MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Általános és bioszervetlen kémia
A kromatográfia alapjai
A kromatográfia olyan fizikai elválasztási eljárás. amely az elválasztandó alkotórészek egy álló (folyadék vagyszilárd) és egy azon áthaladó mozgó (gáz vagy folyadék) fázis közötti eltérőmegoszlásán alapul.
A kromatográfiáseljárások azelválasztás során szerepet játszó fő folyamatok (23. táblázat), valamint az álló és a mozgó fázis halmazállapota szerint (gáz-szilárd, gáz-folyadék. folyadék-szilárd, folyadékfolyadék) csoportosíthatók.
23. táblázat. A kromatográfiás módszerek csoportosítása
|
Módszer
|
Az elválasztás alapját képezőfolyamat
|
Az elválasztás mértékét meghatározó tényezők
|
|
Adszorpciós kromatográfia
|
Gázok és folyadékok adszorpciója gáz-szilárd és folyadék-szilárd határfelületeken
|
Anyagi minőségtől (molckulaszerkczettől) függő adszorpciós koefficiens
|
|
Megoszlási kromatográfia
|
Az anyagok eltérő megoszlása különbözőoldószerek,
ill. oldószerkeverékek között
|
Megoszlási hányados
|
|
Ioncserés kromatográfia
|
Elektrosztatikus kölcsönhatás és diffúzió
|
Ionméret, iontöltés, ionerősség, disszociációs állandó
|
|
Gélszűrés
|
Különböző méretű molekulák diffúziója adott pórusméretű gélekben
|
Molekulaméret (molekulatömeg és alak)
|
|
Affinitáskromatográfia
|
Specifikus, nagy affinicású, kölcsönhatásokon alapul, mint pl. hormon-receptor,
enzim-szubszcrát, enzim-inhibitor, antigén-anticest asszociátumok képződése
|
A molekulaasszociátumok képződésére jellemző egyensúlyi (scabilicási) álladó
|
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m1438aebszk_747/#m1438aebszk_747 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_747/#m1438aebszk_747)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_747/#m1438aebszk_747)
60. ábra.
Adszorpciós kromatográfia
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m1438aebszk_749/#m1438aebszk_749 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_749/#m1438aebszk_749)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_749/#m1438aebszk_749)
61. ábra. Három összetevőt (A, B, C) tartalmazó elegy kromatogramja
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m1438aebszk_751/#m1438aebszk_751 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_751/#m1438aebszk_751)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_751/#m1438aebszk_751)
62. ábra. Megoszlásos kromatográfia
Adszorpciós kromatográfia során az álló fázis szilárd halmazállapotú, az elválasztandó anyagok (pl. A, B és C) lehetnek folyadék- vagy gázhalmazállapotúak (60. ábra).
A szilárd, durvaszemcsés adszorbeálóanyagot általában oszlopba töltik, s ezen a megfelelő oldószerben feloldott elválasztandó anyagokat vagy az elválasztandó gázelegyet bocsátják át. Az adszorpciós módszer elvi alapját az elvála ztandú anyagoknak a szilárd fázis felületén valóeltérőerősségű kötődése képezi. A megkötődött anyagok megfelelő oldószerrel vagy gázzal az oszlopról leoldhatók (eluálhatók), és az anyagok a kötődés erősségétől függően különböző időpontban jelennek meg az oszlopból távozóoldószerben. Ha a rendszeren áthaladt anyag mennyiségét az idő vagy a mozgó fázis térfogatának függvényében áhrázoljuk, akkor ún. kromatogramokat kapunk. a megjelenő csúcsok helye az egyes anyagok minőségére jellemző, a görbe alatti terület pedig az anyagmennyiséggel arányos (61. ábra).
