<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN">
<HTML><HEAD><TITLE>Re: [RASMB] interference optics</TITLE>
<META http-equiv=Content-Type content="text/html; charset=us-ascii">
<META content="MSHTML 6.00.6000.16609" name=GENERATOR></HEAD>
<BODY>
<DIV dir=ltr align=left><SPAN class=257495018-07042008><FONT face=Arial 
color=#0000ff size=2>Arthur,</FONT></SPAN></DIV>
<DIV dir=ltr align=left><SPAN class=257495018-07042008><FONT face=Arial 
color=#0000ff size=2></FONT></SPAN> </DIV>
<DIV dir=ltr align=left><SPAN class=257495018-07042008><FONT face=Arial 
color=#0000ff size=2>I was referring to non-ideality in general, not to ks 
values or any specific model or parameterization to try to deal with it. Yes, of 
course, at high concentrations you can still assign a sedimentation 
coefficient to at least the main component, and using ks is an approach to 
handling the concentration dependence that has a long history. My 
remarks were really more addressed to the biotech crowd, where people would like 
to quantify low levels of aggregates in samples at concentrations even much 
higher than 10 mg/mL, which I view as pretty problematic.</FONT></SPAN></DIV>
<DIV dir=ltr align=left><SPAN class=257495018-07042008><FONT face=Arial 
color=#0000ff size=2></FONT></SPAN> </DIV>
<DIV dir=ltr align=left><SPAN class=257495018-07042008><FONT face=Arial 
color=#0000ff size=2>But with respect to Johnston-Ogston effects in 
multi-component solutions, could you be more specific about which theory for 
two-component systems you are talking about, and give us references? As I recall 
the Fujita book discusses some work by Trautman and co-workers in the early 
1950's. Since it sounds like you are up on the quantitative aspects, if its not 
a lot of trouble could you give us a ballpark estimate of the error in 
estimating dimer content due to J-O say for a solution at 10 mg/mL total protein 
concentration that is 20% dimer?</FONT></SPAN></DIV>
<DIV dir=ltr align=left><SPAN class=257495018-07042008><FONT face=Arial 
color=#0000ff size=2></FONT></SPAN> </DIV>
<DIV dir=ltr align=left><SPAN class=257495018-07042008><FONT face=Arial 
color=#0000ff size=2>Also, are you aware of any texts or reviews covering 
these J-O effect things in the last 10-20 years? The reality is that the 
older literature is very hard for many people to access.</FONT></SPAN></DIV>
<DIV dir=ltr align=left><SPAN class=257495018-07042008><FONT face=Arial 
color=#0000ff size=2></FONT></SPAN> </DIV>
<DIV dir=ltr align=left><SPAN class=257495018-07042008><FONT face=Arial 
color=#0000ff size=2>John</FONT></SPAN></DIV><BR>
<DIV class=OutlookMessageHeader lang=en-us dir=ltr align=left>
<HR tabIndex=-1>
<FONT face=Tahoma size=2><B>From:</B> Arthur Rowe 
[mailto:arthur.rowe@nottingham.ac.uk] <BR><B>Sent:</B> Monday, April 07, 2008 
4:55 AM<BR><B>To:</B> jphilo@mailway.com; farisaka@bio.titech.ac.jp; 
rasmb@server1.bbri.org<BR><B>Subject:</B> Re: [RASMB] interference 
optics<BR></FONT><BR></DIV>
<DIV></DIV>
<BLOCKQUOTE><FONT color=#800000>Hi Fumio/John (and everybody)<BR><BR>Just one 
  or two points about working at high concentrations using interference optics. 
