волн использовался

Модель Б (прототип)

Кристаллы кварца оптического качества

Быстро стало понятно, что стеклянная дисперсионная призма не подходит для использования в ультрафиолетовом спектре. Стекло поглощает электромагнитное излучение размером менее 400 миллимикронов, а не рассеивает его. В модели B кварцевой призмой. прежнее стекло было заменено

Для регулировки монохроматора использовался тангенциальный механизм. Механизм был очень чувствительным и требовал квалифицированного оператора. Было изготовлено всего два прототипа модели B. Один был продан: в феврале 1941 года на химический факультет Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе .

Прототип модели B следует отличать от более поздней серийной модели спектрофотометра, которая также называлась моделью «B». Серийная модель «B» была представлена ​​в 1949 году как менее дорогая и простая в использовании альтернатива Beckman DU. В качестве хроматора он использовал стеклянную призму Фери и работал в более узком диапазоне, примерно от 320 до 950 миллимикронов и от 5 до 20 Å .

Модель C (прототип)

Затем были построены три прибора модели C, что улучшило разрешение прибора по длине волны. Отсек вращающейся ячейки модели B был заменен линейной камерой для проб. Тангенциальный механизм был заменен механизмом привода прокрутки. которым можно было бы точнее управлять, чтобы сбросить кварцевую призму и выбрать нужную длину волны. Благодаря этому новому механизму результаты можно получить более легко и надежно, не требуя высококвалифицированного оператора. Это послужило образцом для всех более поздних инструментов Бекмана с кварцевой призмой. Хотя было построено всего три прототипа модели B, все они были проданы: один Калифорнийскому технологическому институту , а два других компаниям пищевой промышленности.

производство

Кварцевый фотоэлектрический спектрофотометр, Кэри и Бекман, 1941 г.

Все прототипы моделей A, B и C подключали внешний pH-метр Beckman к оптическому компоненту для получения показаний. При разработке модели D Бекман взял схему усилителя с прямой связью от pH-метра и объединил оптические и электронные компоненты в одном корпусе, что сделало ее более экономичной.

Переход от прототипа к производству модели D был сопряжен с трудностями. Первоначально Бекман обратился к Баушу и Ломбу с просьбой сделать кварцевые призмы для спектрофотометра. Когда они отказались от этой возможности, Национальные технические лаборатории разработали собственную оптическую систему, включающую как механизм управления, так и кварцевую призму. Большой кварц высокого оптического качества, пригодный для создания призм, было трудно получить. Он пришел из Бразилии и был востребован для радиогенераторов военного времени . Бекману пришлось получить список приоритетов военного времени для спектрофотометра, чтобы получить доступ к подходящим источникам кварца.

Бекман ранее пытался найти источник надежных водородных ламп , стремясь к большей чувствительности к длинам волн ультрафиолетового диапазона, чем это было возможно с вольфрамом. Как описано в июле 1941 года, в спектрофотометре Бекмана можно было использовать «водородную газоразрядную трубку с горячим катодом» или вольфрамовый источник света как взаимозаменяемые. Однако Бекмана по-прежнему не устраивали имеющиеся водородные лампы. Национальные технические лаборатории разработали собственную водородную лампу с анодом , заключенным в тонкое окно из дутого стекла. К декабрю 1941 года собственная разработка использовалась при производстве модели D.

Конструкция инструмента также требовала более чувствительной фототрубки, чем была коммерчески доступна в то время. Бекману удалось получить от RCA небольшие партии экспериментальных фототрубок для первых инструментов модели D.

