凝胶色谱与离子交换色谱解析ppt课件.ppt
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1、1,8.1 凝胶色谱,Size Exclusion/Excluding Chromatography(SEC)Gel Filtration Chromatography(GFC)Gel Penetration Chromatography(GPC),2,8.1.1、凝胶色谱原理 以各种具有网状结构的凝胶颗粒为固定相,根据流动相中所含各组分的分子大小不同而达到物质分离目的的一种色谱技术。,3,凝胶的孔隙大小分布有一定范围(min max),大、中、小三类分子彼此间较易分开,但每种凝胶分离范围之外的分子,在不改变凝胶种类的情况下是很难分离的。化学结构不同但相对分子质量相近的物质,不可能通过凝胶色谱
2、法达到完全的分离纯化的目的。,若分子 max 全部被排阻在凝胶颗粒之外全排阻两种全排阻的分子即使大小差别很大,也不能有分离效果若分子 min能进入凝胶的全部孔隙。如果两种分子都能全部进入凝胶孔隙,即使它们的大小有差别,也不会有好的分离效果。,4,根据分离的对象是水溶性的化合物还是有机溶剂可溶物,又可分为凝胶过滤色谱(GFC)和凝胶渗透色谱(GPC)。GFC一般用于分离水溶性的大分子,如多糖类化合物。凝胶的代表是葡聚糖系列,洗脱溶剂主要是水。,GPC主要用于分离测定有 机溶剂中可溶的高聚物(聚苯乙烯、聚氯已烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)的分子量和分子量分布,常用的凝胶为聚苯乙烯凝胶,洗脱溶剂为
3、四氢呋喃等有机溶剂。,5,Vi=g(干凝胶质量)Wr(凝胶单位吸水量)VtVo十Vi十Vg,8.1.2、凝胶色谱理论,Vt:柱床总体积 Vo:柱床内凝胶颗粒外面空隙之间的水相容积 Vi:即凝胶颗粒内部所含水相的容积 Vg:干凝胶颗粒体积,6,Vo、Vi、Vt的测定,Vo的测定 选用分子量约200万的蓝色葡聚糖-2000(或一种不被凝胶滞留的有颜色的大分子物质,便于观察),测定它的洗脱曲线,洗脱峰峰顶洗出的体积就是该柱的Vo值。Vi的测定 选用一种分子量小于凝胶工作范围下限的化合物,测出其洗脱体积Vei,减去Vo就是该柱的Vi。常用铬酸钾(黄色)或有UV吸收的物质如N-乙酰酪氨酸乙酯来测定Vi。
4、Vt的测定,式中,为常数3.14,D为柱直径,h为凝胶床的高度。,7,分配系数(Kd),Ve:洗脱体积,自样品加入到组分最大浓度(峰)出现时所流出的容积;,VeVo十KdVi,8,Kd=0,Ve=Vo(分子体积大,完全排阻)0Kd1,Ve在Vo与Vo十Vi之间变化 Kd=1,Ve=Vo十Vi(分子体积小,完全在凝胶颗粒内部扩散),9,凝胶特性参数,(1)排阻极限(exclusion limit):不能扩散到凝胶网络内部的最小分子的相对分子质量。(2)分级范围(fractionation range):即能为凝胶阻滞并且相互之间可以得到分离的溶质的相对分子质量范围。Sephadex G-50的分
5、级范围为1.5-30kD.,10,(3)溶胀率:溶胀后每克干凝胶所吸收的水分的百分率称为溶胀率,即 交联葡聚糖凝胶(Sephadex)简介 商品名 Sephadex G交联葡聚糖的商品名为Sephndex,不同规格型号的葡聚糖用英文字母G表示,G后面的阿拉伯数为凝胶持水量的10倍,数字越小,交联度越大,网孔越小,持水量越小。Sephadex G50 的溶胀率为500%30%。(4)凝胶粒径:一般为球形,其粒径大小对分离度有重要影响。粒径越小,分离效率越高。,11,8.1.3、凝胶色谱介质,12,凝胶色谱介质,聚合大都仅能得到线性聚合物,小分子量时可溶于水,要想得到具有一定强度的凝胶介质,还需将