  Mostly things which (as John says) are to be found in the 
  archives:<BR><BR><B>1. The 'Wiener skewing' issue - and the level of 
  c-gradient you can cope with<BR></B><BR>There is actually no limit on the the 
  gradient in refraction which you can cope with, provided that<BR>(i) the 
  fringes are not so close together that they cannot be resolved<BR>(ii) the 
  Rayleigh optics are accurately focussed on the two-thirds plane of the 
  cell.<BR><BR>The first of these two conditions is quite restricting - but 
  clearly there is no danger of getting misleading output, as the data 
  acquisition will simply fail.<BR><BR>The second condition is more troublesome, 
  and it needs a little understanding of the basic principles of Rayleigh 
  interference optics to sort out what it might mean. So - here goes.<BR><BR>To 
  start off, we tend to assume that there exists a simple, linear relationship 
  between the change in optical path length (delta-S) arising from a given, 
  solute caused increment in refraction (n-n(0)). 
  i.e.<BR><BR>   delta-S = a(n-n(0)) 
         where a is the length of the 
  solution /solvent traversed within the cell<BR><BR>Alas, as Svensson (1954) 
  showed, it is not that simple. The full equation 
  is<BR><BR>   delta-S = a(n-n(0))  + [ O(2) term ] 
    +  {a^3(dn/dr)^2(2 - 3r)}/6n(0)<BR><BR>where 0<r<1 
  defines the plane of focus used, as a fraction of the distance between front 
  and back planes of the solution/solvent column. Clearly, if the optics are 
  focussed such that r = 2/3 (i.e. on the 'two-thirds plane) then the simple 
  equation, rather analogous to Beer's Law in absorption optics, holds. 
  <BR><BR>Well - except for that O(2) term. Which becomes zero IF YOU FOCUS ON 
  THE MID-PLANE OF THE CELL. Alas. But all that term does if non-zero is to 
  cause the fringes to fuzz a bit, to an extent that one can live with. 
  <BR><BR>Conclusion: if one is using conventional 12 mm cells, and the optics 
  are focussed on the two-thirds plane, then all you need to do is to keep the 
  speed down to the level where the fringes are not so bunched that you cannot 
  resolve them. Which (in very hand-waving terms) tends in our experience to 
  mean SV up to a few mg/ml, SE up to a few tens of mg/ml.<BR><BR>But what if 
  you use 3 mm path length cells instead of 12 mm? Ignoring (for the moment) the 
  effects of change in optical path length arising from substituting 9 mm of 
  vacuum for 9 mm of aqueous solution, we note that if we leave the optics 
  un-touched (focussed on the two-thirds plane, i.e. 2 mm beyond mid-plane), 
  then the r-term to go into the Svensson equation is un-defined, the plane of 
  focus now being 1 mm beyond the 'lower' window face! Perhaps this may not 
  matter too much. After all, by lowering a by a factor of 4, the ratio of the 
  (error-causing) O(3) term to the O(1) term is lowered by 4^2, i.e 16-fold. But 
  it would be nice if someone could do the optical physics necessary for a 
  complete reassurance on the issues raised.<BR><B><BR>2. What you can do with 
  data from high concentration solutions?<BR></B><BR>As John says, there is a 
  current problem with any full and rigorous analysis of SV of a (say) 10 mg/ml 
  protein solution. But - getting an 'operational' s(c)-value is simple enough, 
  as any lack of theoretical rigour in fitting* is counter-balanced by the 
  self-sharpening effect, which actually makes it quite difficult to get an 
  equivocal value. And, in the absence of significant charge effects at least, 
  there is simple theory to define the hydrodynamic ks term (John - is that a 
  typo of yours? Unlike the c-dependence of diffusion, you do not need to add on 
  a 'thermodynamic' term). The analytical equation for c-dependence is simple 
  enough - see my chapter in the 1992 Book - and it agrees exactly for spheres 
  with the rigorous numerical solution from the fluid dynamics people - "The 
  sedimentation rate of disordered suspensions"  Brady, John F.; Durlofsky, 
  Louis J. Physics of Fluids 1988 31 717-727. The use of the analytical equation 
  has various uses, e..g. it enables one to sort out reversible monomer-dimer 
  equilibria in the presence of ks effects, see e.g. Patel <U>et al</U>( 2007) 
  Weak Self-Association in a Carbohydrate System  Biophysical Journal 93 
