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DU 분광도계

DU spectrophotometer
DU 분광도계, 국립 기술 연구소, 1947

1941년에 도입된 DU 분광계(DU 분광계)나 벡만 DU는 물질에 흡수된 자외선의 양을 측정하는 상업적으로 실행 가능한 최초의 과학 기구였다.이 분광도계 모델은 과학자들이 다른 파장에서 흡수되는 빛의 패턴인 흡수 스펙트럼에 기초하여 주어진 물질을 쉽게 검사하고 식별할 수 있게 했다.아놀드 O. 벡먼의 국가기술연구소(Later Beckman Instruments)는 DU와 함께 완전한 상업생산으로 옮기기 전에 3개의 사내 시제품 모델(A, B, C)과 1개의 한정 유통 모델(D)을 개발했으며, 1941년부터 1976년까지 약 3만 개의 DU 분광도계를 제작하여 판매했다.

자외선(UV)과 가시 스펙트럼을 모두 측정했기 때문에 UV-Vis 분광도계라고 부르기도 하는 DU 분광도계는 진정한 혁명적인 기술로 인정받고 있다.복합물질의 화학적 성분을 결정하는 기존 방법보다 더 정확한 결과를 도출했으며, 정확한 분석에 필요한 시간을 주 또는 시간에서 분 단위로 대폭 단축했다.벡만 DU는 페니실린과 합성고무의 개발을 포함한 제2차 세계 대전 중 몇몇 중요한 비밀 연구 프로젝트에 필수적이었다.

배경

DU 분광도계가 개발되기 전에, 그것의 성분을 결정하기 위한 시험 표본의 분석은 길고, 비용이 많이 들며, 종종 부정확한 과정이었다.고전적인 습식 실험실은 매우 다양한 복잡한 기구들을 포함하고 있었다.[1]테스트 샘플은 구성 요소를 분리하고 식별하기 위해 어색하고 시간이 많이 걸리는 일련의 정성적 프로세스를 통해 실행되었다.표본에 포함된 구성요소의 정량적 농도를 결정하는 것은 추가 단계를 수반한다.프로세스에는 화학 반응, 침전, 오물 처리 및 용해 기술이 포함될 수 있다.[2]: 150 [3]용해된 철과 같이 알려진 무기물질의 알려진 불순물 농도를 30분 이내에 결정할 수 있었다.[2]: 26 습하고 건조한 방법을 사용하여 엽록소와 같은 복잡한 유기 구조를 결정하는 데는 수십 년이 걸릴 수 있다.[4]: 59–60

가시 스펙트럼에서 전자기 방사선의 흡수를 관측하기 위한 분광 방법은 1860년대에 이미 알려져 있었다.[4]: 65 [5]: 5 과학자들은 매체를 통해 이동하는 빛이 관련 매체의 물질 구성에 따라 다른 파장에서 흡수될 것이라는 것을 관찰했었다.백색 광원은 다양한 주파수에 걸쳐 여러 파장에서 빛을 방출할 것이다.프리즘은 광원을 특정 파장으로 분리하는 데 사용될 수 있다.물질의 샘플을 통해 빛을 비추면 어떤 파장은 흡수되는 반면, 다른 파장은 영향을 받지 않고 계속 전달될 것이다.그 결과로 발생하는 흡수 스펙트럼의 파장은 물질이 관련된 경우 원자 및 분자 구성에 따라 달라질 수 있다.[6][7][8]

분광학적 방법은 물리학자와 천체물리학자들이 주로 사용했다.분광 기법은 화학 수업에서 거의 가르쳐지지 않았고 대부분의 실습 화학자들에게는 생소했다.1904년경부터 런던 악기 제조회사 애덤 힐거의 프랭크 트위먼은 화학자를 위한 분광기 개발을 시도했지만 그의 고객층은 화학자가 아닌 물리학자로 일관했다.[9]: 113–118 1930년대까지 그는 야금의 틈새시장을 발전시켰는데, 그곳에서 그의 악기들은 화학자들이 해결하고 있는 문제들의 종류에 잘 적응했다.[9]: 124

1940년대까지, 학계와 산업 화학자들 모두 생물학적 분자의 구성과 발견과 관련된 문제에 점점 더 관심을 갖게 되었다.단백질과 핵산을 포함한 생물학적 분자는 자외선과 가시 범위 모두에서 빛 에너지를 흡수한다.[10]가시광선의 스펙트럼은 과학자들이 비타민 A와 같은 물질을 검사할 수 있을 만큼 충분히 넓지 않았다.[11]특히 생물학적 물질의 복잡한 샘플의 정확한 특성화를 위해서는 가시광선 외에 스펙트럼의 자외선 및 적외선(IR) 부분의 흡수 주파수를 정확하게 판독해야 한다.Cenco "Spectropotelometer"와 Coleman Model DM Spectropotometer와 같은 기존 기기는 자외선 범위의 파장을 검사하는 데 효과적으로 사용할 수 없었다.[11][12]