6、线性聚合物通过交联反应,形成一定的凝胶网络结构控制交联剂的用量可制成各种型号的凝胶。交联剂越多,孔隙越小。,可分为合成树脂以及多糖类衍生物两类,13,1、合成树脂类,14,1)传统介质聚苯乙烯与二乙烯苯交联共聚物,交联度越高,凝胶溶胀时体积变化越小聚苯乙烯树脂的疏水特性常使蛋白质变性多用于凝胶渗透色谱(GPC)中,商品为Styrogel,15,2)聚丙烯酰胺凝胶商品名为生物凝胶-P(Bio-Gel P)。,16,17,聚丙烯酰胺凝胶,聚丙烯酰胺凝胶的部分结构,(Bio-Gel P),18,聚丙烯酰胺凝胶,19,20,2、多糖类,1)葡聚糖系2)琼脂糖系,21,葡聚糖凝胶部分结构,(Sephad
7、ex),1)葡聚糖(Sephadex)系凝胶,商品名为Sephadex G类,22,蔗糖在葡聚糖酶的作用下发酵,产生葡聚糖(glucosan),相对分子质量很高。但经酸水解的作用,可以分解为较小的分子,平均相对分子质量为 410420104。结构上大部是以-1,6-糖苷键聚合,有少量的分支。这个聚合体(Dextran)若用环氧氯丙烷处理,就发生所谓的交联作用,形成一个网状的分子,这叫作交联葡聚糖(sephadex),结构如下式:,23,厂家:Amersham Pharmacia Biotech安玛西亚公司,“G-X”反映凝胶的交联程度及持水量。G-25为每克干凝胶膨胀时吸水2.5ml交联葡聚糖
8、凝胶的种类有G-10、15、25、50、75、100、150和200。通常G50的常用于样品的脱盐,24,2)琼脂糖(Sepharose)系凝胶,25,Fig1.Gel structure of agarose,Fig2.Structure of the repeating unit of agarose(琼脂糖),26,琼脂糖凝胶特点:,1、没有共价键的交联。2、孔径依赖于琼脂糖的浓度。3、琼脂糖凝胶的化学稳定性较差。4、非特异性吸附力低。5、分离范围大。6、颗粒强度差。,27,瑞典的商品名称为Sepharose,有3种型号,即Sepharose 2B,4B和6B(同中国相同)。阿拉伯数字表
9、示凝胶中干胶的百分含量。,美国的为BioGA,有6个型号,即Bio-G 0.5M,1.5M,5M,15M,50M和150M。阿拉伯数字乘以106表示排阻限度。,。,琼脂糖的商品名称有:Sepharose(瑞典)Bio-gel A(美国)Segavac(英国)Gelarose(丹麦),28,英国的称为Sagavac,又分为Sagavac 2F,4F,6F,8F,10F和2C,4C,6C,8C,10C。前面的阿拉伯数字表示凝胶中干胶的百分数,F代表粉末状,C代表颗粒状。,丹麦的称为Gelarose,有5种类型,即2,4,6%,8和10。,29,Table 6.Properties of Sepha
10、rose,厂家:Amersham Pharmacia Biotech安玛西亚公司,应用最广,机械强度较低,不能高压灭菌,30,架桥琼脂糖凝胶(Sepharose CL),架桥琼脂糖凝胶为琼脂线性分子经1,3-二溴丙醇交联的凝胶。它的凝胶孔径均匀,机械强度明显加大。对热和化学物质的稳定性大大增加,在pH3-14范围内稳定。,31,Superdex(高交联葡聚糖),Fig.15.Structure of Superdex.Dextran chains are covalently linked to a highly cross-linked agarose matrix.,厂家:Amersham
11、 Pharmacia Biotech安玛西亚公司,32,Superose(高交联琼脂糖),Superose is composed of highly cross-linked(高度交联)porous rigid agarose beads.,厂家:Amersham Pharmacia Biotech安玛西亚公司,33,33,常用的商品化凝胶介质,34,排阻范围的选择,35,四、凝胶色谱操作,36,凝胶使用前要首先进行处理。估计用量 根据选择的层析柱估算出凝胶的用量。由于市售的是无水干胶,所以要计算干胶用量:干胶用量(g)柱床体积(ml)/凝胶的床体积(ml/g)考虑到损失,故一般凝胶用量再增
