Industrie & Technik

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Die Größen von Proteinen und Proteinkomplexen variieren von zehntel Nanometern bis hin zu mehreren hundert Nanometern. Diese können wiederum Aggregate aus bis zu mehreren tausend Proteinen bilden. Um die Größe solcher Proteinagglomerate und ihre Verteilung zu bestimmen, ist die statische Laserbeugung ein etabliertes Verfahren.<h2>Charakteristische Beugungsmuster</h2>Bei der statischen Laserbeugung sind die Partikel in einem Strahlengang, der von einem Laser durchstrahlt wird. Trifft er auf Partikel, wird sein Licht gestreut. Die entstehenden Beugungsmuster sind charakteristisch für die Größe der Partikel. Mit abnehmender Partikelgröße wächst der Beugungswinkel.Shimadzu hat für die Untersuchung von Proteinsuspensionen den Aggregates Sizer entwickelt. Er hat einen Messbereich von 7 nm bis 800 µm. 78 einzelne Detektorelemente erfassen die Lichtverteilung des erzeugten Beugungsmusters.Den Lichtdetektor, der das Beugungsmuster mit 78 Lichtsensoren erfasst, liest das Gerät in einem Takt von 0,145 Sekunden aus. Der einfache optische Aufbau (Abbildung 1) besteht aus einem ein Laser und einem großen Detektor, sodass einzelne Messungen maximal 1 Sekunde dauern. Weitere sechs Detektorelemente messen die Seitwärts- und Rückwärtsstreuung vor der Messküvette. Die Rohdaten mit der Lichtverteilung auf den Sensorelementen zeigt Abbildung 2.<figure><img src="https://media.graphcms.com/8osdAqrZQXm50pKjJUEg"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Funktionsprinzip der statischen Laserbeugung.</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/IBUlCd7R2K9evLlpOJR2"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Rohsignal der statischen Laserbeugung: Lichtverteilung auf den einzelnen Sensor-Elementen, hier eine Lysozym-Suspension.</figcaption></figure>
<h2>Auflösung und Fourier-Optik</h2>Der optische Aufbau entspricht der Fourier-Optik. Hierbei wird die Probe im parallelen Lichtstrahl gemessen, bevor eine weitere Linse das Beugungsmuster fokussiert. Der Vorteil dieser Optik liegt in einer besseren Auflösung als bei der in anderen Geräten verwendeten Reverse-Fourier-Optik.Um eine Proteinsuspension zu messen, stehen zwei Messzellen mit unterschiedlichen Volumina zur Verfügung: Die Batch-Cell ist eine statische Küvette mit einem Füllvolumen von 5 mL und einer integrierten Rührplatte, welche die Partikel in der Schwebe hält. Die Messzelle SALD-HC75 hat ein Füllvolumen von 0,5 mL, ist also für solche Proteine gedacht, die aufgrund des aufwendigen Herstellungsverfahrens besonders teuer sind und von denen nur die notwendigste Menge für die Messung eingesetzt werden soll.<h2>Beispiel Lysozym-Suspension</h2>Abbildung 3 zeigt die Messung zweier unterschiedlicher Lysozym-Suspensionen. Das Rohsignal ist die Lichtverteilung auf den einzelnen Detektorelementen (Abbildung 2). Die Software stellt sie durch grüne Balken dar, entsprechend der Lichtintensität auf den Sensorelementen, und berechnet daraus die Partikelgrößenverteilungen. Erkennbar sind die unterschiedlichen Größenbereiche der beiden Suspensionen.<figure><img src="https://media.graphcms.com/34P2I3QQ6iejqwiiUk3g"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Partikelgrößenverteilung zweier unterschiedlicher Lysozym-Suspensionen.</figcaption></figure>
Eine spezielle Funktion in der Software macht das Fortschreiten einer Agglomeration sichtbar. Dazu nimmt das Gerät bis zu 200 Partikelgrößenverteilungen im Takt von 1 Sekunde bis hin zu 5 Minuten automatisch auf und speichert sie. So lassen sich Proteinsuspensionen bis zu 15 Stunden lang automatisch vermessen. Zudem gibt es hier die Möglichkeit, die Partikel zu quantifizieren, die nur zwischen 100 nm und 10 µm groß sind.Sascha Hupach ist seit dem Jahr 2008 Produktspezialist für Partikelgrößenanalyse, TOC und Summenparameter bei Shimadzu Deutschland in Duisburg. <a href="mailto:info@shimadzu.de">info@shimadzu.de</a>

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Proteine und Partikelgröße

undefined Die Größen von Proteinen und Proteinkomplexen variieren von zehntel Nanometern bis hin zu mehreren hundert Nanometern. Diese können wiederum Aggregate aus bis zu mehreren tausend Proteinen bilden. Um die Größe solcher Proteinagglomerate und ihre Verteilung zu bestimmen, ist die statisch...