가시 스펙트럼을 넘어 자외선을 향해 도달하는 빛 에너지를 측정하기 위해 필요한 장비의 배열은 1940년에 실험실이 막대한 금액인 3,000달러의 비용이 들 수 있다.[2]: 149 다른 파장에서 물질의 흡수 스펙트럼을 보여주는 사진판을 제작하기 위해 샘플을 반복적으로 판독했다.경험 많은 사람은 이것을 알려진 이미지와 비교하여 일치하는 것을 확인할 수 있다.그런 다음 판의 정보를 결합하여 스펙트럼 전체를 보여주는 그래프를 만들어야 했다.궁극적으로 그러한 접근법의 정확성은 사진판의 정확하고 일관된 발달과 인간의 시력 및 파장 판독 연습에 달려 있었다.[2]: 150–151

개발

DU는 미국의 화학자 겸 발명가인 아놀드 오빌 벡먼의 지휘 아래 국립기술연구소(Later Beckman Instruments)에서 개발되었다.[13][14]1940년부터 국립기술연구소는 사내 프로토타입 모델(A, B, C) 3종과 한정된 유통 모델(D) 1종을 개발한 뒤 1941년 DU와 함께 완전 상업 생산으로 전환했다.[5]: 6 벡맨의 연구팀은 하워드 캐리(Howard Cary)가 이끌었고, 그는 벡맨 인스트루먼트사의 강력한 경쟁자 중 하나가 된 응용물리학(Later Cary Instruments)을 공동 설립했다.[15]다른 과학자들은 Roland Hawes와 Kenyon George를 포함했다.[16]

콜먼 인스트루먼트는 최근 시각 스펙트럼(Coleman Model DM)을 검사하기 위해 pH 미터를 광학 포토튜브 장치와 결합한 바 있다.[10]벡먼은 이미 회사의 혁신적인 제품인 용액의 산성도를 측정하는 데 성공한 pH 미터를 개발했다.기존의 전문지식을 바탕으로 한 잠재력을 본 벡맨은 자외선 범위까지 확장되는 특정 파장을 등록하고 보고하는 사용하기 쉬운 통합 기기를 만드는 것을 목표로 삼았다.사진판의 개발이나 흡수 스펙트럼의 파장을 감지하는 인간 관찰자의 시각적 능력에 의존하기보다는, 검출된 특정 파장을 등록하고 보고하는 데 포토튜브를 사용할 것이다.이는 계측기의 정확성과 신뢰성은 물론 속도와 사용 편의성을 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있었다.[2]: 149–151

모델 A(프로토타입)

베크만 분광도계 최초의 시제품인 모델 A는 1940년 국립기술연구소에서 만들어졌다.그것은 유리 페리 프리즘을 단색화기로 사용한 텅스텐 광원을 사용했다.[17]: 16 [18]텅스텐은 강하고 열을 견디며 일정한 빛을 방출하기 때문에 백열 광 필라멘트에 사용되었다.[19]광원의 종류는 그들이 방출하는 빛의 파장 범위에서 달랐다.텅스텐 램프는 가시광선 범위에서는 유용했지만 자외선 범위에서는 커버력이 좋지 않았다.그러나 자동차 전조등으로 사용되기 때문에 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있었다.[17]: 17 벡만 pH 미터의 외부 증폭기와 진공관 광전지를 사용해 파장을 감지했다.[17]: 16

B 모델(프로토타입)

광학 품질 석영 결정

유리 분산 프리즘이 자외선 스펙트럼에서 사용하기에 적합하지 않다는 것을 금방 깨달았다.[2]: 153 [17]: 16 유리는 전자기 방사선을 분산시키기보다는 400 밀리미터 이하의 전자기 방사선을 흡수했다.[20]B 모델에서는 앞의 유리를 석영 프리즘으로 대체했다.[2]: 153 [17]: 16

단색화기를 조정하기 위해 접선 바 메커니즘이 사용하였다.이 메커니즘은 매우 민감했고 숙련된 조작자가 필요했다.[17]: 16 B 모델 시제품은 2개만 제작되었다.하나는 1941년 2월에 로스엔젤레스의 캘리포니아 대학 화학과에 팔렸다.[2]: 153

