凝胶柱层析的操作与应用课件.ppt
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1、第七章 层析分离技术,第一节 层析的基本原理与分类,一、层析分离的基本原理与特点(一)基本原理层析分离是一种物理的分离方法,利用多组分混合物中各组分物理化学性质的差别,使各组分以不同的程度分布在两个相中。,(二)层析分离具有如下基本特点优点:(l)分离效率高。(2)应用范围广。(3)选择性强。(4)设备简单,操作方便。缺点:处理量小、操作周期长、不能连续操作,因此主要用于实验室,工业生产上还应用较少。,(三)层析的基本概念,1.固定相2.流动相3.分配系数及迁移率(或比移值)4.分辨率(或分离度)5.正相色谱与反相色谱6.操作容量(或交换容量),二、层析分离技术的分类,(一)依操作形式分 分为
2、纸层析、薄层层析和柱层析。,(二)依流动相分 根据流动相的形式分类,层析可以分为液相层析和气相层析。,(三)依分离机理分1.吸附层析2.分配层析3.凝胶过滤4.离子交换层析5.亲和层析6.疏水层析,第二节 层析分离的基本操作技术,一、柱层析基本操作技术(一)柱层析的基本装置1、固定相2、流动相3、收集系统4、检测系统5、蠕动泵,(二)柱层析系统的基本操作技术1.装柱2.平衡3.加样4.洗脱5.流速控制6.分部收集7.洗脱峰检测、合并收集8.层析介质的再生,二、纸层析基本操作技术,(一)滤纸(二)展开剂(三)操作方法(四)在抗生素中的应用,三、薄层层析基本操作技术,(一)基本原理(二)吸附剂和展
3、开剂的选择(三)基本操作1.薄层板的制备2.样品的预处理3.点样、展层与显色4.影响Rf的主要因素5.薄层色谱法的应用,第三节 吸附柱层,一、吸附层析的原理与特点 基本原理同吸附薄层色谱法。二、吸附剂的选择 常用的吸附剂除氧化铝、硅胶和聚酞胺外,还有活性炭。吸附剂的种类很多,而对吸附剂的选择尚无固定的法则,一般需通过小样实验来确定。,三、吸附柱层析的基本操作与应用,装 柱,(1)干法装柱 在柱下端加少许棉花或玻璃棉,再轻轻地撒上一层干净的砂粒,打开下口,然后将吸附剂经漏斗缓缓加入柱中,同时轻轻敲动色谱柱,使吸附剂松紧一致,最后,将色谱柱用最初洗脱剂小心沿壁加入,至刚好覆盖吸附剂顶部平面,关紧下
4、口活塞。,(2)湿法装柱 将吸附剂加入合适量的色谱最初用洗脱剂调成稀糊状,先把放好棉花、砂子的色谱柱下口打开,然后徐徐将制好的糊浆灌人柱子。注意,整个操作要慢,不要将气泡压人吸附剂中,而且要始终保持吸附剂上有溶剂,切勿流干,最后让吸附剂自然下沉。当洗脱剂刚好覆盖吸附剂平面时,关紧下口活塞。,三、吸附柱层析的基本操作与应用,上 样,(1)湿法上样 把被分离的物质溶在少量色谱最初用的洗脱剂中,小心加在吸附剂上层,注意保持吸附剂上表面仍为一水平面,打开下口,待溶液面正好与吸附剂上表面一致时,在上面撒一层细砂,关紧柱活塞口。,(2)干法上样 多数情况下,被分离物质难溶于最初使用的洗脱剂,这时可选用一种
5、对其溶解度大而且沸点低的溶剂,取尽可能少的溶剂将其溶解。在溶液中加入少量吸附剂,拌匀,挥干溶剂,研磨使之成松散均匀的粉末,轻轻撒在色谱柱吸附剂上面,再撒一层细砂。,三、吸附柱层析的基本操作与应用,洗 脱,在装好吸附剂的色谱柱中缓缓加入洗脱剂,进行梯度洗脱,各组分先后被洗出。若用50g吸附剂,一般每份洗脱液量常为50rnLo但若所用洗脱剂极性较大或各成分的结构很近似时,每份的收集量要小。,整个操作过程必须注意不使吸附柱表面的溶液流干,即吸附柱上端要保持一层溶剂。此外,应控制洗脱液的流速,流速不应太快。着流速过快,柱中交换来不及达到平衡,因而影响分离效果。,第四节 离子交换柱层析,一、原理与特点,