Спектрофотометр модели D, использующий экспериментальную фототрубку RCA, был показан на Летней конференции Массачусетского технологического института по спектроскопии в июле 1941 года. Статья, представленная там Кэри и Бекманом, была опубликована в Журнале Оптического общества Америки . В нем Кэри и Бекман сравнили конструкции модифицированной самоколлимирующейся кварцевой призмы Фери, зеркально-коллимированной кварцевой призмы Литтроу и различных решеток. Призма Литтроу представляла собой полупризму с зеркальной задней стороной, так что свет дважды проходил через переднюю грань. Сообщалось , что использование вольфрамового источника света с кварцевой призмой Литтроу в качестве монохроматора минимизирует рассеяние света внутри прибора.

Модель D была первой моделью, запущенной в серийное производство. Небольшое количество инструментов модели D было продано, начиная с июля 1941 года, прежде чем она была заменена DU.

Модель DU

Разобранная абсорбционная ячейка и отсек фототрубки, Кэри и Бекман, 1941 год.

Когда RCA не смогла удовлетворить спрос Бекмана на экспериментальные фототрубки, Национальным техническим лабораториям снова пришлось разрабатывать собственные компоненты самостоятельно. Они разработали пару фототрубок, чувствительных к красной и синей областях спектра, способных усиливать получаемые ими сигналы. С использованием фототрубок Beckman, чувствительных к УФ-излучению, модель D стала спектрофотометром UV-Vis модели DU. Его обозначение как спектрофотометр «УФ-Вид» указывает на его способность измерять свет как в видимом, так и в ультрафиолетовом спектрах.

DU был первым коммерчески жизнеспособным научным прибором для измерения количества ультрафиолетового света, поглощаемого веществом. Как и в случае с pH-метром, Бекман заменил множество сложного оборудования одним простым в использовании прибором. Один из первых полностью интегрированных инструментов или « черные ящики », используемые в современных химических лабораториях, в 1941 году он был продан за 723 доллара.

Принято считать, что буква «DU» в названии представляла собой комбинацию «D» для модели D, на которой она была основана, и «U» для ультрафиолетового спектра. Однако было высказано предположение, что «DU» может также относиться к братству Бекмана в Университете Иллинойса, Дельта Ипсилон , членов которого называли «DU».

Публикация в научной литературе сравнивала оптическое качество DU со спектрофотометром Cary 14 , еще одним ведущим спектрофотометром УФ-ВИД того времени.

Дизайн

Спектрофотометр модели DU - в разобранном виде, руководство Бекмана, 1954 г.

С 1941 по 1976 год, когда он был снят с производства, спектрофотометр модели DU был построен по сути той же конструкции. Это был однолучевой прибор. Спектрофотометры DU использовали кварцевую призму для разделения света лампы на его спектр поглощения и фототрубку для электрического измерения энергии света по всему спектру. Это позволило пользователю построить спектр поглощения света вещества, чтобы получить стандартизированную характеристику «отпечатка пальца» соединения. Все современные спектрофотометры УФ-ВИД построены на тех же основных принципах, что и спектрофотометр DU.

Схема оптической системы модели DU, руководство Бекмана, 1954 г.

«Свет вольфрамовой лампы фокусируется конденсирующим зеркалом и направляется лучом на входное зеркало с диагональной щелью. Входное зеркало отклоняет свет через входную щель и в монохроматор к коллимирующему зеркалу. Свет, падающий на коллимирующее зеркало, становится параллельным и отражается от кварцевой призмы, где он преломляется. Задняя поверхность призмы алюминизируется, так что свет, преломленный на первой поверхности, отражается обратно через призму, подвергаясь дальнейшему преломлению по мере выхода из призмы. Желаемая длина волны. свет выбирается поворотом переключателя длины волны, который регулирует положение призмы. Спектр направляется обратно на коллимирующее зеркало, которое центрирует выбранную длину волны на выходной щели и образце. Свет, проходящий через образец, попадает на фототрубку, вызывая усиление тока. . Текущее усиление усиливается и регистрируется на нулевом индикаторе». Модель DU Оптическая система

Хотя источником света для прибора по умолчанию была вольфрамовая лампа, ее можно было заменить водородной или ртутной лампой в зависимости от оптимального диапазона измерений, для которого должен был использоваться прибор. Вольфрамовая лампа обеспечивала пропускание длин волн от 320 до 1000 миллимикронов; водородная лампа от 220 до 320 миллимикронов и ртутная лампа для проверки калибровки спектрофотометра.