모델 B 프로토타입은 모델 "B"로도 언급된 분광도계의 이후 생산 모델과 구별되어야 한다.생산 모델 'B'는 1949년 베크만 DU에 비해 가격이 저렴하고 사용이 간편한 대안으로 도입되었으며,[21] 유리로 된 페리 프리즘을 크로마토기로 사용하였으며, 대략 320 밀리미터에서 950 밀리미크론까지, 그리고 5-20 å까지 더 좁은 범위에서 운용되었다.[22]: 183–184 [23][24][25]

모델 C(프로토타입)

그 후 3개의 모델 C 기기가 제작되어 기기의 파장 분해능이 향상되었다.모델 B의 회전 셀 구획은 선형 샘플 챔버로 교체되었다.접선 바 메커니즘은 석영 프리즘을 재설정하고 원하는 파장을 선택하기 위해 보다 정밀하게 제어할 수 있는 스크롤 구동 메커니즘으로 대체되었다.[17]: 16 [10]이 새로운 메커니즘을 사용하면 고도로 숙련된 운영자가 필요 없이 보다 쉽고 안정적으로 결과를 얻을 수 있다.이것은 벡만의 후기 쿼츠 프리즘 악기들의 패턴을 설정했다.[17]: 16 모델B 시제품은 3개만 제작됐지만 한 개는 칼텍에, 나머지 두 개는 식품업계 기업에 각각 판매됐다.[2]: 153

D모델(한정생산)

Cary & Beckman, Quartz 광전 분광도계, 1941년[26]: 687

A, B, C 프로토타입 모델은 모두 판독을 위해 외부 벡만 pH 미터를 광학 부품에 결합했다.모델 D를 개발하면서 벡먼은 pH 미터에서 직접 결합 앰프 회로를 가져다가 광학 부품과 전자 부품을 하나의 하우징에 결합시켜 경제성을 높였다.[10]

모델 D의 프로토타입에서 생산으로 전환하는 데는 어려움이 있었다.벡먼은 원래 분광도계를 위한 석영 프리즘을 만드는 일에 대해 바우쉬와 롬에게 접근했다.그들이 그 기회를 거절했을 때, 국립 기술 연구소는 제어 메커니즘과 석영 프리즘을 포함한 자체적인 광학 시스템을 설계했다.프리즘 생성에 적합한 크고 높은 광학 품질의 석영을 구하기가 어려웠다.그것은 브라질에서 왔고, 전시 라디오 오실레이터에 대한 수요가 있었다.벡먼은 적절한 쿼츠 물자를 얻기 위해 분광도계에 대한 전시 우선 목록을 얻어야 했다.[17]: 17

벡먼은 이전에 텅스텐으로 가능했던 것보다 자외선 범위의 파장에 대한 더 나은 감도를 추구하면서 신뢰할 수 있는 수소 램프의 원천을 찾으려고 시도했었다.1941년 7월에 설명한 것처럼 벡만 분광기(Beckman spectrophotomator)는 "열극음극 수소 방출관" 또는 텅스텐 광원을 서로 교환하여 사용할 수 있었다.[26]: 684–685 그러나 벡만은 여전히 사용 가능한 수소 램프에 만족하지 못했다.국립 기술 연구소는 얇은 유리창에 둘러싸인 양극인 수소 램프를 자체 설계했다.[17]: 17 1941년 12월까지 D 모델의 생산에 사내 디자인이 이용되고 있었다.[2]: 154–155

이 기구의 설계는 또한 당시 상업적으로 구할 수 있었던 것보다 더 민감한 광케이블을 필요로 했다.벡먼은 RCA로부터 첫 번째 모델 D 기구를 위한 실험용 포토튜브의 작은 묶음을 얻을 수 있었다.[17]: 17

실험용 RCA 포토튜브를 이용한 D형 분광도계는 1941년 7월 MIT의 분광학 하계회의에서 보여졌다.캐리와 벡맨이 그곳에서 발표한 논문은 미국 광학학회지에 실렸다.그 속에서 캐리와 벡만은 변형된 자기 충돌 쿼츠 페리 프리즘, 거울 충돌 쿼츠 리트로 프리즘, 그리고 다양한 그라탕의 디자인을 비교했다.[26]: 683 리트로 프리즘은 거울에 비친 얼굴을 한 반프리즘이었다.[18][27]: 31–34 기기 내 빛의 산란을 최소화하기 위해 쿼츠 리트로 프리즘을 단색기로 하는 텅스텐 광원을 사용한 것으로 보고되었다.[26]: 686