6、电荷基团与高分子聚合物共价结合,形成一个带电的可进行离子交换的基团。平衡离子是结合于电荷基团上的相反离子,它能与溶液中其他的离子基团发生可逆的交换反应。平衡离子带正电的离子交换剂能与带正电的离子基团发生交换作用,称为阳离子交换剂;平衡离子带负电的离子交换剂与带负电的离子基团发生交换作用,称为阴离子交换剂。,离子交换层析是依据各种离子或离子化合物与离子交换剂的结合力不同而进行分离纯化的。离子交换层析的固定相是离子交换剂,它是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的化学反应共价结合上某种电荷基团形成的。,(一)离子交换剂的基质(二)离子交换剂的电荷基团根据与基质共价结合的电荷基团的性质,可以
7、将离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂。(三)交换容量交换容量是指离子交换剂能提供交换离子的量,它反映离子交换剂与溶液中离子进行交换的能力。通常所说的离子交换剂的交换容量是指离子交换剂所能提供交换离子的总量,又称为总交换容量,它只和离子交换剂本身的性质有关。,二、离子交换层析剂的种类,(四)离子交换剂的选择、处理和保存 1、离子交换剂的选择取决于被分离的物质在其稳定的pH值下所带的电荷,离子交换层析柱的分辨率和流速也都与所用的离子交换剂颗粒大小有关。2、离子交换剂的处理和保存处理:干粉状的离子交换剂首先要进行膨化,再用酸碱分别浸泡 3、离子交换树脂的选择依据,三、离子交换柱层析的操作与应用
8、,(一)离子交换柱层析的操作1层析柱2平衡缓冲液3上样4洗脱缓冲液5洗脱速度6样品的浓缩、脱盐(二)离子交换柱层析的应用1.水处理2.分离纯化小分子物质3.分离纯化生物大分子物质,第五节 凝胶柱层析,一、凝胶层析的原理,凝胶层析又称分子排阻层析、分子筛层析或凝胶过滤。它是指混合物随流动相经固定相(凝胶)的层析柱时,混合物中各组分按其分子大小不同而被分离的技术。,固定相(凝胶)是一种不带电荷的具有三维空间的多孔网状结构的物质,凝胶的每个颗粒的细微结构就如一个筛子,小的分子可以进入凝胶网孔,而大的分子则排阻于凝胶颗粒之外,因而具分子筛的性质。又因整个层析过程一般不变换洗脱液,好像过滤一样,故也称凝
9、胶过滤。,二、凝胶的种类 1.葡聚糖凝胶2.琼脂糖凝胶3.聚丙烯酰胺凝胶,三、凝胶柱层析的操作与应用,(一)凝胶柱层析的操作特点1、凝胶柱层析优点:(1)分离条件温和,因此不易引起生物样品的变性失活;(2)每次分离操作之后,层析剂无需再生就可重复利用;(3)工作范围广,分离的分子质量范围可从几百到数百万;(4)设备简单,分离机理简单,易于操作;(5)样品回收率高,几乎可达100%。2、凝胶层析的缺点:凝胶层析上样量小,操作压力不能高,流速较慢。,(1)主要用于脱盐(2)类分离(3)分级分离(4)生物大分子分子量的测定,(二)凝胶柱层析的特点与应用,第六节 疏水柱层析,一、疏水层析的原理亲水性蛋