Минимальная ширина спектральной полосы, Кэри и Бекман, 1941 г.

Как рекламировалось в выпуске новостей Американского химического общества за 1941 год, в спектрофотометре Бекмана использовалась автоколлимационная кварцевая призма в качестве монохроматора, способного охватывать диапазон от ультрафиолетового (200 миллимикронов) до инфракрасного (2000 миллимикронов) с номинальной полосой пропускания. 2 миллимикрона или менее для большей части своего спектрального диапазона. Щелевой механизм плавно регулировался от 0,01 до 2,0 мм и, как утверждалось, имел менее 1/10% рассеянного света в большей части спектрального диапазона. Он имел удобную для чтения шкалу длины волны, одновременно сообщающую информацию о % пропускания и плотности.

Держатель образцов вмещал до 4 ячеек. Клетки можно было перемещать на путь света с помощью внешнего управления, что позволяло пользователю снимать несколько показаний, не открывая отсек для клеток. Как описано в руководстве DU, измерения оптической плотности образца проводились по сравнению с холостым раствором или стандартом , «раствором, идентичным по составу образцу, за исключением того, что измеряемый поглощающий материал отсутствует». Стандартом может быть ячейка, заполненная растворителем, например дистиллированной водой. или подготовленный растворитель известной концентрации. На каждой длине волны проводят два измерения: с образцом и со стандартом в световом пучке. коэффициент пропускания Это позволяет получить . Для количественных измерений пропускание преобразуют в поглощение , которое пропорционально концентрации растворенного вещества в соответствии с законом Бера . Это делает возможным количественное определение количества вещества в растворе.

Пользователь также мог переключаться между фототрубками, не снимая держатель образца. В рекламе 1941 года указано, что существовало три типа фототрубок с максимальной чувствительностью к красному, синему и ультрафиолетовому диапазонам света.

Спектрофотометр DU 1954 года отличается тем, что заявлен как полезный от 200 до 1000 миллимикронов, и не упоминает ультрафиолетовую фототрубку. Однако селектор длины волны по-прежнему находился в диапазоне от 200 до 2000 миллимикронов. и был доступен «Набор ультрафиолетовых аксессуаров». Этот отказ от использования DU для инфракрасных измерений понятен, поскольку к 1954 году компания Beckman Instruments продавала отдельный инфракрасный спектрофотометр. Бекман разработал инфракрасный спектрофотометр IR-1 во время Второй мировой войны и модернизировал его как IR-4 в период с 1953 по 1956 год.

Используйте

Спектрофотометр Beckman DU в использовании

Спектрофотометр Бекмана был первым простым в использовании прибором, содержащим как оптические, так и электронные компоненты, необходимые для спектрофотометрии с ультрафиолетовым поглощением , в одном корпусе. Пользователь мог вставить лоток со стандартными кюветами и кюветами для образцов, выбрать желаемую длину волны света, подтвердить правильность настройки прибора путем измерения стандарта, а затем измерить степень поглощения образца, считывая частоту с простого метр. Можно было снять серию показаний на разных длинах волн, не нарушая образец. Метод ручного сканирования спектрофотометра DU был чрезвычайно быстрым, что позволило сократить время анализа с недель или часов до минут.

Он был точен как в видимом, так и в ультрафиолетовом диапазонах. Работая как в ультрафиолетовой, так и в видимой областях спектра, модель DU давала точные спектры поглощения, которые можно было относительно легко получить и точно воспроизвести. Национальное бюро стандартов провело испытания, чтобы подтвердить точность и повторяемость результатов DU, и рекомендовало его использование.