모델 D는 실제 생산에 들어간 첫 번째 모델이었다.DU로 대체되기 전인 1941년 7월부터 소수의 모델 D 악기가 판매되었다.[2]: 153–155 [17]: 17–18

모델 DU

분해된 흡수 셀과 광관 구획, Cary & Beckman, 1941[26]: 687

RCA가 실험용 포토튜브에 대한 벡만의 요구를 충족시킬 수 없게 되자, 국립기술연구소는 다시 자체 부품을 사내에 설계해야 했다.[17]: 18 그들은 스펙트럼의 적색과 청색 영역에 민감한 한 쌍의 광튜브를 개발하여 수신한 신호를 증폭시킬 수 있었다.[28]: 230 벡먼의 자외선 민감 광튜브가 통합되면서 모델 D는 모델 DU UV-Vis 분광도계가 되었다.[17]: 18 "UV-Vis" 분광도계로 지정되면 가시광선과 자외선 스펙트럼에서 모두 빛을 측정할 수 있다.[29]

DU는 물질에 흡수된 자외선의 양을 측정하는 상업적으로 실행 가능한 최초의 과학 도구였다.[2]: 148 [5]: 10 그가 pH 미터를 다 썼던 것처럼 벡만은 복잡한 장비들을 하나의 사용하기 쉬운 기구로 교체해 놓았었다.현대 화학 실험실에서 사용된 최초의 완전 통합 기기[17]: 11 또는 "블랙박스" 중 하나로 1941년에 723달러에 팔렸다.[30][12]

일반적으로 명칭의 "DU"는 그것이 기초가 된 모델 D의 경우 "D"와 자외선 스펙트럼의 경우 "U"의 조합으로 추정된다.그러나, "DU"는 또한 "DU"라고 불린 일리노이 대학교 델타 업실론 대학의 벡만의 친목회를 언급할 수도 있다는 제안이 제기되었다.[31]

학술 문헌에 실린 한 간행물은 DU의 광학적 품질을 당대의 또 다른 선도적인 UV-Vis 분광도계인 Cary 14 분광도계에 비교했다.[32]

디자인

모델 DU 분광도계 - 분해 뷰, 벡만 설명서, 1954


1941년부터 단종된 1976년까지 모델 DU 분광도계는 본질적으로 동일한 설계에 기초하여 제작되었다.[12]단일 빔 악기였다.[16]: 11 [33]DU 분광도계는 석영 프리즘을 사용하여 램프에서 빛을 흡수 스펙트럼으로 분리하고 광튜브를 사용하여 스펙트럼 전체의 빛 에너지를 전기적으로 측정했다.이를 통해 사용자는 물질의 광 흡수 스펙트럼을 그래프로 표시하여 화합물의 표준화된 "지문" 특성을 얻을 수 있었다.[2]: 151 [34][35]모든 현대 UV-Vis 분광도계는 DU 분광도계와 동일한 기본 원리에 기초하여 제작된다.[29]


모델 DU 광학 시스템 다이어그램, 벡만 매뉴얼, 1954

"텅스텐 램프로부터의 빛은 응축 거울에 의해 집중되어 빔으로 대각선 슬릿 입구 거울로 향한다.출입구 거울은 입구의 슬릿을 통해 빛을 비껴서 시준기 거울에 대한 단색기 안으로 들어간다.시준 거울에 떨어지는 빛은 평행하게 반사되어 굴절을 겪는 석영 프리즘에 반사된다.프리즘의 뒷면은 알루미늄으로 처리되어 첫 번째 표면에서 굴절된 빛이 프리즘을 통해 반사되어 프리즘에서 나올 때 더 많은 굴절을 겪는다.원하는 빛의 파장은 프리즘의 위치를 조정하는 파장 선택기를 회전시켜 선택한다.스펙트럼은 출구 슬릿과 샘플에 선택된 파장의 중심을 맞춘 시준 거울로 되돌아간다.시료를 통과하는 빛이 광튜브에 닿아 전류 이득을 일으킨다.현재 이득은 증폭되어 null 미터에 등록된다."모델 DU 광학 시스템[36]: 3

계측기의 기본 광원은 텅스텐이었지만 계측기를 사용할 최적의 측정 범위에 따라 수소 또는 수은 램프를 대체할 수 있다.[36]: 3 텅스텐 램프는 320~1000밀리리미터 사이의 파장 투과도에 적합했고, 220~320밀리미터의 수소 램프와 분광계 보정 확인용 수은 램프도 적합했다.[36]: 6


