Transcript Előadás7
Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium Elválasztástechnika kv1n1lv1 Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Fluoreszcenciás detektor – FLD UV/VIS detektorhoz képest: Érzékenyebb Szelektívebb (Csak fluoreszkáló komponensek detektálására alkalmas) Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Fluoreszcenciás detektor – FLD Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Fluoreszcenciás detektor – FLD Az antracén gerjesztési és emissziós spektruma metanolban Vibrációs alszintek p gerjesztés Intenzitás gerjesztés h1 emisszió excitation 225 275 Elválasztástechnika 325 375 Wavelength / nm 425 2011 * h2 p emisszió 475 Eke Zsuzsanna Fluoreszcenciás detektor – FLD Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Fluoreszcenciát befolyásoló tényezők Szubsztituens Hatása a em Hatása az intenzitásra alkil nincs Gyengén növeli vagy csökkenti OH, OCH3, OC2H5 növeli növeli CO2H növeli Nagyon csökkenti NH2, NHR, NR2 növeli növeli NO2, NO -- Teljes kioltás SH, halogen növeli csökkenti SO3H nincs nincs Fluoreszcenciát csökkentő tényezők: Oldott oxigén vagy más szennyező Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Fluoreszcens detektálást befolyásoló egyéb tényezők A mérendő komponens koncentrációja; Gerjesztési forrás intenzitása; Besugárzott minta térfogata (cella térfogat); A z emittált fényt elnyelő oldószer, vagy oldott anyagok (koelució, szennyezések); A szórt fény megnöveli a zajt (nagy molekulák, más fényvisszaverő felület) Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna 20 60 40 0 0 5 10 Elválasztástechnika 15 20 2011 25 28.602 - Benz(a) pirén 80 30 33.361 - Indeno(1,2,3-cd) pirén 100 31.722 - Benzo(1,2,3-cd)perilén 255/420 27.440 - Benzo(k) fluorantén LU 30.962 - Dibenz(a,h) antracén 277/376 25.244 - Benzo(b) fluorantén 24.164 - Benzo (e) pirén 230/330 20.624 - Krizén 18.922 - Benz(a) antracén 237/440 13.322 - Pirén 11.745 - Fluorantén 225/314 246/368 9.952 - Antracén 8.240 - Fenantrén 5.971 - 2-metil-naftalin 6.295 - 1-metil-naftalin 6.702 - Acenaftén 6.949 - Fluorén 4.823 - Naftalin PAH-ok mérése HPLC-FLD-vel Gerjesztési / emissziós hullámhossz ex/em FLD1 A, Ex=230, Em=330, TT (Y:\040128\002-0201.D) 230/400 250/495 Eke Zsuzsanna min Elektrokémiai (amperometriás) detektor-ECD Olyan vegyületek detektálására alkalmazzuk, amelyek un. „elektroaktív” csoportot tartalmaznak. Ezek a csoportok könnyen: • Oxidálódhatók • Redukálhatók Szerkezet megvizsgálásával és egy ciklikus voltammogram felvételével tervezhetővé válik. Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Elektrokémiai (amperometriás) detektor-ECD Előnyök: Igen szelektív, igen érzékeny Hátrányok: Fémek jelenléte jelentősen zavarja (Fe, Ni, etc.). Gradiens nem alkalmazható Kis hőmérséklet- és áramlás- ingadozások is zavarják = NEM ROBOSZTUS Elválasztástechnika 2011 10 Eke Zsuzsanna Elektrokémiai (amperometriás) detektor - ECD Oxidálható Fenolok Oximok Redukálható Ketonok Aldehidek Merkaptánok Peroxidok Oximok Konjugált savak/észterek/nitrilek Hidroperoxidok Aromás aminok, diaminok Purin vázasok Konjugált kettőskötés Aktív halogén Elválasztástechnika Aromás halogén Nitrovegyületek 2011 Eke Zsuzsanna Radiokémiai detektor - RD A mérendő komponens rádióaktivitása által kiváltott fény emissziót méri (Heterogén – homogén szcintilláció) Fő alkalmazási terület: metabolizmus kutatásban Mérhető pl: 35S, 14C, 3H, 131I Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Fényszórásos detektor – Evaporative Light Scattering Detector, ELSD 1. Porlasztás: Nitrogén gáz segítségével az oszlopot elhagyó eluenst elporlasztjuk. 