Читайте также: |
|
Ці методи широко запроваджуються у виробництві ферментів, гормонів, рекомбінантних ДНК; для одержання БАР рослинного і тваринного походження, до чистоти яких ставлять особливо жорсткі вимоги, традиційна технологія очищення не підходить. У промисловому виробництві успішно себе зарекомендувала розподільна хромато-
Таблиця 8.1 |
Види хроматографії | Використані властивості молекул |
Іонообмінна Гель-фільтрація Гідрофобна Афінна | Заряд Розмір Полярність Структура |
графія, самий надійний і ефективний метод очищення. Нині широко використовують безперервну колонкову і ступінчасту хроматографію. Декілька відомих хроматографічних методів, побудованих на різних параметрах розділюваних молекул, наведено у табл. 8.1.
8.4.1. ІОНООБМІННА ХРОМАТОГРАФІЯ
Хроматографія БАР за допомогою іонообмінних сорбентів, названа іонообмінною,— це один із методів розділення, які мають найбільш тривалу історію розвитку. Тепер промислова іонообмінна хроматографія стала однією з найважливіших технологічних стадій одержання комерційно прийнятних кількостей БАР.
В основі іонообмінної хроматографії лежить реакція обміну між нерухомим твердим іонообмінним сорбентом і розчиненою у розчиннику речовиною.
8.4.2. ІОНООБМІННІ МАТЕРІАЛИ
Іонообмінні сорбенти — це нерозчинні у воді речовини, синтетичні або природні, які містять у своїй структурі іоно-генні групи кислого (катіоніти) або основного (аніоніти) характеру. Іони водню (при наявності катіонітів) або іони гідроксилу (при наявності аніонітів), що входять до складу іоногенних груп, можуть обмінюватися з катіонами, які знаходяться в розчині, або аніонами за реакціями, утворюючи солеві форми іонітів:
де R — високомолекулярний аніон катіоніту або високомолеку-лярний катіон аніоніту. При взаємодії катіонітів у Н-формі з розчинами основ, а аніонітів в ОН-формі з розчинами кислот також відбувається соле-утворення у фазі іоніту поряд з нейтралізацією розчинів через утворення води за реакціями:
Таким чином, катіоніти в Н-формі представлені нерозчинними кислотами, а аніоніти в ОН-формі — нерозчинними основами.
Природні іонообмінники — мінерали типу монтморилонітів, каолінітів та ін.
Синтетичні органічні іонообмінники — це здебільшого продукти кополімерізації або поліконденсації різних органічних речовин, в які введені іоногенні групи: —S03H, —COOH, —Р03Н та інші за наявним складом катіонітів (відповідно до цих груп катіоніти називаються сульфокатіонітами, карбоксильними або фосфатними); =NHJ, (CH3)3N+, =S+ та інші за наявним складом аніонітів. Залежно від здатності іоногенних груп до дисоціації катіоніти поділяються на сильно- і слабокислі, а аніоніти — на сильно- і слабоосновні. Існують іоніти, які містять у своїй струк-
турі іоногенні групи різної природи, так звані поліфункціональні іоніти, наприклад катіоніт КУ-1, залежно від pH розчину обмін може відбуватися з різними групами. Полімерізаційні іоніти здебільшого являють собою круглі гранули різного діаметру. При одній і тій ж іоногенній групі і основному компонентові матриці вони відрізняються кількістю зшиваючого агента, наприклад, ка-тіоніти КУ-2-8 і КУ-2-20. Остання цифра характеризує кількість дивінілбензену, уведеного в реакційну суміш при кополімеріза-ції. Різниця в кількості зшиваючого агента суттєво позначається на такій властивості іонітів, як їх набухлість, а це, у свою чергу, позначається на вибірковості і кінетиці обміну.
Розвиток синтезу органічних іонітів привів до створення низки специфічних їх різновидів: іонітів, які містять як кислі, так і основні іоногенні групи (так звані амфотерні іоніти); іонітів із підвищеною гідрофобністю поверхні гранул (олеофільні іоніти); іонітів, які мають пористу структуру за рахунок уведення при їх синтезі речовин-пароутворників (макропористі іоніти) і т. д. Сьогодні випускають майже 600 найменувань різних синтетичних органічних іонітів.
Особливим родом іонообмінних матеріалів є іонообмінні мембрани, які складаються із іонітів. Мембрани бувають гетерогенні, тобто коли дрібносумельгенний іоніт нанесений на полімерну індиферентну підкладку, і гомогенні, що являють собою іоніт у вигляді суцільного листа. Катіонообмінні мембрани мають властивість пропускати через себе (знаходячись у розчині) при накладенні електричного поля тільки катіони, аніонообмінні — тільки аніони.