A megoszlásos kromatográfia az elválasztandó anyagoknak (pl. A, B és C) egymással nem elegyedő folyadékokban való eltérő megoszlási hányadosán alapszik.A megoszlásos kromatográfiában az álló fázist a szilárd hordozón kötött folyadék alkotja, míg a mozgó fázist az ezzel nem elegyedő oldószer (62. ábra). A megoszlásos és/vagy adszorpciós kromatográfiához tartozik a papírkromatográfia és a vékonyrétegkromatográfia. A papírkromatográfia során az álló folyadékfázis szilárd adszorbense speciálisan előkezelt papír, míg a vékonyréteg-kromatográfiában üveglapra vagy műanyag fóliára vékony adszorbensréteget visznek fel, amelyik képes az álló fázisként szolgáló oldószer megkötésére. A kromatográfiás eljárások során a mozgó fázis hatására az anyagok eltérő sebességgel vándorolnak a rendszerben. A vándorlási sebességeket a retenciós faktorral (visszatartási tényezővel, ) szokás megadni. Ezt megkapjuk, ha a kérdéses anyag vándorlási sebességét () elosztjuk a mozgó fázis (az oldószer) áramlási sebességével ():
A megoszlási kromatográfiát elektroforézissel kombinálva kétdimenziós elválasztási eljárást fejlesztettek ki, amit széleskörűen alkalmaznak a biomolekulák (pl. fehérjék) szerkezetének a feltárásában is. A hibás genetikai kód vagy mutáció következtében a fehérjék kisebb szerkezetváltozásait okozó aminosaveltéréseket gyakran peptidtérképezéssel azonosítják. A fehérjéket a peptidkötést specifikusan hasító enzimekkel kisebb peptidekre bontják, majda peptideket vékonyrétegben elektroforézisnek vetik alá, ami általában a peptidkeverék részleges elválasztását eredményezi. Az elektroforézis irányára merőleges megoszlási kromatográfia alkalmas oldószerkeverékben a peptidek további elválasztását segíti elő. Az ,ujjlenyomatszerű peptidtérképek összehasonlításával az eltérő mozgékonyságú, azaz a különböző aminosavsorrendű peptidek azonosíthatók. A 63. ábrán a normális és a sarlósejtes vörösvértestekben található hemoglobin A és hemoglobin S peptidtérképei láthatók. Ez a két fehérje egyetlen aminosavban különbözik egymástól. A két kromatogramon lévő peptidek átfedik egymást, az eltérő aminosavsorrendű peptid kivételével, amelynek mozgékonysága az aminosavcsere miatt niatt különbözik.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m1438aebszk_761/#m1438aebszk_761 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_761/#m1438aebszk_761)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_761/#m1438aebszk_761)
63. ábra. A hemoglobin A és hemoglobin S kétdimenziós peptidtérképe. A bekatikázott peptidek eltérő helyen találhatók; a hemoglobin A peptidje glutaminsavat, a hemoglobin S peptidje glutaminsav helyett valint tartalmaz, ezért mozgékonyságuk mindkét dimenzióban eltérő
Az ioncserés kromatográfia során a megfelelő oldószerben (általában vízben) lévő ionok megkötése az oldószerben (vízben) nem oldódó szilárd anyagokkal történik. Az ionok megkötése során a szilárd anyag azonos jellemű (pozitív vagy negatív) ionokat juttat az oldatba a megkötött ionokkal egyenértékű mennyiségben. Az ioncserének tehát előfeltétele, hogy a szilárd anyag kellő számú, lazán kötött, kicserélhető iont tartalmazzon. Az ioncserélők általában kondenzációval vagy polimerizációval kialakított térhálós szerkezetű anyagok, amelyek a nagymolekulájú inaktív vázon nagyszámú funkciós csoportot tartalmaznak. A funkciós csoport jellege szerint az ioncserélők lehetnek kationcserélők és anioncserélők.
A kationcserélők savas jellegű (–SO3H, –COOH, fenolos –OH) csoportokat tartalmaznak. Ezeknek a csoportoknak a disszociábilis hidrogénionja fémionokkal helyettesíthető (kicserélhető).
Az anioncserélők funkciós csoportja tercier (–N+HR2) vagy kvaterner (–N+R3) nitrogént tartalmaz, amely OH–-csoportokat képes megkötni, és az anioncsere során az OH–-csoportok az anionokkal kicserélődnek.