Среди других преимуществ — высокое разрешение и минимизация рассеянного света в ультрафиолетовой области. Хотя он был недешевым, его первоначальная цена составляла 723 доллара. сделал его доступным для средней лаборатории. Для сравнения: в 1943 году спектрофотометр GE Hardy стоил 6400 долларов. Практичный и надежный, DU быстро зарекомендовал себя как стандарт лабораторного оборудования.

Влияние

Плакат времен Второй мировой войны призывал исследователей «отдать этой работе все, что у вас есть».

Ему приписывают «совершение прорыва в оптической спектроскопии». Beckman DU был назван «незаменимым инструментом для химии». и « Модель Т лабораторных приборов». В период с 1941 по 1976 год было изготовлено и продано около 30 000 спектрофотометров DU.

DU позволил исследователям упростить анализ веществ, быстро проведя измерения на более чем одной длине волны и получив спектр поглощения, описывающий все вещество. Например, стандартный метод анализа содержания витамина А в жире печени акулы до появления спектрофотометра DU включал кормление этим маслом крыс в течение 21 дня, затем отрезание крысам хвостов и исследование их костной структуры. Благодаря УФ-технологии DU содержание витамина А в масле печени акулы можно определить напрямую за считанные минуты.

Исследовательский институт Скриппса и Массачусетский технологический институт считают, что DU улучшил точность и скорость химического анализа. MIT заявляет: «Это устройство навсегда упростило и упростило химический анализ, позволив исследователям выполнять количественные измерения вещества с точностью 99,9% за считанные минуты, в отличие от недель, которые раньше требовались для получения результатов с точностью всего 25%.»

Химик-неорганик и философ науки Теодор Л. Браун утверждает, что он «произвел революцию в измерении световых сигналов образцов». Нобелевский лауреат Брюс Меррифилд назвал спектрофотометр DU «вероятно, самым важным инструментом, когда-либо разработанным для развития бионауки ». Историк науки Питер Дж. Т. Моррис считает появление DU и других научных инструментов в 1940-х годах началом куновской революции .

Для компании Beckman DU был одним из трех основополагающих изобретений — pH-метра , спектрофотометра DU и потенциометра для вертолёта — которые обеспечили компании надежную финансовую основу и позволили ей расширяться.

Витамины

Разработка спектрофотометра имела прямое отношение ко Второй мировой войне и военным действиям Америки. Роль витаминов в здоровье вызывала серьезную обеспокоенность, поскольку ученые хотели определить продукты, богатые витамином А, которые помогут солдатам оставаться здоровыми. Предыдущие методы оценки уровня витамина А включали кормление крыс пищей в течение нескольких недель, а затем проведение биопсии для оценки уровня поступившего витамина А. Напротив, исследование образца пищи с помощью спектрофотометра DU дало лучшие результаты за считанные минуты. Спектрофотометр DU можно использовать для изучения как витамина А, так и его предшественников – каротиноидов . и быстро стал предпочтительным методом спектрофотометрического анализа.

Пенициллин

Спектрофотометр DU был также важным инструментом для ученых, изучающих и производящих новый чудодейственный препарат пенициллин . Разработка пенициллина была секретной национальной миссией, в которой участвовали 17 фармацевтических компаний, с целью обеспечить пенициллином все силы США, участвовавшие во Второй мировой войне. Было известно, что пенициллин более эффективен, чем сульфаниламидные препараты . и что его использование снижает смертность , тяжесть долговременных раневых травм и время восстановления. Однако его структура не была понятна, процедуры выделения, используемые для создания чистых культур, были примитивными, а производство с использованием известных методов поверхностного культивирования было медленным.