Bildung & Gesellschaft

Verblüffendes, Skurriles, Informatives, fast Vergessenes: Die Serie Zahlenstatistik des Monats liefert Fakten aus 150 Jahren – in diesem Monat zur Chemie im Alltag.
<figure><img src="https://media.graphcms.com/AyoKQaDRxuWnYJRn98G3"><figcaption><label>Abb. 1: </label></figcaption></figure>
Grad Celsius an der Luft hält die Legierung aus 80 Prozent Nickel und 20 Prozent Chrom stand, die Albert L. Marsh 1906 patentierte. Ab 1909 wurden aus Chromel Heizdrähte für den neu erfundenen Toaster hergestellt.<figure><img src="https://media.graphcms.com/kIYJoEt0TZeLyFG001P0"><figcaption><label>Abb. 2: </label></figcaption></figure>
gelang Wilhelm Haarmann zum ersten Mal die Synthese von Vanillin, und zwar aus Coniferin, das im Rindensaft von Nadelbäumen vorkommt. Synthetisches Vanillin, der mengenmäßig wichtigste Aromastoff weltweit, steckt unter anderem im Vanillepudding von Dr. Oetker. Dieser Kochpudding ist der beliebteste und seit dem Jahr 1894 im Sortiment des Herstellers.<figure><img src="https://media.graphcms.com/UTfJ072MRp2AtnKv6frx"><figcaption><label>Abb. 3: </label></figcaption></figure>
präsentierte die Internationale Feuerlösch-Gesellschaft in Berlin den ersten Schnell-Trocken-Feuerlöscher mit einem Druckgas als Löschmittel. Bis dahin waren drucklose Feuerlöscher mit Tetrachlorkohlenstoff gefüllt, das noch bis in die 1950er Jahre für Brände von Flüssigkeiten und elektrischen Anlagen eingesetzt wurde.<figure><img src="https://media.graphcms.com/e0zQTjPVT2UGNwVCyuqC"><figcaption><label>Abb. 4: </label></figcaption></figure>
kam der Tintenkiller auf den Markt, ein mit einem Reduktionsmittel wie Natriumdithionit- oder Natriumsulfitlösung getränkter Faserstift, der blaue Tinte bleicht. Lösungen mit ähnlicher Funktion gab es bereits ab dem Jahr 1901. Schüler wissen: Nach einiger Zeit an der Luft wird die ursprüngliche Schrift wieder sichtbar.<figure><img src="https://media.graphcms.com/EysLb0TRaijQKSwYUWQQ"><figcaption><label>Abb. 5: </label></figcaption></figure>
Gramm des Pyrethroids Empenthrin enthält Mottenpapier heute pro Kilogramm. Früher verbreiteten Mottenkugeln den typischen Geruch nach Naphthalin, der Motten verscheucht – denn anders als Pyrethroide wirkt es nicht besonders insektizid. Seit dem Jahr 2008 ist in der EU Naphthalin in Mottenkugeln verboten.<figure><img src="https://media.graphcms.com/So9qw953QwKrkFLj1pqk"><figcaption><label>Abb. 6: </label></figcaption></figure>
Milliarden Euro sind die Fünf-Pfund-Noten wert, die letztes Jahr in England eingeführt wurden. Ihre Besonderheit: Sie sind aus einem Polymer. Welches, darüber schweigt die Bank of England. Nur so viel: Die Banknoten schrumpfen bei 120 Grad Celsius, dürfen also nicht gebügelt werden. Seit Mitte September sind auch die Zehn-Pfund-Noten aus Kunststoff.<figure><img src="https://media.graphcms.com/ItP39BU4R4mgqrkjtX3p"><figcaption><label>Abb. 7: </label></figcaption></figure>
Prozent Harnstoff enthält Adblue. Die wässrige Lösung kauft der Dieselfahrer für aktuell mehr als 1 Euro pro Liter an der Tankstelle und schüttet sie in den Tank mit dem blauen Einfüllstutzen. In der richtigen Menge dosiert (das regelt die Software), reagiert sie in der Abgasreinigungsanlage mit Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser. Nach dem Weltmarktpreis für Harnstoff liegt der Wert von Adblue übrigens nicht höher als 6 Cent pro Liter.<figure><img src="https://media.graphcms.com/Io2B6hPvTvq4BtrSqDvG"><figcaption><label>Abb. 8: </label></figcaption></figure>
bis 660 Milligramm lineare Alkylbenzolsulfonate finden sich in einem Kilogramm Hausstaub und gehören damit zu den Chemikalien mit höherem Anteil. Seit dem Jahr 1964 ersetzen diese biologisch abbaubaren Tenside in Waschmitteln das Tetrapropylenbenzolsulfonat, eine schwer abbaubare Substanz, die zu Schaumbergen auf Flüssen führte.<figure><img src="https://media.graphcms.com/LKKPp06CR7SCEXeBxt6y"><figcaption><label>Abb. 9: </label></figcaption></figure>
bis 30 Gramm ist die tödliche Dosis Coffein für einen Menschen. 125 Milligramm stecken in einer Tasse Kaffee. Ludwig Roselius vermutete, sein Vater habe sich durch seinen Kaffeekonsum vergiftet. Daher entwickelte er das erste Entcoffeinierungsverfahren – mit Benzol als Extraktionsmittel – und meldete es im Jahr 1906 zum Patent an.<figure><img src="https://media.graphcms.com/5JgE5rPBTiKdrhbWJMLc"><figcaption><label>Abb. 10: </label></figcaption></figure>
Milligramm 4-(Dimethylamino)azobenzol, besser bekannt als Buttergelb, durfte in Deutschland ein Pfund Butter enthalten. Im Jahr 1949 verbot die Frankfurter Verwaltung für Ernährung und Landwirtschaft endgültig, Molkereierzeugnisse mit chemischen Farbstoffen zu färben. Wenige Wochen vorher hatte der Biochemiker Adolf Butenandt über die krebserregende Wirkung von Buttergelb berichtet: 10 mg täglich führten bei Ratten nach 100 Tagen zu Lebertumoren.<figure><img src="https://media.graphcms.com/ajuAaewQFWor0VPYgo1w"><figcaption><label>Abb. 11: </label></figcaption></figure>

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Proteine und Partikelgröße

Charakteristische Beugungsmuster

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