최소 스펙트럼 밴드 폭, 캐리 & 벡만, 1941년

1941년 미국화학회 뉴스 에디션에서 광고한 바와 같이 벡만 분광광도계는 단색광기에 석영결정 프리즘을 사용했는데, 이 프리즘은 자외선(200밀리리미크론)에서 적외선(2000밀리미크론)까지의 범위를 커버할 수 있고, 대부분의 스펙트럼에 대해 2밀리미리크론 이하의 공칭 대역폭을 가지고 있었다.범위. 슬릿 메커니즘은 0.01 ~ 2.0 mm까지 연속적으로 조절할 수 있었고 대부분의 스펙트럼 범위에 걸쳐 표류 빛의 1/10 미만이 있다고 주장했다.그것은 읽기 쉬운 파장 스케일을 특징으로 하며, 전송률과 밀도 정보를 동시에 보고하였다.[37]

샘플 홀더는 최대 4개의 셀을 보유했다.[36]: 3 [37]셀은 외부 조정기를 통해 빛 경로로 이동할 수 있어 사용자가 셀 구획을 열지 않고도 여러 번 판독할 수 있다.[36]: 3 DU의 설명서에 기술된 바와 같이, 표본의 흡광도 측정은 "측정되는 흡수재가 없는 것을 제외하고 표본과 동일한 구성의 용액"[36]: 24 인 블랭크 또는 표준과 비교하여 수행되었다.표준은 증류수와[36]: 24 같은 용매 또는 알려진 농도의 준비된 용매로 채워진 셀일 수 있다.[27]: 30–31 각 파장에서 두 가지 측정을 한다. 샘플과 광선에서의 표준이다.이를 통해 비율, 투과율을 얻을 수 있다.양적 측정의 경우 투과율은 Beer의 법칙에 따라 용액 농도에 비례하는 흡광도로 변환된다.이것은 용해 물질의 양에 대한 정량적 판단을 가능하게 한다.[38]

사용자는 샘플 홀더를 제거하지 않고도 광튜브 사이를 전환할 수 있다.1941년 광고는 빨강, 파랑, 자외선 범위에 대한 최대 민감도를 가진 세 종류의 광튜브를 사용할 수 있음을 나타낸다.[37]

1954년 DU 분광계(DU 분광계)는 200~1000밀리리미크론에서 유용하다고 주장한다는 점에서 차이가 있으며,[36]: 2 자외선 포토튜브는 언급하지 않는다.[36]: 3 그러나 파장 셀렉터는 여전히 200밀리미터에서 2000밀리미터까지 다양했고 "초자외선 액세서리 세트"를 사용할 수 있었다.[36]: 4 [36]: 25 1954년까지 벡만 인스트루먼트사가 별도의 적외선 분광도계를 마케팅하고 있었기 때문에 적외선 측정에 DU를 사용하지 않는 이러한 변화는 이해할 수 있다.벡먼은 제2차 세계대전 당시 IR-1 적외선 분광측정기를 개발해 1953년부터 1956년 사이에 IR-4로 재설계했다.[2]: 165 [39]: 6–7

사용하다

Beckman DU 분광도계 사용 중

벡맨 분광도계는 단일 하우징 내에서 자외선을 흡수하는 분광도계에 필요한 광학성분과 전자성분을 모두 포함하는 최초의 사용하기 쉬운 단일 기기였다.[2]: 153 사용자는 표준 셀과 샘플 셀이 있는 셀 트레이를 삽입하고 원하는 빛의 파장을 다이얼하여 측정하고, 표준을 측정하여 기기가 올바르게 설정되었는지 확인한 다음, 샘플의 흡수량을 측정하여 간단한 미터에서 주파수를 판독할 수 있다.[40]다른 파장의 일련의 판독은 샘플을 방해하지 않고 찍을 수 있었다.[41]DU 분광도계의 수동 스캐닝 방법은 매우 빨라서 분석 시간이 몇 주 또는 몇 시간에서 몇 분으로 단축되었다.[39]: 6 [42] [43]

가시 범위와 자외선 범위 모두 정확했다.[29]스펙트럼의 자외선과 가시영역에서 모두 작용한 DU 모델은 비교적 쉽게 얻을 수 있고 정확하게 복제할 수 있는 정확한 흡수 스펙트럼을 생성했다.[41]국가표준국은 DU의 결과가 정확하고 반복 가능하다는 것을 증명하기 위해 테스트를 실시했고 사용을 권고했다.[2]: 156

다른 장점으로는 높은 해상도와 자외선 부위의 표류광 최소화 등이 있다.[12]비록 싸지는 않았지만, 그것의 초기 가격인 723[12] 달러는 그것을 일반 실험실에서 이용할 수 있게 했다.[44]: 501 이에 비해 1943년 GE 하디 스펙트로포토미터 가격은 6,400달러였다.[39]: 6 실용적이고 신뢰할 수 있는 DU는 실험실 장비의 표준으로 빠르게 자리매김했다.[35]: 141

임팩트

제2차 세계 대전 포스터는 연구원들에게 "당신이 가진 모든 것을 이 일에 바치라"고 격려했다.

