El espectrofotómetro DU o DU Beckman fue el primer instrumento científico que estuvo comercialmente disponible para medir la cantidad de luz absorbida por una sustancia. Este modelo de espectrofotómetro permitió a los científicos examinar e identificar fácilmente sustancias específicas basados en su espectro de absorción, el patrón de luz absorbida a diferentes longitudes de onda. Los Laboratorios Técnicos nacionales (después Beckman Instrumentos) desarrollaron tres modelos de prototipos hechos en casa (A, B y C) y un modelo de distribución limitada (D) antes de empezar con la producción total del DU, el cual fue introducido en 1941. Aproximadamente 30000 espectrofotómetros DU se produjeron y vendieron entre 1941 y 1976.
Midiendo ambos el espectro visible y ultravioleta, el modelo de espectrofotómetro DU produjo resultados más precisos, y redujo sustancialmente el tiempo necesario para determinar precisamente la composición química de una sustancia compleja de semanas a horas o minutos.
El espectrofotómetro DU Beckman Ultravioleta-Visible (UV-Vis) fue esencial para la investigación de diversos proyectos secretos durante la Segunda Guerra Mundial. Schmidt otorga crédito a este diciendo que "proporcionó un adelanto en la espectroscopia óptica". Ha sido identificado como uno de los "instrumentos más esenciales" de la ciencia de la posguerra, y "probablemente el instrumento más importante que se ha desarrollado para el avance de la biociencia".
Desarrollo El DU fue desarrollado en los Laboratorios Técnicos Nacionales (después Beckman Instrumentos) bajo la dirección de Arnold Orville Beckman, un químico e inventor americano. El equipo de investigación de Beckman fue guiado por Howard Cary, quien fue cofundador de la Corporación de Física aplicada (después Cary Instrumentos), se convirtió en uno de los más fuertes competidores de Beckman. Otros científicos participantes fueron Roland Hawes y Kenyon George.
Los métodos espectroscópicos para observar la absorción en el espectro visible fueron utilizados desde 1860. En 1940, el equipo necesario para medir la energía luminosa en el espectro visible podía costarle a un laboratorio hasta $3000, una cantidad muy elevada. Equipos complicados tenían que ser armados, y las pruebas a las muestras eran realizadas mediante difíciles y largos procesos para separarlas en componentes analizables. Además, el espectro de la luz visible no era lo suficientemente amplio para permitir a los científicos examinar sustancias como la vitamina A.
Beckman ya había desarrollado un sensor de pH para medir la acidez de las soluciones. Coleman Instrumentos unió un sensor de pH con un foto tubo óptico para examinar el espectro visible (modelo DM de Coleman). Los foto tubos podían registrar y reportar longitudes de onda específicas, en lugar de depender de la habilidad visual del observador, o el desarrollo de un plato fotográfico para detectar longitudes de onda. Beckman logró una meta al crear un instrumento de fácil uso extendido al rango ultravioleta.
Modelo A El primer prototipo de espectrofotómetro Beckman, el modelo A, fue creado en los Laboratorios Técnicos Nacionales en 1940. Utilizaba tungsteno como fuente de luz con un prisma de Fery de cristal como monocromador. Un amplificador externo del sensor de pH Beckman y un tubo de vacío con celda fotoeléctrica eran usados para detectar la longitud de onda.
Modelo B thumb|Cristales de cuarzo con calidad óptica Rápidamente se dieron cuenta de que el prisma de cristal no era apto para el uso con el espectro ultravioleta, y por ello se sustituyó con un prisma de cuarzo, resultando en el Modelo B. En el modelo B, un mecanismo con barra tangente se utilizaba para ajustar el monocromador. El mecanismo era altamente sensible y requería un operador calificado.
Modelo C Tres nuevos instrumentos para el modelo C fueron construidos, mejorando la resolución de la longitud de onda. El compartimento rotatorio de celdas del modelo B fue reemplazado con una cámara lineal. El mecanismo de barra tangente se reemplazó con un mecanismo de accionamiento de desplazamiento, el cual se controlaba con mayor precisión al reajustar el prisma de cuarzo y seleccionar la longitud de onda deseada. Con este nuevo mecanismo los resultados se obtenían de forma más fácil y confiable, sin necesidad de ser utilizado por un experto. Esto fue el inicio de todos instrumentos con prismas de cuarzo de Beckman.
Modelo D Los modelos A, B y C tenían un sensor de pH Beckman externo unido al componente óptico para obtener las lecturas. Durante el desarrollo del modelo D, Beckman utilizó un circuito amplificador DC del sensor de pH y lo combinó con componentes ópticos y electrónicos en una caja, haciéndolo más económico. Además, el modelo D utilizaba una lámpara de hidrógeno como fuente de luz y no de tungsteno. Pasar del prototipo a la producción del modelo D implicó diversas dificultades. Beckman originalmente se dirigió con Baush y Lomb para hacer el prisma de cuarzo para el espectrofotómetro. Cuando ellos rechazaron la oportunidad, los Laboratorios Técnicos Nacionales diseñaron su propio sistema óptico, incluyendo el mecanismo de control y el prisma de cuarzo. Obtener los prismas de cuarzo con alta calidad óptica y del tamaño adecuado fue una tarea ardua. Los osciladores de radio venían desde Brasil y estaban en demanda por la guerra. Beckman tuvo que presentar una lista de prioridades por tiempos de guerra, con la finalidad de obtener los suministros adecuados de cuarzo para el espectrofotómetro.