8.4.3. ОСНОВНІ РОЗМІРИ, ЯКІ ХАРАКТЕРИЗУЮТЬ ІОНООБМІННИЙ ПРОЦЕС. ОБМІН ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН
Основною практичною величиною,яка характеризує ефективність застосування іонітів для розділення суміші іонів, є концентраційна константа рівноваги відповідної іонообмінної реакції або коефіцієнт вибірковості і£виб.
де в квадратних дужках наведена концентрація обмінюючих іонів в іоніті, а в круглих — концентрація відповідних іонів у розчині.
При і£виб = 1 обмін не вибірковий. Якщо іСвиб < 1, це значить, що Ме+ має меншу спорідненість з іонітом, ніж іон Н+. Якщо Квп6 > 1, то більша вибірковість поглинання іона з розчину.
Для здійснення іонообмінного поглинання іон з розчину повинний продифундувати до частинки іоніту, потім продифундувати усередині неї до іоногенної групи і, нарешті, має відбутися сама іонообмінна реакція.
Залежно від властивостей і структури матриці іоніту, концентрації іонів у розчині, їх розмірів і будови, а також заповнення ними іоногенних груп іоніту, стадією, що визначає швидкість іонообмінного процесу, може бути або зовнішня, або внутрішня дифузія. Швидкість сорбції у разі зовнішньої дифузії при лінійній ізотермії сорбції визначається за рівнянням:
де а — концентрація іона в іоніті в момент часу t;
P — кінетичний коефіцієнт, P = 3Dj/(5 • rQ);
Dx — коефіцієнт зовнішньої дифузії;
5 — товщина плівки рідини навколо зерна;
r0 — радіус зерна іоніту;
С0 — вихідна концентрація іона в розчині;
C — концентрація іона в розчині в момент часу t, рівноважна з а.
Швидкість сорбції при внутрішній дифузії виражається рівнянням:
де р2 — кінетичний коефіцієнт, р2 = ЗБ2/г|;
D2 — коефіцієнт внутрішньої дифузії;
г0 — радіус зерна;
а0 — концентрація іонів у іоніті, рівноважна з С0.
3 наведених формул випливає, що для визначення швидкості іонообмінного процесу дуже суттєвим є значення величин коефіцієнтів дифузії, які характеризують іонообмінну систему. Для технології важливо встановити, який із процесів відповідальний за швидкість сумарного процесу, тому що можливості прискорення поглинання при визначальній ролі зовнішньої або внутрішньої дифузії різні.
Іонообмінна хроматографія — один із найбільш застосовуваних методів розділення і очищення білків, завдяки високій здатності сорбентів зв'язувати білок (50,0 г білка на 1 л іонообмінної смоли) та можливості використання різних методів елюювання (безперервного і ступінчастого).
Основний принцип іонного обміну можна проілюструвати рис. 8.1. На першому етапі водний розчин суміші білків пропускають через колонку з нерухомим шаром іонообмінної смоли.
Одним з найбільш популярним іонообмінником, що використовується для очищення білків, є карбоксиметилцелюлоза — катіо-нообмінна смола, одержана за допомогою введення карбоксимети-льних груп (несуть негативний заряд) у целюлозну матрицю. Білки в катіонній формі (несуть позитивний заряд) зв'язуються з цією смолою електростатичними силами. Потім адсорбований білок елю-юють буферними розчинами зі зростаючим значенням pH.
Поступова зміна властивостей елюента призводить до того, що слабозв'язані з носієм білки десорбуються першими, а потім — усі більш міцно зв'язані з іонообмінником. Отже, рухома фаза, яка до введення в колонку взагалі не містила білків, на виході з колонки буде збагачена десорбованими білками. Отриманий при промиванні колонки елюат збирають у вигляді фракцій невеликого об'єму. Аналогічно здійснюють і хроматографію на іонообмінних смолах — діетиламіноцелюлозі.
ній промисловості найбільш широкого застосування набули сефадекси G25 і G50 у вигляді гранул із діаметром пор 30—100 мкм і 20—80 мкм відповідно. Проникність мембрани для кожної з речовин суміші визначається розміром молекули. У зв'язку з цим гель-хроматографію іноді називають молекулярним просіюванням. Певний об'єм розчинника вимиває з колонки речовини з більшою молекулярною масою (сефадекси G25) i з меншою молекулярною масою (сефадекси G50).
Основною величиною, яка визначається в гель-хроматографії, є утримуваний об'єм Ve:
де VQ і V — об'єми рухомої і нерухомої хроматографічних фаз; Kd — коефіцієнт розподілу, який залежить від співвідношення розмірів молекул і пор. Гель-фільтрація — метод, малочутливий до складу зразка, застосовується в основному при видаленні осадника, заміні буфера і знесоленні.
Дата добавления: 2015-07-18; просмотров: 263 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
РОЗДІЛЕННЯ БАР ЗА ДОПОМОГОЮ МЕМБРАН | | | ГІДРОФОБНА ХРОМАТОГРАФІЯ |