"광학 분광학의 돌파구를 모색했다"[5]: 10 는 평가를 받은 벡만 DU는 "화학에 없어서는 안 될 도구"[2]: 207 와 "실험실 기구의 모델 T"[12]로 확인되었다.약 3만 개의 DU 분광도계가 1941년에서 1976년 사이에 제조되어 판매되었다.[5]: 11 [45]

DU는 연구자들이 두 개 이상의 파장에서 신속하게 측정하여 완전한 물질을 설명하는 흡수 스펙트럼을 생성함으로써 물질의 보다 쉬운 분석을 수행할 수 있게 했다.예를 들어 상어 간유의 비타민A 함량을 분석하는 표준 방법은 DU 분광계 도입 전 21일 동안 쥐에게 기름을 먹인 다음 쥐의 꼬리를 잘라 뼈 구조를 검사하는 것이었다.DU의 UV 기술로 상어 간유의 비타민 A 함량을 단 몇 분 만에 직접 결정할 수 있었다.[39]: 6

스크립스 연구소와 매사추세츠 공과대학교는 화학 분석의 정확성과 속도를 모두 향상시킨 DU를 신뢰하고 있다.MIT는 "이 장치는 연구자들이 불과 25%의 정확성 결과에 대해 이전에 요구했던 몇 주가 아니라 몇 분 안에 물질의 99.9%의 정확한 정량적 측정을 수행할 수 있도록 함으로써 영원히 단순하고 능률적인 화학 분석을 가능하게 한다"[42][43]고 밝혔다.

유기 화학자 겸 과학철학자 테오도르 L. 브라운은 그것이 "시료에서 나오는 빛 신호의 측정을 혁명화했다"[46]: 2 고 말한다.노벨상 수상자인 브루스 메리필드는 DU 분광도계를 "생체과학의 발전을 위해 개발된 가장 중요한 도구"라고 칭한 것으로 알려졌다.[12]과학사학자 피터 J. T. 모리스는 1940년대에 DU와 다른 과학기구의 도입을 쿠니아 혁명의 시발점으로 보고 있다.[4]: 80

벡만 회사에게 있어서, DU는 안전한 재정 기반으로 회사를 설립하고 확장을 가능하게 한 세 가지 기초 발명품 중 하나인 pH 미터, DU 분광도계, 헬리콥터 전위차계 중 하나였다.[47]

비타민

분광도계의 개발은 제2차 세계 대전과 미국의 전쟁 노력과 직접적인 관련이 있었다.과학자들이 군인들의 건강을 유지하기 위해 비타민 A가 풍부한 음식을 확인하길 원했기 때문에 건강에 있어 비타민의 역할은 중요한 것이었다.비타민 A 수치를 평가하는 이전의 방법에는 쥐에게 몇 주 동안 먹이를 준 다음 섭취된 비타민 A 수치를 추정하기 위한 조직검사를 수행하는 것이 포함되었다.대조적으로, DU 분광도계로 음식 샘플을 검사한 결과 몇 분 만에 더 좋은 결과가 나왔다.[48]DU 분광도계는 비타민 A와 그것의 전구 카로티노이드 모두를 연구하는데 사용될 수 있었고,[49] 빠르게 분광도 분석의 선호되는 방법이 되었다.[11][50][51]

페니실린

DU 분광도계는 또한 새로운 경이로운 약물 페니실린을 연구하고 생산하는 과학자들에게 중요한 도구였다.[10]페니실린의 개발은 17개 제약회사가 참여한 비밀스러운 국가적 사명이었으며, 제2차 세계대전에 참전하는 모든 미군에 페니실린을 제공한다는 목표를 가지고 있었다.[52]: 312 [53]설파제보다 페니실린이 더 효과적이었고,[52]: 312 그 사용으로 사망률 감소, 장기 상처 외상의 심각성, 회복시간 등이 단축된 것으로 알려졌다.[2]: 158 그러나 그 구조는 이해되지 않았고, 순수한 문화를 창조하기 위해 사용되었던 고립 절차는 원시적이었으며, 알려진 표면 문화 기법을 이용한 생산은 더디게 진행되었다.[52]: 312