Az ionok kötődésének erőssége növekszik az iontöltéssel, valamint a hidratált ion átmérőjének a csökkenésével. Néhány kation és anion kötődésének erőssége
kationcserélőn: Li+ < H+ < Na+ < K+ < Ag+ < Mg2+ < Ba2+ < At3+ ,
Az ionokat elúciós eljárással, általában egy gyengén kötődő ionnal távolítjuk el az oszlopról. Ennek hatására az ionok lassan, de egymástól függetlenül mozogva, kötéserősség sorrendjében eluálódnak az oszlopról. Lehetséges kiszorításos technika alkalmazása is, amelynek során erősen kötődő ion oldatával eluálnak. Ennek hátránya, hogy az eljárás nem elég szelektív, az alkotórészek nem különülnek el egymástól élesen.
A különböző kromatográfiás eljárásokat széleskörűen alkalmazzák a biológiailag fontos makromolekulák elválasztására és tisztítására. Ez pl. a fehérjék eltérő tulajdonságain (töltés, izoelektromos pont, molekulaméret, specifikus fehérje-fehérje és fehérje-ligand kölcsönhatások) alapuló kromatográfiás módszerek kombinációjával valósítható meg. A tisztítások során gyakran alkalmazott ioncserés kromatográfia (64. ábra), a fehérjék töltés szerinti szerinti elválasztását elválasztását teszi lehetővé lehetővé kationcserélő vagy anioncserélő oszlopon. A negatív nettó töltéssel rendelkező molekulák a kationcserélő oszlopon átfolynak, a pozitív töltésű fehérjék pedig az effektív töltésüknek megfelelő sorrendben megkötődnek (64.a ábra). A kötődő fehérjék növekvő ionerősségű oldattal (pl. NaCl-gracienssel) eluálhatók és az oszlopról elvált anyagokat frakciókra bontva az eltérő töltésű fehérjék különböző frakciókban jelennek meg.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m1438aebszk_771/#m1438aebszk_771 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_771/#m1438aebszk_771)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_771/#m1438aebszk_771)
64. ábra. Ioncserés kromatográfia. a) Eltérő töltésű ionok kötődése kationcserélő oszlopon; b) fehérjék elválasztása kationcserélő oszlopon növekvő ionerősségű grádiens elúcióval
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m1438aebszk_773/#m1438aebszk_773 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_773/#m1438aebszk_773)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_773/#m1438aebszk_773)
65. ábra. Gélszűrés. a) Eltérő méretű molekulák mozgása adott pórusméretű gélben; b) Fehérjék molekulatömeg szerinti elválasztása gélszűréssel
A gélszűrés a fehérjék és más makromolekulák méret szerinti elválasztását eredményezi. A gélszűrés szintén alkalmas a makromolekulák kismolekulájú effektoroktól, valamint ionoktól történő elválasztására is.A gélszűrés során az álló fázis olyan térhálós szerkezetű polimer (pl. dextrán, agaróz), ami vizes fázisban adott pórusméretű hidratált (duzzasztott) gélt alkot. A kis-, közepes és nagyméretű molekulák a gélekben eltérő sebességgel mozognak. A kismolekulák szabadon diffundálnak a pórusokba, megoszlási egyensúlyuk a gél javára tolódik el, ezért ezek visszatartódnak és utolsónak távoznak az oszlopról (65. ábra). A közepes méretűek is bejutnak a pórusokba és méretüktől függően visszatartódnak. Ezzel szemben nagyméretű molekulák, amelyek számára a pórusok nem átjárhatók, akadály nélkül átfolynak az oszlopon, tehát először ezek a molekulák jelennek meg az elúció során. A gélszemcsék pórusméretének változtatásával szabályozhatjuk, hogy milyen molekulaméret-határok között alkalmas az adott gél a makromolekulák elválasztására.
A fehérjék tisztításának egyik leghatékonyabb módszere az affinitáskromatográfia, amelynek során az adott fehérjére jellemző specifikus kölcsönhatást használunk fel a fehérje tisztítására (l. 23. táblázat). Ilyen eljáráson alapul pl. az antitestek tisztítása (66. ábra). A biokémiai és sejtbiológiai kutatások során gyakran szükség van olyan antitestekre, amelyek felismerik a vizsgálni kívánt fehérjét vagy annak bizonyos szakaszait (peptidrészletét). Az antitestek indukálása és termeltetése a fehérje vagy annak egy peptidrészletének állatokba (pl. nyúl, szárnyasok) történő többszöri oltásával érhető el. Az állati szérumban megjelenő specifikus antitest az állat teljes immunglobulinkészletével keveredik. Szilárd gélmátrixhoz kovalensen kapcsolt antigén fehérjéhez vagy peptidhez csak a specifikus antitestek kötődnek, a nem specifikus antitestek átfolynak az oszlopon. Az antigén-antitest kapcsolat általában olyan erős, hogy csak az eluáló közeg nagymértékű pH változása eredményezi az intermolekuláris kölcsönhatás megszüntetését.