  741-749.<BR><BR>Quite true, of course, that Johnston-Ogston effects can 
  complicate life for finding the % composition of mixtures of several 
  components, but the calculation of the necessary correction for simple 
  2-component mixtures is straightforward enough - and the correction often 
  trivially small unless the s values are rather close together. And as the J-R 
  theory has found application in the great wide world outside of the AUC, 
  surely someone has ways of correcting for the effect in n-component 
  mixtures?<BR><BR><FONT size=2>*nice point as to which approach is the best to 
  use<BR></FONT><BR>Best wishes to 
all<BR><BR>Arthur<BR><BR><BR></FONT></BLOCKQUOTE><FONT 
color=#800000>--<BR>*******************************************************<BR>Arthur 
J Rowe<BR>Professor of Biomolecular Technology<BR>NCMH Business 
Centre<BR>University of Nottingham<BR>School of Biosciences<BR>Sutton 
Bonington<BR>Leicestershire LE12 5RD   UK<BR><BR>Tel: 
       +44 (0)115 951 
6156<BR>           +44 
(0)116 271 4502<BR>Fax:        +44 (0)115 951 
6157<BR>email: 
     arthur.rowe@nottingham.ac.uk<BR>Web: 
       www.nottingham.ac.uk/ncmh/business<BR>*******************************************************<BR></FONT><BR><FONT 
color=#800000><BR><BR></FONT>
<BLOCKQUOTE><BR><FONT size=2>Fumio,<BR><BR>There is a limit on the maximum 
  gradient that can be measured (fringes/mm) due to Weiner (? spelling) skewing, 
  and you are exceeding that limit.  As Ariel said you should switch to 3 
  mm centerpieces, and then at some point to get to higher concentrations you 
  would have to drop the rotor speed too to broaden the boundaries. If you look 
  through the old RASMB postings you will find a number of excellent posts from 
  others about Weiner skewing and proper optical alignment to minimize 
  distortion of strong gradients.<BR><BR>But probably the more important 
  question is what are you going to be able to do with such data even if you 
  collect it? Remember, in velocity there is hydrodynamic non-ideality as well 
  as thermodynamic non-ideality, so the non-ideality effects will kill you at 
  much lower concentrations than in equilibrium. To my knowledge the only model 
  available to analyze a velocity experiment at 10 mg/mL is a single non-ideal 
  species. At high concentrations you cannot even correctly measure the 
  fractions of different components (e.g. aggregates) in a multi-component 
  mixture due to the Johnston-Ogston effect.</FONT> <BR><BR><FONT 
  size=2>John</FONT> <BR><BR><FONT size=2>-----Original Message-----<BR>From: 
  rasmb-bounces@rasmb.bbri.org [mailto:rasmb-bounces@rasmb.bbri.org] On Behalf 
  Of Fumio Arisaka<BR>Sent: Saturday, April 05, 2008 4:20 AM<BR>To: 
  rasmb@server1.bbri.org<BR>Subject: [RASMB] [Fwd: interference 
  optics]<BR><BR>Dear RASMBers,<BR><BR>This concerns measurement of high 
  concentrations of IgG with interference optics. I have not much experience 
  with IF, but have started to use it for the necessity to measure high 
  concentration samples. Concentrations less than 5 mg/mL had no 
  problem.<BR>Attached jpg file is to show the problem at 10mg/mL. Somehow, the 
  boudaries tend to go horizontally before reaching the plateau.<BR><BR>I 
  thought this was due to the misalignment of optics or something, because the 
  fringe pattern is not so good as I expect, but the BeckmanCoulter person who 
  came to fix it could not make it better.<BR><BR>I would like to know what is 
  the common highest concentration that you could measure by IF. As I understand 
  one could measure SE at higher concentrations than 100 mg/mL, but when the 
  boundary gets too steep in SV measurement, the fringes get too much squeezed 
  to count precisely.<BR><BR>Any comments and advice are highly 
  appreciated.<BR><BR>Best wishes, 
  Fumio<BR><BR><BR><BR><BR></FONT><BR><TT>_______________________________________________<BR>RASMB 
  mailing 
  list<BR>RASMB@rasmb.bbri.org<BR>http://rasmb.bbri.org/mailman/listinfo/rasmb<BR><BR></TT></BLOCKQUOTE><TT><BR></TT><BR>
<P>This message has been checked for viruses but the contents of an attachment 
may still contain software viruses, which could damage your computer system: you 
are advised to perform your own checks. Email communications with the University 
of Nottingham may be monitored as permitted by UK legislation. 
</P></BODY></HTML>