일리노이주 피오리아의 북부지역연구소에서 연구원들은 2,000개 이상의 곰팡이(다른 미생물과 마찬가지로) 표본들을 수집하고 조사했다.[54]광범위한 연구팀에는 로버트 코힐, 노먼 히틀리, 앤드류 모이어, 메리 헌트,[55][56][57] 프랭크 H. 스토돌라, 모리스 E가 포함되었다. 프라이드킨.프리드킨은 베크만 DU 분광도계의 초기 모델이 피오리아의 페니실린 연구자들에 의해 사용되었다고 회상한다.[52]: 316 피오리아 연구소는 알렉산더 플레밍이 발견한 원래 형태보다 200배 더 효과적인 우수한 곰팡이 균주를 분리하고 상업적으로 생산하는 데 성공했다.[55]전쟁이 끝날 무렵 미국의 제약회사들은 매달 6500억 개의 페니실린을 생산하고 있었다.[55]제2차 세계 대전 동안 이 지역에서 행해진 많은 작업은 전쟁이 끝날 때까지 비밀로 유지되었다.[2]: 158 [53]

탄화수소

DU 분광도계는 탄화수소의 비판적 분석에도 사용되었다.많은 탄화수소가 전쟁 노력에 관심이 있었다.원유의 탄화수소인 톨루엔은 군사용 TNT 생산에 사용되었다.[2]: 158–159 [17]: 19 합성고무 생산에는 벤젠과 부타디엔이 사용되었다.[58]지프, 비행기, 탱크의 타이어에 사용되는 고무는 미국이 천연고무의 외국 공급으로부터 차단되었기 때문에 심각하게 공급이 부족했다.[2]: 158–159 고무보호구역청은 이 문제를 비밀리에 연구하기 위해 대학과 산업계의 연구자들을 조직했다.[59]합성고무에 대한 수요는 벡만인스트루먼트사가 적외선 분광도계를 개발하게 만들었다.적외선 분광도계는 특히4 석유 정제나 가솔린 생산에 적용하기 위해 C 탄화수소의 분석에 UV-Vis 분광도계보다 더 적합했다.[2]: 159 [4]: 17

효소 분석 및 DNA 연구

게르티 코리와 그녀의 남편인 칼 페르디난드 코리는 효소에 대한 연구를 인정받아 1947년 노벨 생리의학상을 받았다.그들은 코리 에스테르, 포도당 1인산염, 코리 사이클의 이해 등 탄수화물 신진대사를 이해하는 데 중요한 몇 가지 발견을 했다.그들은 인산염 효소가 포도당 1-인산염의 형성을 촉진한다고 결정했는데, 이것은 글리코겐을 포도당으로, 혈당을 글리코겐으로 전환하는 과정의 시작이자 끝 단계다.게르티 코리는 효소의 결함이 인간의 유전 질환의 원인이 될 수 있다는 것을 처음으로 보여준 사람이기도 하다.[60]베크만 DU 분광도계는 코리 실험실에서 인산화효소를 포함한 효소 농도를 계산하는 데 사용되었다.[61]

1947년 당시 생화학에서 가장 활기찬 장소였던 코리 연구소에서 6개월을 보낸 또 다른 연구자는 아서 콘버그였다.[62]콘버그는 뉴욕대 세베로 오초아의 연구실에서 사용했던 DU 분광도계에 이미 익숙했다.미국철학회가 오초아에게 빌려준 '새롭고 희귀한' 베크만 DU는 높은 가치를 인정받았고 지속적으로 사용됐다.콘버그는 그것을 구연산 순환의 효소인 아코니타아제를 정화하는데 사용했다.[62][63]

"이 효소는 이소시트레이트 탈수소효소에 결합하고 생화학물질을 변형시킨 기구인 벡만 DU 분광도계를 사용하여 형성된 NADH를 측정할 때 몇 분 안에 분석될 수 있다."[63]: 113

콘버그와 버나드 L.호레커는 NADH와 NADPH를 측정하는 효소 분석에는 벡만 DU 분광도계를 사용했다.그들은 핵분열 반응에서 정량적 측정의 기초를 확립하면서 그들의 소멸 계수를 결정했다.이 작품은 생화학에서 가장 많이 인용된 논문 중 하나가 되었다.[63]: 115 콘버그는 계속해서 DNA 합성에서 뉴클레오티드를 연구하여 1956년 최초의 DNA 중합 효소(DNA 중합효소 I)를 분리하고 1959년 세베로 오초아와 함께 노벨 생리학 또는 의학상을 받았다.[64]