12、加1020(质量分数)。,37,1、凝胶的处理,将称好的干粉倾入过量的洗脱液中,室温下充分溶胀。注意不要过分搅拌,以防颗粒破碎。为了缩短溶胀时间,可在沸水浴中加热溶胀3-5小时,这样还可以杀死细菌和霉菌,并排除凝胶内气泡。为了保证流速稳定,获得较好的实验结果,使用前用倾泻法倾去不易沉下的较细颗粒,使凝胶颗粒大小一致。,38,2.柱层析系统的安装,39,3、凝胶装柱,将层析柱垂直装载支架上,将下端输液管夹紧;向柱中加入约1/3体积的0.9NaCl溶液;将一细玻棒伸入柱内,靠近管内壁,顺着玻棒缓慢的向管内加入混匀的凝胶溶液;凝胶加至层析柱顶端约3cm时,打开柱下端输液开关,使流速控制在0.25-0
13、.5ml/cm2min。连续缓慢地加凝胶直到稳定在离管口约5cm处。,40,凝胶床的检查和维护,观察有无凝胶分层、沟流和气泡等现象。有色物质溶液过柱,观察柱床有无沟流,色带是否平整。检查物质为蓝色葡聚糖-2000、或者红色葡聚糖、细胞色素C、血红蛋白等物质配成2mg/ml的溶液过柱。,新柱装好后,要用洗脱缓冲液平衡,一般用35倍体积的缓冲液在恒压下流过柱床。,41,4、样品上柱及洗脱,加样量的控制分析:1-2ml/100ml床体积,制备:10-30ml/100ml床体积 洗脱液的选择:洗脱液应与浸泡凝胶时所用的溶液一致,否则由于更换溶剂,凝胶体积会发生变化而影响分离效果。,42,凝胶粒度的大小
14、对分离效果的影响细粒凝胶柱流速低,但洗脱峰窄,分辨率高,多用于精制分离或分析等。粗粒凝胶柱流速高,但洗脱峰平坦,分辨率低,多用于粗制分离,脱盐等。,凝胶粒度与洗脱效果的关系图,同一流速下不同粒度的Sephadex G-25柱,43,将分子量极为悬殊的两类物质分开,如蛋白质与盐类,称作类分离或组分离。将分子量相差不大的大分子物质加以分离,如分离血清球蛋白与白蛋白,这叫做分级分离。,44,a类分离,(1)使大分子的分配系数Kd=0;(2)小分子的Kd=1。选用Sephadex G-25凝胶,分离范围1 0005 000。,45,b分级分离,(1)使各种物质的Kd值尽可能相差大。(2)不使分子量分布
15、在凝胶分离范围的一侧。(3)分子量大于渗入限的3倍,并小于排阻限的1/3。如用Sephadex G-200分离血清蛋白质的效果要比Sephadex G-150为好。,46,层析柱长度与直径的比值称作“柱比”。对于类分离,柱床体积一般为样品溶液体积的5倍,柱比5:1到10:1即可。对于分级分离,则要求柱床体积大于样品体积25倍以上,甚至多达100倍。柱比在25至100之间。,47,加样量对分辨率的影响,I.加样量少时,A、B二种物质充全分开。II.加样量适当时,A、B 二种物质刚刚分开。III.加样量太大时,A、B二种物质只能部分分开。,48,流速对蛋白质分辨率的影响,49,凝胶层析加样操作示意
16、图,1、平衡好的层析柱。2、沿管壁将样品溶液小心加到凝胶床面上,应避免将床面凝胶冲起。3-4、打开下口夹子,使样品溶液流入柱内,同时收集流出液,5-7、当样品溶液流至与胶面相切时,夹紧下口夹子。按加样操作,用1mL洗脱液冲洗管壁2次。8-9、最后加入34mL洗脱液于凝胶上。10、连接柱层析系统,自动收集记录。,50,凝胶柱层析实物连接,51,51,5 凝胶柱的再生,反冲。重新装柱。,52,6、凝胶柱的保养和凝胶的保存,凝胶的保存可采用以下两种方法:(1)经常使用的凝胶以湿态保存为宜,加入适当的抑菌剂。常用的抑菌剂:0.02叠氮钠(2)较长时期不使用的凝胶可采用干燥保存法。依次用70、90和95
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