В Северной региональной исследовательской лаборатории в Пеории, штат Иллинойс , исследователи собрали и исследовали более 2000 образцов плесени (а также других микроорганизмов ). В обширную исследовательскую группу входили Роберт Когхилл , Норман Хитли , Эндрю Мойер , Мэри Хант , Фрэнк Х. Стодола и Моррис Э. Фридкин . Фридкин вспоминает, что ранняя модель спектрофотометра Beckman DU использовалась исследователями пенициллина в Пеории. Лаборатория Пеории преуспела в выделении и коммерческом производстве превосходных штаммов плесени, которые были в 200 раз более эффективными, чем оригинальные формы, открытые Александром Флемингом . К концу войны американские фармацевтические компании ежемесячно производили 650 миллиардов единиц пенициллина. Большая часть работ, проделанных в этой области во время Второй мировой войны, держалась в секрете до ее окончания.

Углеводороды

Спектрофотометр ДУ использовался также для критического анализа углеводородов . Ряд углеводородов представлял интерес для военных нужд. Толуол , углеводород сырой нефти , использовался при производстве тротила для военных целей. Бензол и бутадиены использовались в производстве синтетического каучука . Каучук, используемый в шинах для джипов, самолетов и танков, находился в критическом дефиците, поскольку Соединенные Штаты были отрезаны от зарубежных поставок натурального каучука. Управление по запасам каучука организовало исследователей в университетах и ​​промышленности для тайной работы над этой проблемой. Спрос на синтетический каучук побудил компанию Beckman Instruments разработать инфракрасные спектрофотометры . Инфракрасные спектрофотометры лучше подходили, чем УФ-Вид спектрофотометры, для анализа _{C 4} углеводородов , особенно для применения в нефтепереработке и производстве бензина.

ДНК

Герти Кори и ее муж Карл Фердинанд Кори получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1947 году в знак признания их работы над ферментами . Они сделали несколько открытий, имеющих решающее значение для понимания углеводного обмена , включая выделение и открытие сложного эфира Кори , глюкозо-1-фосфата и понимание цикла Кори . Они определили, что фермент фосфорилаза катализирует образование глюкозо-1-фосфата, который является начальным и конечным этапом превращения гликогена в глюкозу и глюкозы в крови в гликоген. Герти Кори также была первой, кто показал, что дефект фермента может быть причиной генетических заболеваний человека. Спектрофотометр Beckman DU использовался в лаборатории Кори для расчета концентрации ферментов, включая фосфорилазу.

Другим исследователем, проведшим в 1947 году шесть месяцев в лаборатории Кори, «самом оживленном месте биохимии» того времени, был Артур Корнберг . Корнберг уже был знаком со спектрофотометром DU, который он использовал в Северо Очоа лаборатории в Нью-Йоркском университете . «Новый и дефицитный» Beckman DU, предоставленный Очоа взаймы Американским философским обществом , высоко ценился и постоянно использовался. Корнберг использовал его для очистки аконитазы , фермента цикла лимонной кислоты .

«Фермент можно было протестировать за несколько минут, соединив его с изоцитратдегидрогеназой и измерив образовавшийся НАДН с помощью спектрофотометра Beckman DU, инструмента, который изменил биохимию».

Корнберг и Бернард Л. Хорекер использовали спектрофотометр Beckman DU для ферментных анализов, измеряя НАДН и НАДФН . Они определили их коэффициенты экстинкции, положив начало количественным измерениям в реакциях с участием нуклеотидов . Эта работа стала одной из самых цитируемых статей в области биохимии. Корнберг продолжил изучать нуклеотиды в синтезе ДНК, выделив первый фермент, полимеризующий ДНК ( ДНК-полимераза I ) в 1956 году и получив Нобелевскую премию по физиологии и медицине вместе с Северо Очоа в 1959 году.