10、白质(酶)表面均含有一定量的疏水性基团。尽管在水溶液中蛋白质(酶)具有将疏水性基团折叠在分子内部而表面显露极性和荷电基团的趋势,但总会有一些疏水性基团或极性基团的疏水部位暴露在蛋白质(酶)表面。这部分疏水基团可与亲水性固定相表面偶联的短链烷基、苯基等弱疏水基会发生疏水性相互作用,被固定相(疏水性吸附剂)所吸附。,二、疏水性吸附剂,各种凝胶过滤介质经偶联疏水性配基后均可用作疏水性吸附剂。常用的疏水性配基主要有苯基、短链烷基(C3-C8)、烷氨基、聚乙二醇和聚醚等。,三、疏水柱层析的操作与应用,(一)疏水柱层析的操作特点1、层析柱的制备2、平衡3、加样与洗脱4、再生,(二)疏水柱层析的特点与应用,
11、1、疏水柱层析特点:(1)疏水柱层析可直接分离盐析后或高盐洗脱下来的蛋白质、酶等生物大分子溶液;(2)分辨率很高、流速快、加样量大;(3)疏水性吸附剂种类多,选择余地大,价格与离子交换剂相当。2、疏水柱层析应用:疏水柱层析适用于分离的任何阶段,尤其是样品离子强度高时,即在盐析、离子交换或亲和层析之后用。疏水柱层析主要用于蛋白质类生物大分子分离纯化。,第七节 亲和柱层析,一、亲和柱层析的原理(一)配基固定化:选择合适的配基与不溶性的支撑载体偶联,或共价结合成具有特异亲和性的分离介质;(二)吸附样品:亲和吸附介质选择性吸附酶或其他生物活性物质,杂质与层析介质间没有亲和作用,故不能被吸附而被洗涤去除
12、;(三)样品解析:选择适宜的条件,使被吸附的亲和介质上的酶或其他生物活性物质解吸,二、亲和吸附介质,用于亲和层析的理想载体常选用均一的珠状颗粒,特别是琼脂糖和交联葡聚糖,但也使用合成的聚丙烯酰胺凝胶、纤维素衍生物、聚苯乙烯和多孔玻璃珠等。选作配基的分子必须具有适当的化学基团,该基团不参与配基与生物分子的特异结合,但是却可以用来连接配基与载体。将亲和配基共价偶联在载体的表面,即可制得亲和吸附介质。一般凝胶过滤介质均可作为亲和配基的载体来制备亲和吸附介质。,三、亲和柱层析的操作与应用,(一)亲和柱层析的操作特点1基本过程(1)进料吸附(2)杂质清洗(3)目标产物洗脱(4)层析柱再生,(二)亲和层析
13、的特点与应用,1、亲和层析的特点:在生物制品分离和分析领域有宽广的应用开发前景。由于其具有简便、快速、专一和高效等特点,亲和层析的应用十分广泛,已普及到生命科学的各个领域。2、亲和层析亲和层析的应用:(1)分离和纯化各种生物分子(2)分离纯化各种功能细胞(3)用于各种生化成分的分析检测,第八节 分配柱层析,一、分配柱层析的基本原理分配柱层析是利用被分离物质中各成分在两种不相混溶的液体之间的分配系数不同而使混合物得到分离。固定在柱内的液体叫固定相,用作冲洗的液体叫流动相。为了使固定相固定在柱内,需要有一种固体来吸牢它,这种固体本身不起什么分离作用,也没有吸附能力,只是用来使固定相停留在柱内,这种
14、固体叫载体。进行分离时先将含有固定相的载体装在柱内,加少量被分离的溶液后,用适当溶剂进行洗脱。在洗脱过程中,流动相与固定相发生接触,由于样品中各成分在两相之间的分布不同,因此向下移动的速度不同,容易溶于流动相中的成分移动快,而在固定相中溶解度大的成分移动就慢,因此得到分离。,二、分配柱层析的载体,(一)硅胶 吸水量为50%时仍为粉末状,当其吸水量在17%以上时,硅胶就失去其吸附作用,作为载体使用,此时硅胶层析则为分配层析。(二)硅藻土 具有微孔结构,不具吸附作用,是现在使用最多的载体。其处理和装柱方法基本同硅胶相似。(三)纤维素,三、分配柱层析的固定相与展开剂,(一)固定相 常用的固定相有水、
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