La compañía diseñó su propia lámpara de hidrógeno para el modelo D, incluyendo un ánodo en una delgada ventana de vidrio soplado. De la misma forma, el diseño del instrumento necesitó un fototubo con mayor sensibilidad que aquellos que estaban disponibles comercialmente en ese tiempo. Beckman obtuvo pequeños lotes de un fototubo experimental de la RCA para el primer modelo D. El espectrofotómetro modelo D, utilizando el fototubo experimental de RCA, se mostró en una conferencia de verano de Espectroscopia en el MIT en julio de 1941. Fue el primer modelo en entrar en producción, y solamente un pequeño número de instrumentos modelo D fueron vendidos antes de ser sustituido con el DU.
Modelo DU Cuando el RCA no pudo satisfacer la demanda de fototubos experimentales para Beckman, los Laboratorios Técnicos Nacionales tuvieron que diseñar nuevamente sus propios componentes. Con la incorporación de los recientemente desarrollados fototubos con sensibilidad UV, el modelo D se convirtió en el modelo DU UV-Vis espectrofotómetro. Así como con el sensor de pH, Beckman reemplazo un arreglo complicado de equipo con un instrumento simple y fácil de usar. Una de las primeras "cajas negras" utilizadas en los laboratorios de química moderna, se vendió por $723 en 1941.
Diseño La producción empezó desde 1941 y se detuvo en 1976 cuando fue descontinuado, el modelo de espectrofotómeto DU fue construido bajo lo que sería esencialmente el mismo diseño. Fue un instrumento único de rayo. El espectrofotómetro DU utilizaba un prisma de cuarzo para separar la luz en su espectro de absorción y un fototubo para medir eléctricamente la energía luminosa a través del espectro. Esto permitía al usuario graficar el espectro de luz absorbida por una sustancia para obtener una "huella" (fingerprint) estandarizada que era característica del compuesto. Todos los espectrofotómetros modernos UV-Vis son construidos bajo los mismos principios del espetrofotómetro DU.
Usos thumb|Espectrofotómetro DU de Beckman en uso
Los espectrofotómetros modelo D y DU fueron los primeros instrumentos fáciles de usar que contenían componentes ópticos y electrónicos necesarios para la espectrofotometría de absorción ultravioleta. El usuario podía insertar la muestra, indicar la longitud de onda deseada, y leer la cantidad de absorción de esa frecuencia en un medidor. Una serie de lecturas con diferentes longitudes de onda podían ser tomadas sin perturbar la muestra. Al trabajar con ambas regiones del espectro, tanto ultravioleta como visible, el modelo D produjo espectros de absorción precisos, los cuales podían conseguirse con facilidad y eran replicados con exactitud. El departamento nacional de normalización (National Bureau of Standards) realizó diferentes exámenes para certificar que los resultados del DU eran precisos y repetibles, gracias a esto recomendaron su uso.
El manual del método de escaneo del espectrofotómetro DU era extremadamente rápido, reduciendo los tiempos de análisis de semanas a horas o minutos. Era preciso tanto en el espectro visible como en el ultravioleta. Algunos avances incluían su alta resolución y la minimización de errar la luz en la región ultravioleta. Aunque no era barato, su precio era accesible para la mayoría de los científicos.
Impacto thumb| Póster de la Segunda Guerra Mundial alentando a los investigadores "Entrega a este trabajo todo lo que tienes" El espectrofotómetro DU de Beckman ha sido referido como el "Modelo T" de los instrumentos científicos. Permitió a los investigadores realizar análisis más sencillos de mezclas químicas al tomar diferentes medidas en más de una longitud de onda para producir un espectro de absorción que describiera a la sustancia completamente. "Este dispositivo simplificó y coordinó por siempre el análisis químico, permitiendo a los investigadores conseguir medidas cuantitativas con precisión del 99.9% de una sustancia en minutos, al contrario de las semanas que eran necesarias anteriormente para resultados con solo 25% de precisión" Según Theodore L. Brown esto "revolucionó la medición de las señales de luz de las muestras". El premio Nobel Bruce Merrifield es citado por llamar al espectrofotómetro DU "probablemente el instrumento más importante jamás desarrollado para el avance de la biociencia".
Vitaminas El desarrollo del espectrofotómetro tuvo un impacto directo con la Segunda Guerra Mundial y el esfuerzo americano en la guerra. El papel de las vitaminas en la salud fue de significante interés, los científicos querían identificar los alimentos ricos en Vitamina A para mantener a los soldados saludables. Métodos anteriores utilizados para evaluar los niveles de vitamina A implicaban alimentar ratas por varias semanas, para después realizar una biopsia y así estimar los niveles de vitamina A ingeridos. Por otro lado, examinar una muestra de comida con el espectrofotómetro DU proporcionó mejores resultados en cuestión de minutos. El espectrofotómetro DU podía ser utilizado para estudiar tanto la vitamina A como sus precursores, los carotenoides. Rápidamente se convirtió en el método de análisis por espectrofotometría preferido.
Penicilina El espectrofotómetro DU fue también una herramienta importante para los científicos que estudiaban y producían el nuevo y maravilloso medicamento, la Penicilina.