2. Mozgó fázis elpárologtatása: Egy fűtött csőben áramoltatjuk át, ahol az oldószer elpárolog. 3. Detektálás: A száraz minta részecskéket lézer fénnyel világítjuk meg egy átfolyó cellában. A részecskék által szórt fényt detektáljuk. A detektált fény arányos a részecskék számával (koncentrációjával). Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna ELSD Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Refraktív index (törésmutató) detektor – RID Univerzális detektor, de csak akkor alkalmazható, ha az elválasztott komponensek törésmutatója eltér az eluens törésmutatójától; Gradiens elúcióval nem kompatibilis (0,1% eluens összetétel változás már a törésmutató változását idézheti elő); Hőmérséklet változás (0,001C –ra termosztáljuk); Pumpa pulzálás kontroll !!!! Off-line eluens keverés Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna RID Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Izokratikus ill. gradiens elúció mAU IZOKRATIKUS tR (min) GRADIENS mAU tR (min) Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Izokratikus ill. gradiens elúció 30% ACN F C D B A 70% 20mM E Foszfát, pH=6.95 F A D C E B 50% ACN A: Feniletilamin A 50% 20mM F B: Piridin Foszfát, pH=6.95 C: 2-Picolin F 80% ACN 20% 20mM D+E D: 2,4 Lutidin E: 4-ethylpiridin B+C F: 2,3 dimetilanilin A Foszfát, pH=6.95 Az eluens erősség változása Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gradiens elúció Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gradiens elúció Gradiens elúció problémák: Egyensúly beállás idő; Mozgófázis tisztasága („0” –lépésként oldószer ellenőrzése); Retenciós sorrend (szelektivitás) változása; Oldószer probléma (k>10 vs. a minta oldása); Detektor kompatibilitás (pl. RI detektor). Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gradiens elúció – nyomás profil 0,56ml/perc 75% AcN Viszkozitás – összetétel összefüggés 1 ml/perc Kísérleti körülmények: Purosphere C18, 5mm; 125*3mm, 25C 100% AcN 0,56ml/perc Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna MIP-Molecularly Imprinted Polimer Célvegyület Elrendeződés Célvegyület Polimerizáció (UV vagy T) Monomerek Extrakció Célvegyület - célvegyület MIP Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna MIP-Molecularly Imprinted Polimer MIP-alkalmazás Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Affinitás kromatográfia Alkalmazások: Immunaffinitás kromatográfiával az oszlopon megkötött antitestekkel (antibodies) antigéneket tisztítunk; Receptorok, enzimek, DNS fragmensek izolálására; Ellenanyaggal tisztíthatjuk azt a vegyületet, amely az ellenanyagot termelte; Immobilizált antitestekkel toxinokat kötnek meg vérből (hemoperfúzió); Szilárd fázisú immunoassay alkalmazásokban. Az ipar biotechnológiai alkalmazásokban monoklonális antitestek ipari méretekben történő gyártására. Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Affinitás kromatográfia •Állófázis (mátrix) 90%-ban agar-agar gél, a többi sephadex gél, cellulóz származékok vagy egyéb polimer. távtartó + ligandum + + + + + + + Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Affinitás kromatográfia 1. Kondicionálás Puffer Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Affinitás kromatográfia 2. Mintafelvitel és mosás Puffer Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Affinitás kromatográfia 2. Eluálás Eluáló szer Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Affinitás kromatográfia egyensúly Minta megkötődése, Minta eluálása egyensúly Abszorbancia mAU egyéb komponensek eluálása váltás elúciós pufferre mintafelvitel 1-2 ot. x ot. 1-2 ot. >1 ot. 1-2 ot. Oszlop térfogat (ot) Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Affinitás kromatográfia Immobilizált fém affinitás kromatográfia (immobilized metal affinity chromatography - IMAC) a. Immobilizáljuk a fémet kelát képző ligandumok segítségével; b. Különböző stabilitású komplexek képződnek a fém és olyan proteinek között, amelyek elektron donor csoportot tartalmaznak (pl hisztidin, triptofán, cisztein vagy foszfát csoport). c. A komplex stabilitása függ a ligandum, fém típusától, elektron donor csoport sztérikus hozzáférhetőségétől, hőmérséklettől, pH és kompetitív donor jelenlététől. Alkalmazott pH=6-8. d. Eluálás pH gradienssel vagy a glicin, hisztidin, hisztamin, cisztein koncentrációjának növelésével (N és/vagy S tartalmú vegyületek, amelyek erős elektron donorként leszorítják a proteint a fémről). Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gélkromatográfia A GÉLKROMATOGRÁFIA ELVÁLASZTÁSI MECHANIZMUSÁNAK SZTERIKUS ELMÉLETI MODELLJE Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gélkromatográfia •102-108 Dalton méretű molekulák méret szerinti elválasztása Alkalmazások: •Polimerek, polimer adalékok vizsgálata; •Biopolimerek, peptidek, enzimek elválasztása; •Molekulatömeg eloszlás, átlag molekulatömeg meghatározás; •Minták tisztítása (peszticidek meghatározása élelmiszer mátrixból); •A minta sómentesítése; •Puffer csere. Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gélkromatográfia Gél szemcse Pórusok (dp> 100A) Állófázis a kolonnában Nincs kölcsönhatás a minta- molekula és az állófázis között!! Eltérő méretű molekulákból álló minta Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gélkromatográfia Abs 265nm „Fordított szita” Idő (perc) Eltérő méretű molekulákból álló minta Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gélkromatográfia •Teljes kizárási tartomány- az a nagyobb molekulaméret amelynél nincs visszatartás (holt térfogat); •Mérési (működési) tartomány - az a molekulaméret, amelynél van visszatartás; •Teljes áteresztési tartomány – nagyon kis molekulák, amelyek teljesen átjárják a pórusokat (a retenciós idő konstans); lgM Teljes kizárási tartomány Mérési tartomány Teljes áteresztési tartomány Elválasztástechnika 2011 V (ml) Eke Zsuzsanna Gélkromatográfia Sómentesítés gélkromatográfiával Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gélkromatográfia Antitest tisztaságvizsgálata gélkromatográfiával Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gélkromatográfia MOLEKULA TÖMEG (MÉRET) MEGHATÁROZÁSA GÉLKROMATOGRÁFIÁVAL Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Gélkromatográfia A MOLEKULA TÖMEGÉNEK ÉS MÉRETÉNEK ÖSSZEFÜGGÉSE A gélkromatográfia alkalmazására vonatkozóan hangsúlyozni kell a molekula tömegének és (virtuális) méretének összefüggését (eltérését), amely a molekula fajlagos parciális térfogatával és a Stokes-féle rádiusszal írható le: 4pN a M 3 3 RT a 6pND M – molekulatömeg, N – Avogadro-féle szám, a – Stokes-féle rádiusz, D – diffuziós állandó, υ – molekula fajlagos parciális térfogata, η – viszkozitási együttható. Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionpár fordított fázisú folyadékkromatográfia Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionpár fordított fázisú folyadékkromatográfia Ionpárképző reagens (Quaterner alkil ammónium só) N+ Elválasztástechnika - Mérendő komponens ionos formája C18 szilárd fázis Ion-párképző só [Molekula ION] N+ 2011 [Molekula ION] - Eke Zsuzsanna Ionpár fordított fázisú folyadékkromatográfia Ionpárképző reagens (Alkil szulfonsav só) O S Ionpárképző só [Molekula ION]+ O Mérendő komponens ionos formája C18 szilárd fázis