Основания ДНК поглощают ультрафиолетовый свет с длиной волны около 260 нм. Вдохновлен работами Освальда Эйвери. Что касается ДНК, Эрвин Чаргафф использовал спектрофотометр DU в 1940-х годах для измерения относительных концентраций оснований в ДНК. На основе этих исследований он сформулировал правила Чаргаффа . В первом полном количественном анализе ДНК он сообщил о почти равном соответствии пар оснований в ДНК: количество гуаниновых единиц равно количеству цитозиновых единиц, а количество адениновых единиц равно количеству тиминовых единиц. Он также продемонстрировал, что относительное количество гуанина, цитозина, аденина и тимина различается у разных видов. В 1952 году Чаргафф встретился с Фрэнсисом Криком и Джеймсом Д. Уотсоном , обсудив с ними свои открытия. Уотсон и Крик опирались на его идеи при определении структуры ДНК.

Биотехнология

Ультрафиолетовая спектроскопия имеет широкое применение в молекулярной биологии , в частности в изучении фотосинтеза . Его использовали для изучения широкого спектра цветковых растений и папоротников. исследователями из отделов биологии, физиологии растений и сельскохозяйственных наук, а также молекулярной генетики.

Новая технология, особенно полезная при обнаружении сопряженных двойных связей, дала возможность таким исследователям, как Ральф Холман и Джордж О. Берр , изучать пищевые жиры, и эта работа имела серьезные последствия для рациона человека. Спектрофотометр DU также использовался при исследовании стероидов. такие исследователи, как Алехандро Заффарони , который помог разработать противозачаточные таблетки , никотиновый пластырь и кортикостероиды .

Более поздние модели

Ультрафиолетовый спектрофотометр Beckman Model DK1

В конечном итоге команда Beckman разработала дополнительные модели, а также ряд аксессуаров и насадок, которые можно было использовать для модификации DU для различных видов работ. Одним из первых аксессуаров была насадка для пламени с более мощным фотоумножителем, позволяющая пользователю исследовать пламя, такое как калий , натрий и цезий (1947 г.).

В 1950-х годах компания Beckman Instruments разработала DR и DK, оба представляли собой двухлучевые ультрафиолетовые спектрофотометры. DK был назван в честь Уилбура И. Кея , который разработал его, модифицировав DU, чтобы расширить его диапазон до ближнего инфракрасного диапазона. Он выполнил первоначальную работу в Tennessee Eastman Kodak , а позже был нанят Beckman Instruments. В ДК появилась функция автоматической записи. В ДК-1 использовалась нелинейная прокрутка, а в ДК-2 — линейная прокрутка для автоматической записи спектров.

В DR был встроен «робот-оператор», который переустанавливал ручки DU для завершения последовательности измерений на разных длинах волн, точно так же, как это делал бы человек-оператор для получения результатов для полного спектра. В нем использовался линейный челнок с четырьмя положениями и надстройка для смены ручек. У него был движущийся самописец для записи результатов с красными, зелеными и черными точками. Цена записывающих спектрофотометров была существенно выше, чем нерегистрирующих машин.

DK был в десять раз быстрее, чем DR, но не так точен. Он использовал фотоумножитель, который вносил источник ошибок. Скорость DK сделала его более предпочтительным, чем DR. В конце концов Кэй разработал DKU, объединив инфракрасные и ультрафиолетовые функции в одном приборе, но он был дороже, чем другие модели.

Последний спектрофотометр с ДУ был выпущен 6 июля 1976 года. К 1980-м годам компьютеры были включены в научные инструменты, такие как спектрофотометр Spectronic 2000 UV-Vis компании Bausch & Lomb, чтобы улучшить сбор данных и обеспечить управление прибором. Сейчас все чаще используются специализированные спектрофотометры, предназначенные для конкретных задач, а не обычные «универсальные машины», такие как ДУ.

Внешние ссылки

• Джениг, Кентон Г. В поисках помощи исторической коллекции Бекмана, 1911–2011 гг. (основная часть 1934–2004 гг.) . Институт истории науки . OCLC   899243886 . Проверено 6 февраля 2018 г. . Ссылки на целевой странице ведут на полные документы.