DNA의 기초는 거의 260nm에 가까운 자외선을 흡수했다.[10]오스왈드 에이버리의[65] DNA에 대한 연구에서 영감을 받은 에르윈 샤르가프는 1940년대에 DNA에 있는 염기들의 상대적 농도를 측정하는 데 DU 분광도계를 사용했다.[66]: 260, 290–302 그는 이 연구를 바탕으로 샤르가프의 규칙을 공식화했다.[67]그는 DNA에 대한 첫 번째 완전한 정량 분석에서 구아닌 단위 수는 시토신 단위 수와 같고, 아데닌 단위 수는 티민 단위 수와 동일하다고 보고하였다.그는 또한 구아닌, 시토신, 아데닌, 티민 등의 상대적인 양이 종마다 다르다는 것을 증명했다.1952년에 Chargaff는 Francis Crick과 James D를 만났다. 왓슨, 그의 발견에 대해 그들과 상의하고 있어.왓슨과 크릭은 DNA 구조를 결정하는데 있어서 그의 생각을 바탕으로 했다.[67]

생명공학

자외선 분광학은 분자 생물학, 특히 광합성 연구에 폭넓게 적용할 수 있다.[68]분자 유전학뿐만 아니라 생물학, 식물 생리학, 농업 과학 분야의 연구자들에 의해 다양한 꽃 식물과 양치류들을[69] 연구하기 위해 사용되어 왔다.[70]

특히 결합된 이중 결합을 검출하는데 유용한 이 새로운 기술은 랄프 홀먼이나 조지 오 같은 연구자들에게 그것을 가능하게 했다. 인간의 식단에 중요한 영향을 미치는 일인 식이 지방을 연구하기 위해서입니다.[71]DU 분광도계는 알레한드로 자파로니와 같은 연구자들이 스테로이드[72][73] 연구에도 사용되었는데,[74] 그는 피임약, 니코틴 패치, 코르티코스테로이드의 개발에 도움을 주었다.[75]

후기 모델

벡먼 모델 DK1 자외선 분광계

벡맨 팀은 결국 다른 유형의 작업에 대해 DU를 수정하는 데 사용될 수 있는 많은 부속품이나 부속품뿐만 아니라 추가 모델을 개발했다.첫 번째 부속품 중 하나는 칼륨, 나트륨, 세슘과 같은 불꽃을 검사할 수 있도록 더 강력한 광 증배수를 가진 불꽃 부착이었다.[16]: 11 [28]: 230

1950년대에 벡만 인스트루먼트는 DR과 DK를 개발했는데, 둘 다 이중 빔 자외선 분광계였다.DK는 Wilbur 1세의 이름을 따서 명명되었다. 근적외선까지 범위를 넓히기 위해 DU를 개조해 개발한 케이.[16]그는 테네시 이스트만 코닥에 있을 때 초기 작업을 했고, 후에 벡만 인스트루먼트에 고용되었다.[76]DKs는 자동 녹음 기능을 도입했다.DK-1은 비선형 스크롤을, DK-2는 선형 스크롤을 사용해 스펙트럼을 자동으로 기록한다.[76]: 21

DR은 인간 운영자가 전체 스펙트럼에 대한 결과를 생성하는 것처럼 다른 파장에서 일련의 측정을 완료하기 위해 DU의 노브를 재설정하는 "로봇 연산자"를 통합했다.4개의 위치를 가진 선형 셔틀과 손잡이를 바꾸는 상부 구조를 사용했다.그것은 빨간색, 녹색, 검은색 점으로 결과를 표시하기 위해 움직이는 차트 레코더를 가지고 있었다.[16]분광도계 녹화 가격은 미녹음 기계보다 현저히 높았다.[72]

DK는 DR보다 10배 빨랐지만 정확하지는 않았다.[16]그것은 오류의 근원을 도입한 광전자 증배기를 사용했다.[76]: 21 DK의 속도는 Kaye [16]박사에 우선하여 결국 적외선과 자외선 기능을 하나의 기기에 결합하여 DKU를 개발하였지만, 다른 모델에 비해 가격이 비쌌다.[76]

마지막 DU 분광도계는 1976년 7월 6일에 제작되었다.[77]1980년대까지 컴퓨터는 데이터 수집을 개선하고 계측기 제어를 제공하기 위해 바우슈 & 롬의 스펙트로닉 2000 UV–Vis 분광기계와 같은 과학 기기에 통합되고 있었다.[29]DU와 같은 일반적인 "만능 기계"보다는 특정 업무를 위해 설계된 특수 분광도계를 사용하는 경향이 있다.[5]: 1 [78]

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