A kromatográfia típusai

Átírás

1 A kromatográfia típusai

2 A kromatográfia típusai Az oldott anyag az álló fázis felületére kerül Az oldott anyag a felületet borító folyadékba kerül A kation kovalensen kötött a felületen az anion ionosan adszorpciós megoszlási ioncsere anioncserélő gyanta Nagymolekulák kívül haladnak A kismolekulák behatolnak a pórusokba méretkizárásos

3 Elektrokinetikus jelenségek Kolloid stabilitás Bányai István /II.

4 Előző előadás Adszorpció folyadék-szilárd felületen Töltött felületek kialakulása elektrolitok adszorpciója elektromos kettősréteg létrejötte Az elektromos kettősréteg modelljei Helmholtz-modell Gouy-Chapman modell (diffúz réteg vastagsága) Stern-modell Felületi potenciál Stern-réteg (Helmholtz síkokkal határolt) Stern-potenciál Zéta (nyírási-)-potenciál (de nem tudjuk mi az!)

5 Elektrokinetikus vagy zéta potenciál A oldószer (többnyire víz) a felület közelében nem mozdul, rátapad, de bizonyos távolságtól már a folyadék elmozdul a felülethez képest. Azt a síkot, ami a felületet (részecskét) beburkoló tapadó réteget és az elmozduló folyadékréteget elválasztja nyírási felszínnek (surface of shear) vagy nyírási síknak (the slipping plane) nevezzük. Az elektrosztatikus potenciál közeghez viszonyított értéke ebben a nyírási síkban az ún. zéta potenciál vagy elektrokinetikai potentiál. Nyírási sík Ezt tudjuk mérni!

6

7 Elektrokinetikus vagy zétapotenciál kolloidokon A nyírási síkon belül a részecske egy dinamikai egységként viselkedik Elektrolit hatás Kolloidok oldataiban: elektromos kettősréteg jön létre minden egyes részecske körül. A részecske körül lévő folyadék két részből áll: a belső (Stern) réteg, ahol az ionok erősen kötöttek és egy külső a, diffúz ahol kevésbé. Ezen a diffúz rétegen belül egy nevezetes határ az un. nyírási sík jön létre, amely elválasztja a tapadó és a felülethez képest elmozduló folyadék réteget, és amelyen belül a részecske egy dinamikai egységként viselkedik.

8 Elektrokinetikai potenciál különböző oldatokban 1 0 Nyírási sik Vasoxid ph NTP ~ vasoxid 0,01 M KCl ph 4 2. vasoxid M KCl ph 5 3. vasoxid M KCl ph kationos tenzid 3 + stabilis Stern sik = 2 = 3 Koagulál, ha < 5 mv - stabilis [Al 3+ ]

9 Elektrokinetikus jelenségek Technika Mit mérünk Mi mozog Elektroforézis sebességet részecske Mi okozza a mozgást külső elektromos térerő Elektroozmózis sebességet folyadék a kapillárisban külső elektromos térerő Áramlási potenciál potenciál különbséget folyadék mozog nyomás különbség Ülepedési potenciál potenciál különbséget részecske sűrűség különbség = 1. Elektroforézis: folyadék áll, a részecske mozog 2. Elektroozmózis: töltött felület áll, folyadék mozog 3. Áramlási potenciálok: áramló folyadék generál töltést (fordított elektroozmózis) 4. Ülepedési potenciál: mozgó töltés generál potenciált 5. Elektrolitikus lerakódás/ leválasztás)

10 Elektroforetikus mozgékonyság F F el F fric el QE fv F fric QE v Q v u f E f ze ze u 6 a kt / D u e C 0 a Egy makro ion esetében az ellenion felhő vastagsága befolyásolja a mozgékonyságot, a C konstans fokozatosan változik 1-től 1.5 ig, ahogy a a változik: Ha a κa > > 1 vékony kettős réteg akkor nem befolyásolja az eredő térerőt, a C =1 (Smoluchowski) Ha a κa << 1 vastag kettős réteg" C= 3/2 befolyásolja az eredő térerőt Elektroforetikus mozgékonyság a zéta potenciállal kifejezve.