O O S [Molekula ION] O + O Esetleg: CF3COO-; BF4-; ClO4-, PF6Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Na+ SO3-Na+ SO3-[ION]+ [ION]+ SO3-Na+ Ionpárképző mechanizmus (ioncserés modell) Módosított állófázis C18 szilárd fázis Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionpár fordított fázisú folyadékkromatográfia Az RP-IP_HPLC-ben változtatható paraméterek: • Ionpárképző koncentrációja; • Ionpárképző jellege (típusa, lánc hossza, stb.) • Szerves modifikátor típusa, mennyisége; • Puffer koncentrációja, pH-ja; • Idegen só koncentrációja; Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionpár fordított fázisú folyadékkromatográfia – a szerves fázis hatása Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionpár fordított fázisú folyadékkromatográfia – ionpárképző típusa Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionpár fordított fázisú folyadékkromatográfia – ionpárképző típusa Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ioncserés folyadékkromatográfia Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ioncserés folyadékkromatográfia Ioncsere: ha az állófázis állandó töltéssel rendelkezik; Ioncserélő kapacitás: megkötött ellentétes ion mennyiség egységnyi tömegű tölteten (mmol/g vagy mekv./g); „Ioncserélő gyanták” A. Ionkizárásos kromatográfia B. Ionkromatográfia Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ioncserélő töltetek KATION CSERÉLŐK Negatív töltésű funkcionális csoportokkal (szulfonil, karbonil, PO4-) ANION CSERÉLŐK Pozitív töltésű (primer, vagy szubsztituált, szekunder, tercier, kvaterner amino, imino, guanidil, stb.) funkcionális csoportokkal AMFOTER (kevert) TIPUSOK Pozitív és negatív töltésű funkcionális csoportokat tartalmazó komplex szerkezettel ERŐS - GYENGE IONCSERÉLŐK DISSZOCIÁCIÓ FOKA (pKA, pKK, pKI) SZERINT Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionkizárásos folyadékkromatográfia Állófázis: nagy ioncserélő kapacitású anion vagy kation cserélő gyanta; Eluens: puffer (ritkán kis szerves oldószer tartalommal); Alkalmazásai: fermentlevek, szeszesital, üdítőital gyártás (cukrok, savak, alkoholok elválasztása) HOOC-R HO-R Cukor - - SO -OOC-R 3 SO 3 pórus Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia A szervetlen anionok, kationok vagy vízben oldódó szerves savak és bázisok meghatározására használjuk Állófázis: kis ioncserélő kapacitású anion vagy kation cserélő gyanta; Eluens: puffer; Detektor: vezetőképesség (elektrokémiai) ionelnyomó után. Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia Hordozó Üveggyöngy ioncserélő Jellemzők Típus Filmszerű Gyors elválasztás, közepes hatékonyság, kis kapacitás, pH 2-8, (37-44 mm) szárazon töltik, könnyen bevonattal Szilikagél alapú beszennyeződik Mikropórusos (10 Közepes gyorsaság, nm) leghatékonyabb, pH 2-8, pépes töltés Polisztirol Elválasztástechnika Mikropórusos Lassú, kis hatékonyságú, jó (10 nm) kapacitás, pH 0-12, pépes töltés 2011 Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia Visszatartást befolyásoló tényezők: Növekvő pH Nő a savak ionizációja – nő a visszatartás; Csökken a bázikus vegyületek ionizációja – gyorsan eluálódnak; Puffer erősség nő Ioncserélő felületeken megnő a versengés – csökken a retenció; Nő a hőmérséklet Egyensúly kedvez a mozgó fázisnak – csökken a retenció. Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia Vezetőképesség mS Szupresszió előtt Szupresszió után Elválasztástechnika 2011 Idő (min) Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia Szupresszió ioncserés oszloppal (Regenerálni kell!!) cél: a mozgófázis vezetőképességének csökkentése (S/N növelése) Cl- meghatározása Az ionelnyomóban lejátszódó folyamatok (eluens NaHCO3): Gyanta-H+ + Na+ HCO3 --> Gyanta-Na+ + H2CO3 Gyanta-H+ + Na+ Cl--> Gyanta-Na+ + HCl A mozgófázis vezetőképessége jelentősen csökken, az elválasztott ion vezetőképessége a Na ion (50 S*Cm2/equiv.) H ionnal (350 S*cm2/equiv.) történő cseréjével jelentősen megnő. Na+ meghatározása Az ionelnyomóban lejátszódó folyamatok (eluens HCl): Gyanta-OH- + H+ Cl- --> Gyanta-Cl- + H2O Gyanta-OH- + Na+ Cl- --> Gyanta-Cl- + Na+ OHA mozgófázisból víz lesz, a mintában pedig lecseréljük a Cl- (76 S*cm2/equiv) ionokat OH- ionokra (198 S*cm2/equiv). Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia 2 - Kloridion / 3. 38 Alkalmazás (Anion referencia oldat); 0,5M Na2CO3 és NaHCO3 IonPac® AS14; 4*250mm oszlop és IonPac® AG14; 4*50mm előtétoszlop 7 - Szulfation / 8. 12 qc0205 100 6 - Foszfation / 7. 07 20 5 - Nitration / 5. 50 40 4 / 4. 80 60 3 - Nitrition / 3. 92 1 - Fluoridion / 2. 48 µS 80 0 0 5. 00 10. 00 Minutes Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia Alkalmazás (vízminta); 0,5M Na2CO3 és NaHCO3 100056 70. 0 4 - Szulfation / 8. 17 IonPac® AS14; 4*250mm oszlop és IonPac® AG14; 4*50mm előtétoszlop 1 - Fluoridion / 2. 48 µS 40. 0 30. 0 20. 0 10. 0 3 - Nitration / 5. 58 50. 0 2 - Kloridion / 3. 38 60. 0 0 0 5. 00 10. 00 Minutes Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Ionkromatográfia 21 TERMÉSZETES AMINOSAV IONCSERÉLŐ KROMATOGRÁFIÁS ELVÁLASZTÁSA Dionex DC-6A ANIONCSERÉLŐN (30X0,46 cm) 3 LÉPÉSES Na-citrát gradiens DETEKTÁLÁS: NINHIDRIN (post-column) Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Hidrofób kölcsönhatású kromatográfia (Hidrophobic Interaction Chromatography, HIC) Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Hidrofób kölcsönhatású kromatográfia Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna HIC vs. RPC Mindkét technikában közös és jellemző: - Az álló fázis a hordozóra kötött apoláris ligandum. - A szorpció oka a hidrofób (apolárIs) kölcsönhatás. - A retenciót döntő módon a hidrofóbicitási viszonyok határozzák meg. - Alkalmasak fehérjék elválasztására. Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna HIC vs. RPC KÜLÖNBSÉGEK: - A HIC liganduma gyengébben apoláris, kisebb a felületi koncentrációja. - A HIC esetén sokkal gyengébb a szorpció, a fehérje natív formában (folded) marad, kisebb a denaturáció esélye. - A RPC esetében az erős szorpció megszüntetheti az eredeti struktúrát (unfolding), itt a retenciót elsősorban az elsődleges szerkezet hidrofób jellege határozza meg. - A RPC esetében a fehérje spontán kötődik a ligandumhoz. Az elúciót szerves oldószer adagolása okozza. A HIC esetében a fehérje kötődése a tölteten és a retenció mértéke a kozmotróp só adagolásával érhető el. Az elúció a só negatív koncentráció gradiensének eredménye. - A RPC esetében a hidrofób kölcsönhatásért döntően az álló fázis (ligandum) felelős, a HIC esetében az áramló fázis (eluens) a domináns tényező Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna Hidrofil kölcsönhatású folyadékkromatográfia (Hidrophilic Interaction Liquid Chromatography; HILIC) Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna HILIC Állófázis: mint a normál fázisú kromatográfiában Eluens: mint a fordított fázisú kromatográfiában 3-40% vízzel (A víz az erős oldószer !!!) Alkalmazásai: RP-hez túl poláros, nehezen visszatartható komponensek elválasztására Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna HILIC példa 1. Fucose Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna HILIC példa 2. Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna