A kromatográfia típusai Az analitika anyag rövid összefoglalása
Kromatográfia Mi a kromatográfia? Elválasztási módszer. Az elválasztani kívánt két (több) komponenst külön fázisba visszük: elnevezések szerint van egy álló (S, L) és egy mozgó fázis (G,L). A megoszlás a mozgó és az álló fázis között történhet adszorpció, fázisegyensúly (elegyedés, oldékonyság), méret, ioncsere vagy specifikus kölcsönhatások alapján. Adszorpciós kromatográfia Megoszlásos kromatográfia Méretkizárásos kromatográfia Ioncsere kromatográfia Affinitás kromatográfia (biotin) 1 m bp 1 1 1b p b p b 1 2 1 1 2 2 b szelektivitás 2
Affinitás kromatográfia Biotint pegilált felületre kötik. Streptavidin biotin kölcsönhatás a legerősebb (4 dokkolás) nem kovalens kötés (10-15 M) 3
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
Alkalmazás
Alkalmazó
Elektrokinetikus jelenségek Kolloid stabilitás Bányai István 2011-12/II. http://dragon.unideb.hu/~kolloid/
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!)
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 potenciál. Nyírási sík Ezt tudjuk mérni! 1 V a feszültség két pont között. ha egységnyi töltés 1J munkával átvihető!!!
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. Elektrokinetikus vagy zétapotenciál kolloidokon (kis felület) A nyírási síkon belül a részecske egy dinamikai egységként viselkedik Elektrolit hatás
Elektrokinetikai potenciál különböző oldatokban 1 0 Nyírási sik Vasoxid ph NTP ~6-7 2 1. vasoxid 0,01 M KCl ph 4 2. vasoxid 0.0001 M KCl ph 5 3. vasoxid 0.001 M KCl ph 8.5 + kationos tenzid 3 z + stabilis Stern sik z 1 = z 2 = z 3 Koagulál, ha z < 5 mv - stabilis [Al 3+ ]
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 = Dr 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 (elektrolízis)
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 z 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.
Elektroforézis gélben
Elektroforézis A DNS protein kölcsönhatás bizonyítása EMSA (electrophoretic mobility shift assay). A nem kötött DNS gyorsabban mozog gélben mint a proteinhez kötött. Gél elektroforézis Polyacrylamide Gel Electrophoresis (PAGE)
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 http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/n OTES/Protein_Properties/protein_purification.htm
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.
Elektro-ozmotikus áramlás Diffúz réteg nagyítása 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? Dugószerű, eltérően a mechanikai áramlástól.
Kapilláris elektroforézis 1 (készülék elve)
Capillary electrophoresis 2. http://www.chemsoc.org/exemplarchem/entries/2003/leeds_chromatography/chromatography/eof.htm
Move in capillary Neutral Elektroforetikus mozgékonyság: felületi potenciál (zeta potenciál), méret
Elektroozmózis http://www.chemsoc.org/exemplarchem/entries/2003/leeds_chromatography/chromatography/eof.htm (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
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.
Kolloidstabilitás (ismétlés) 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 (kinetikai stabilitás) Liofil kolloidok stabilitása (makromolekuláris és micelláris oldatok), termodinamikailag stabilisak
Stabilis és instabilis rendszerek:üledéktérfogat Buzágh-kísérletek üledéktérfogat Tömör üledék Laza halmaz Szakszavak!!! 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
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. Nagyobb zéta potenciál: stabilabb rendszer, jobban diszpergált, nem vagy nagyon lassan koagulál, és ha ekkor ülepszik akkor tömör irreverzibilis üledéket ad Nincs taszítás Van taszítás
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
Hamaker modell A Hamaker állandó a molekuláris kölcsönhatásokból számítható Molekulák az 1 részecskében Molekulák a 2 részecskében A~ 2 q A: Hamaker állandó, q: db atom /tf, van der Waals konstans Függ a geometriától! 6 EA ~ r, J vákuumban A részecskék közötti vonzóerő a molekulák közötti (diszperziós) vonzóerőkből épül fel (a molekulák függetlenül hatnak), azok összege
Vonzás közegben effektív Hamaker állandó A részecskék között lévő folyadék erősen csökkenti a Hamaker állandót Nagyságrend közegben A V H H részecsketávolság A effektiv : kvarc: 11-18 10-20 J víz: 3.3 10-20 J, szénhidrogének: 4.6-10 10-20 J H (m) távolságban a vonzó kölcsönhatás V A, J
A töltött részecskéket diffúz ionatmoszféra veszi körül exp ( x x ) St St x St 1/: a Debye távolság Felületi töltés (ζ~ψ 0 ~ ph) sókoncentráció (κ, z). x St Plane of shear
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
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 2 2 2 ( ) exp V H a kt z H ze St exp 1 2kT ze St exp 1 2kT Figyeljünk a szélső értékekre!