11 Elektroforézis gélben

12 Elektroforézis A DNS protein kölcsönhatás bizonyítása EMSA (electrophoretic mobility shift assay). A nem kötött DNS gyorsabban mozog denaturált gélben mint a proteinhez kötött. Gél elektroforézis Polyacrylamide Gel Electrophoresis (PAGE)

13 Izoelektromos fókuszlás (IEF) Izoelektromos fókuszálás során ph gradienst alkalmaznak. A protein nem mozog tovább, ha az izoelektromos pontjának megfelelő ph-hoz ér. Bármely más ponton töltése van és így elektromos erőtérben mozogni fog OTES/Protein_Properties/protein_purification.htm

14 Izoelektromos fókuszálás (IEF) + u e ( electrophoretic mobility (EPM)) elektroforetikus mozgékonyság A méretkizárást el kell kerülni. A gél maga lehet ph-gradiensre készítve azaz amfolit csoportokat építenek bele. - Amfolitok keverékére feszültséget adva stacionáris gradiens létrehozható A proteinek két irányban mozoghatnak a töltéstől függően.

15 Elektro-ozmotikus áramlás Diffúz réteg Elektroozmózis kapillárisban. A körök jelzik a molekulákat és az ionokat. A nyilak jelzik az áramlási sebességeket. Az erőtér hatására áramló ionok hozzák mozgásba a folyadékot. Diffúz réteg Milyen az áramlási profil?

16 Elektroozmózis (LB layers) Az elektroozmotikus áramlás a ph és a kapilláris anyagának függvénye Az elektro-ozmózist a felület módosításával változtathatjuk. EOF (electro osmotic flow) töltött felület áll, folyadék mozog házfalak szárítása

17 Kapilláris elektroforézis 1

18 Capillary electrophoresis 2.

19 Move in capillary Neutral Elektroforetikus mozgékonyság: felületi potenciál (zeta potenciál), méret

20 Nem-ekvivalens vagy ioncsere adszorpció Az adszorbensben már eleve vannak ionok, az elektrolit valamelyik ionja kötődik az adszorbensen. Az ioncsere egy megfordítható reakció, amelyben valamelyik oldott ion sztöchiometrikusan cserélődik a szilárd szorbens azonos töltésű mozgékony ionjával XR KA KR XA RY KA RA KY Kationcsere, anioncsere, savas kationcserélő, ph-tól függő amfoter felületek stb. a jegyzetből elolvasni.

21 Kolloidstabilitás DLVO elmélet (Derjaguin, Landau and Verwey, Overbeek) A kettősréteg EDL, zetapotenciál, Eredő kölcsönhatás, energiagát a liofób kolloid részecskék között (szuszpenziók, emulziók) A koaguláció sebességét befolyásolják Liofil kolloidok stabilitása (makromolekuláris és micelláris oldatok), termodinamikai

22 Stabilis és instabilis rendszerek:üledéktérfogat Buzágh-kísérletek Tömör üledék Laza halmaz üledéktérfogat a) koagulált, b) flokkulált Irreverzibilis, reverzibilis, Gyógyszeripar, kerámia ipar, festék, színezék, papíripar, víztisztítás, stb Ha nincs taszítás akkor a nagyobb vonzás nagyobb üledéktérfogat Bázikus bizmutnitrat tömény szuszpenzio fehér pigment, kontraszt anyag

23 Részecskék közötti kölcsönhatás Brown-mozgás, ütközések kölcsönhatások? A stabilitás a vonzó és taszító kölcsönhatások viszonyától függ. Nagy taszítás stabil rendszer. A vonzás van der Waals erőkből származik A taszítás a hasonló töltésű részecskék taszításából és vagy a részecske-oldószer (hidratáció) kölcsönhatásból ered. Nincs taszítás Nagyobb zéta potenciál stabilabb rendszer, jobban diszpergált, nem vagy nagyon lassan koagulál, és ha ekkor ülepszik akkor tömör irreverzibilis üledéket ad Van taszítás

24 A van der Waals vonzás részecskék között vákuumban E r J 6 A ~ 11, Téglatesteknél: Atomok vagy molekulák közötti vonzás vákumban (pontszerű): r A diszperziós kölcsönhatás additivitása miatt a vonzás nagyobb részecskék között is működik, a hatótávolsága jóval nagyobb, függ a geometriától. Két a sugarú gömb esetében H távolságban a vonzó kölcsönhatás V A, [J]: V A H A H 2 H A Hamaker állandó, J a V A H Aa 12H

25 Hamaker modell A Hamaker állandó a molekuláris kölcsönhatásokból számítható Molekulák az 1 részecskében Molekulák a 2 részecskében A ~ 2 q Függ a geometriától! A: Hamaker állandó, q: db atom /tf, van der Waals konstans 6 EA ~ r, J vákuumban A részecskék közötti vonzóerő a molekulák közötti (diszperziós) vonzóerőkből épül fel (a molekulák függetlenül hatnak), azok összege

26 Vonzás közegben effektív Hamaker állandó A részecskék között lévő folyadék erősen csökkenti a Hamaker állandót közegben A V H H A effektiv : kvarc: J víz: J, szénhidrogének: J H (m) távolságban a vonzó kölcsönhatás V A, J

27 A töltött részecskéket diffúz ionatmoszféra veszi körül exp ( xx ) St St x St 1/: adebye távolság Felületi töltés (ζ~ψ 0 ~ ph) sókoncentráció (κ, z). x St Plane of shear

28 Az átlapoló ellenion atmoszféra taszítást, V R eredményez H V R A lazán kötődő ellenionok diffúz ionatmoszférát alkotnak. A részecskék közeledésekor az ionatmoszférák egymásba hatolnak és az azonos töltések miatt taszítás lép fel. Mivel az ionok koncentrációja a Boltzmann eloszlás szerint rohamosan nő, így a taszítás is exponenciálisan nő. 2 VR H 0 exp H H ~ részecskék közötti távolság, ψ 0 felületi potenciál

29 Két töltött gömb közötti eredő kölcsönhatás A kölcsönhatási potenciál az elektrosztatikus taszítás és a vonzás eredője a DLVO elmélet szerint: V T [J] V T = V A + V R H V A H Aa 12H Az elektrosztatikusan stabilizált rendszer érzékeny a felszíni potenciál értékére (ζ~ψ~ ph, saját ion) és az ionerősségre (κ, z). R ( ) exp V H a kt z H ze St exp 1 2kT ze St exp 1 2kT Figyeljünk a szélső értékekre!

30 Eredő kölcsönhatás Kinetikailag stabilis a szol, ha V max >>kt azaz V max /kt>>0 Minél magasabb a gát annál kevesebb részecske jut át rajta, potenciál gátolt koaguláció. [J] Az elektrosztatikusan stabilizált rendszer érzékeny a felszíni potenciál értékére (ζ~ψ~ ph, saját ion) és az ionerősségre (κ, z). H [m] szol Gél csapadék Szol-gél átalakulás: Időben egyre több részecske ütközik, és kerül a másodlagos minimumba, a gyenge vonzóerő hatására az adott távolságban marad, azaz kapcsolódik. Ha ezek a kötéspontok az egész térfogatra kiterjednek, akkor a rendszer gélesedik. A gél egy kvázi szilárd rendszer, alakállandó, amit ebben az esetben fizikai térhálósodás okoz, de könnyen (a másodlagos minimum mélysége kicsi ~1-2kT) átmegy folyékonnyá.

31 Koaguláció (c.c.c) [J] 1 2 Mi az a só koncentráció ( vagy n 0 ) amelynél éppen eltűnik a taszítás (potenciálgát)? Ekkor minden ütköző részecske összetapad, csapadék válik ki.

32 Kritikus koaguláltató koncentráció Mi az a só koncentráció ( vagy n 0 ) amelynél éppen eltűnik a taszítás (potenciálgát)? Ekkor minden ütköző részecske összetapad. Ha a potenciál gát V max (J) ( sokkal nagyobb mint a kinetikus energia kt akkor a rendszer stabilis. Amikor nincs energiagát, akkor minden ütköző részecske összetapad: gyors koaguláció. A koaguláció valószínűsége ütközéskor P=1

33 A krit. koag. konc. vegyértékszabálya ccc.. 1/ z 6 1: 0,0156 : 0,00137 Schulze Hardy szabály: a kritikus koaguláltató érték a vegyérték reciprok hatodik hatványával arányos.

34 A koaguláció sebessége, a stabilitási arány A Smoluchowski egyenlet szerint a koaguláció sebessége a részecske szám, N p csökkenéséből: dn dt p kn d 2 p k d a diffúzió kontrolált gyors koaguláció sebességi állandója k s a lassú gátolt diffúzió sebességi állandója A stabilitási arány: k Ha nincs energia gát akkor az ütközés d az ütközések száma W gyakoriságát, a koaguláció sebességét k s azeredményes ütközések száma a diffúzió és a koncentráció szabja meg: Egy diszperzió stabilitása nő: ha a méret nő, ha a zéta dn p 2 8 Da N potenciál nő(ζ >25mV), csökken a Hamaker állandó, p vgyors dt csökken az ionerősség, csökken a hőmérséklet.

35 W elektrolit koncentráció függése W k / k rapid slow A c.c.c amelynél éppen eltűnik a taszítás (potenciálgát). Ekkor minden ütköző részecske összetapad. A sebesség nem nő tovább. A stabilitás nem csökken tovább.