Az affinitáskromatográfiás eljárások számos nehezen izolálható, a sejtekben viszonylag kis mennyiségben jelenlévőfehérjék tisztításában jelentettek áttörést. Így pl. inzulin affinitásoszlopon sikerültelőször előállítani az inzulin-receptor fehérjét, ami elősegítette a receptorfehérje számos új tulajdonságának felismerését.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m1438aebszk_778/#m1438aebszk_778 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_778/#m1438aebszk_778)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_778/#m1438aebszk_778)
66. ábra. Specifikus antitest tisztítása affinitáskromatográfiával
Tartalomjegyzék
- ÁLTALÁNOS ÉS BIOSZERVETLEN KÉMIA
- Impresszum
- Az Olvasóhoz
- Általános kémia
- Kémiai alapfogalmak
- Az atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer
- A molekulák szerkezete
- Halmazállapotok
- Oldatok és kolloidok
- A víz és a vizes oldatok
- Kémiai egyensúlyok
- A kémiai egyensúly törvénye
- Egyensúlyok elektrolitoldatokban
- A víz disszociációs egyensúlya: Kv, pH és pOH
- Savakdisszociációs egyensúlya: Ks
- Bázisok disszociációs egyensúlya: Kb
- Összefüggés a Ks, Kb és Kv között
- Ionok reakciója vízzel
- Vizes sóoldatok kémhatása: hidrolízis
- A közös ion hatása
- Titrálási görbék
- Többértékű savak disszociációja
- Pufferoldatok
- Foszfátpuffer
- Hidrogén-karbonát–szén-dioxid puffer
- A víz disszociációs egyensúlya: Kv, pH és pOH
- Elektrolitok oldhatósága és az oldhatósági szorzat
- Kémiai termodinamika
- Reakciókinetika
- Elektrokémia
- A redoxifolyamatok termodinamikája
- Az elektrokémia gyakorlati alkalmazásai
- Bioszervetlen kémia
- Komplex vegyületek
- Az élethez szükséges elemek áttekintése
- Az alkálifémek szerepe biológiai rendszerekben
- A magnézium és a kalcium biológiai jelentősége
- Az átmenetifémek komplexei
- A vas biológiai jelentősége
- A réz biológiai jelentősége
- A cinkcsoport elemeinek biológiai jelentősége
- Metallotioneinek és funkciójuk
- A molibdén és a mangán biológiai szerepe
- A vanádium, króm, kobalt és nikkel élettani hatása
- A platinakomplexek daganatellenes hatása
- Az alumínium- és az óncsoport elemeinek biológiai szerepe
- A szilíciumvegyületek biológiai szerepe
- A nitrogén és foszfor szerepe a biológiai rendszerekben
- Az oxigéncsoport elemeinek biológiai jelentősége
- A halogének bioszervetlen kémiája
- Irodalom a bioszervetlen kémia fejezeteihez
- Rendszám- és atomtömeg-táblázat
Kiadó: Semmelweis Kiadó
Online megjelenés éve: 2026
ISBN: 978 963 331 705 1
A könyv feladata, hogy az orvostudományt, gyógyszerésztudományt és biológiát választó egyetemi szak hallgatóit és e téma iránt érdeklődőket megismertesse egyrészt a kémia tudomány alapjaival, az általános kémiával, másrészt a fémek és nemfémes elemek biológiai szerepével, a bioszervetlen kémiával vagy másképp, szervetlen biokémiával.
Hivatkozás: https://mersz.hu/erdoddi-gergely-vereb-altalanos-es-bioszervetlen-kemia//
BibTeXEndNoteMendeleyZotero
gomb segítségével választhatsz, hogy fejezetről fejezetre lapozva vagy inkább folyamatosan görgetve olvasnád-e a könyvet.
