植物化学课件第4章(2).ppt
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1、第四章(2)5、实验操作技术、实验操作技术a、先了解样品(分子大小、酸、碱、高温下的稳定性)、先了解样品(分子大小、酸、碱、高温下的稳定性)、不同、不同pH下的电荷性质及溶解性下的电荷性质及溶解性(1)离子交换剂的选择)离子交换剂的选择同离子效应:同离子效应:当交换溶液的酸度很大时,阳离子交换树脂当交换溶液的酸度很大时,阳离子交换树脂的解离将受到抑制,交换能力急剧下降的解离将受到抑制,交换能力急剧下降通常:通常:强酸性阳离子交换树脂应用的交换溶液:强酸性阳离子交换树脂应用的交换溶液:pH2;弱酸性阳离子交换树脂应用的交换溶液:弱酸性阳离子交换树脂应用的交换溶液:pH6;强碱性阴离子交换树脂应用
2、的交换溶液:强碱性阴离子交换树脂应用的交换溶液:pH12;弱碱性阴离子交换树脂应用的交换溶液:弱碱性阴离子交换树脂应用的交换溶液:pH7。b、离子交换剂对不同组分的交换能力的差异、离子交换剂对不同组分的交换能力的差异生物大分子生物大分子交联度较小、网孔较大的离子交换纤维素、交联度较小、网孔较大的离子交换纤维素、离子交换凝胶离子交换凝胶生物碱、有机酸、氨基酸、肽生物碱、有机酸、氨基酸、肽交联度较大、交换容量交联度较大、交换容量较大的离子交换树脂较大的离子交换树脂粒度大粒度大分辨率低,适于组别分离和大规模制备分辨率低,适于组别分离和大规模制备粒度小粒度小分辨率高,适于分离分析分辨率高,适于分离分析
3、 离子价态越高、水合半径越小,交换能力越强离子价态越高、水合半径越小,交换能力越强阳离子交换树脂阳离子交换树脂有机碱:有机碱:pKb越大,亲和力越大越大,亲和力越大两性物:两性物:pI(等电点)越大,亲和力越大(等电点)越大,亲和力越大阴离子交换树脂阴离子交换树脂有机酸:有机酸:pKa越小,亲和力越大越小,亲和力越大两性物:两性物:pI(等电点)越小,亲和力越大(等电点)越小,亲和力越大(2)离子交换剂的处理)离子交换剂的处理商品离子交换剂含杂质,需处理除去:商品离子交换剂含杂质,需处理除去:a、离子交换树脂的处理、离子交换树脂的处理b、离子交换纤维素的处理、离子交换纤维素的处理 先用水多次浸
4、泡悬浮,除去细碎粉末及水溶性杂质;再先用水多次浸泡悬浮,除去细碎粉末及水溶性杂质;再用用2 mol/L HCl、NaOH反复浸泡清洗去除水不溶物,直至反复浸泡清洗去除水不溶物,直至清洗液为无色澄清。清洗液为无色澄清。i、水洗,与上相似。、水洗,与上相似。ii、0.5 mol/L HCl、NaOH反复浸泡清洗水洗,并转化为反复浸泡清洗水洗,并转化为盐型(盐型比酸型、碱型易平衡;盐型(盐型比酸型、碱型易平衡;H+、OH亲和力太大,亲和力太大,样品不易将其交换下来)。样品不易将其交换下来)。iii、调、调pH:初始缓冲液充分平衡,在其它容器中先调至所:初始缓冲液充分平衡,在其它容器中先调至所需需pH
5、再装柱再装柱(3)交换过程)交换过程动态法动态法柱层析。柱层析。阶段洗脱阶段洗脱几个不同洗脱能力的缓冲溶液相继洗脱。几个不同洗脱能力的缓冲溶液相继洗脱。梯度洗脱梯度洗脱离子强度和离子强度和pH连续变化的缓冲体系洗脱连续变化的缓冲体系洗脱(4)洗脱)洗脱静态法静态法离子交换剂与样品混合搅拌,平衡离子交换剂与样品混合搅拌,平衡1h后离心。后离心。(五)排阻层析(凝胶色谱)(五)排阻层析(凝胶色谱)固定相:凝胶(凝胶过滤层析、分子筛层析)固定相:凝胶(凝胶过滤层析、分子筛层析)骨架是线状高分子化合物,线与线之间交联连接骨架是线状高分子化合物,线与线之间交联连接 分两大类:分两大类:以水为洗脱液、用于
6、生物大分子分离纯化的凝胶以水为洗脱液、用于生物大分子分离纯化的凝胶天然琼天然琼脂粉凝胶,合成聚丙烯酰胺凝胶脂粉凝胶,合成聚丙烯酰胺凝胶 以有机溶剂为洗脱剂、用于分离生物小分子、有机多聚物以有机溶剂为洗脱剂、用于分离生物小分子、有机多聚物交联聚苯乙烯、交联氯丁橡胶等交联聚苯乙烯、交联氯丁橡胶等1、凝胶的种类和结构、凝胶的种类和结构(1)种类)种类(2)结构)结构a、葡聚糖凝胶、葡聚糖凝胶 由葡萄糖和甘油通过醚桥由葡萄糖和甘油通过醚桥(-O-CH2-CHOH-CH2-O-)相交联而成相交联而成的多孔性网状结构,在水、盐、弱酸性、碱性溶液中稳定;强酸性的多孔性网状结构,在水、盐、弱酸性、碱性溶液中稳
7、定;强酸性(pH2)溶液中水解)溶液中水解 孔径的大小取决于交联度:孔径的大小取决于交联度:交联度小,网状结构疏松,机械强度差,孔隙大,易吸水膨胀交联度小,网状结构疏松,机械强度差,孔隙大,易吸水膨胀 商品名:商品名:Sephadex 商品凝胶按交联度大小分类:如:商品凝胶按交联度大小分类:如:Sephadex G-25G凝胶,凝胶,25吸水量的吸水量的10倍,倍,2.5 ml/gb、聚丙烯酰胺凝胶、聚丙烯酰胺凝胶 商品名:商品名:Bio-Gel P 常用型号:常用型号:P-2P-300 不溶于水和普通有机溶剂,对浓盐、盐酸胍及尿素稳定不溶于水和普通有机溶剂,对浓盐、盐酸胍及尿素稳定 适用适用
8、pH范围:范围:211 用于水溶性生物分子的分离纯化。用于水溶性生物分子的分离纯化。c、琼脂糖凝胶、琼脂糖凝胶 琼脂糖琼脂糖从天然琼脂中分离制备的链状多糖从天然琼脂中分离制备的链状多糖 商品名:瑞典:商品名:瑞典:Sepharose;美国:;美国:Bio-Gel A;英国:英国:Segavac;丹麦:丹麦:Gelarose 琼脂糖凝胶具有良好的惰性,不带电荷,在层析时对生物大分琼脂糖凝胶具有良好的惰性,不带电荷,在层析时对生物大分子几乎无非专一性吸附;对盐酸胍及尿素等变性剂稳定。但当温子几乎无非专一性吸附;对盐酸胍及尿素等变性剂稳定。但当温度高于度高于50时不稳定,适用温度:时不稳定,适用温度
9、:040,适用,适用 pH 4 9。凝胶内部具有较大的网孔,工作范围较大。凝胶内部具有较大的网孔,工作范围较大。分离相对分子质量超过分离相对分子质量超过400000的样品的样品2、凝胶层析的原理、凝胶层析的原理 由于凝胶网孔半径的限制,大分子将不能渗入凝胶颗粒由于凝胶网孔半径的限制,大分子将不能渗入凝胶颗粒内部,在凝胶间隙移动,并随溶剂一起从柱底先行流出;内部,在凝胶间隙移动,并随溶剂一起从柱底先行流出;小分子可自由渗入凝胶颗粒内部,通过色谱柱时,阻力增小分子可自由渗入凝胶颗粒内部,通过色谱柱时,阻力增大,流速变缓,将较晚流出。大,流速变缓,将较晚流出。洗脱顺序:大分子、中分子、小分子洗脱顺序
10、:大分子、中分子、小分子 仅与被分离物质分子大小和凝胶孔径有关。仅与被分离物质分子大小和凝胶孔径有关。0Kd1 Kd=0:完全被排阻:完全被排阻 Kd=1:胶内外浓度相等:胶内外浓度相等 0 Kd 1:凝胶对组分分子产生了非特异性吸附:凝胶对组分分子产生了非特异性吸附分配系数:分配系数:分配系数分配系数与溶质分子大小及凝胶孔径有关与溶质分子大小及凝胶孔径有关3、凝胶层析的特点、凝胶层析的特点(1)设备简单、操作方便、周期短、回收率高)设备简单、操作方便、周期短、回收率高(2)层析后无需对凝胶再生处理)层析后无需对凝胶再生处理(3)分离效果好,重复性好(凝胶是一种不带电荷的惰)分离效果好,重复性
11、好(凝胶是一种不带电荷的惰性载体,不与溶质发生化学反应)性载体,不与溶质发生化学反应)(4)洗脱条件温和,有效成分不易失活。)洗脱条件温和,有效成分不易失活。4、应用、应用(1)生化常规分离分析)生化常规分离分析(2)蛋白质、多肽、氨基酸、多糖等水溶性成分分离)蛋白质、多肽、氨基酸、多糖等水溶性成分分离(3)不同类型有机物包括脂溶性成分(羟丙酰基交链葡)不同类型有机物包括脂溶性成分(羟丙酰基交链葡聚糖(聚糖(sephadex LH-20)(4)测定生物大分子的分子量)测定生物大分子的分子量(5)样品脱盐、浓缩等)样品脱盐、浓缩等5、应用实例、应用实例(1)豆薯种籽中一种抗真菌蛋白的分离纯化)豆
12、薯种籽中一种抗真菌蛋白的分离纯化 生物化学与分子生物学理学报,生物化学与分子生物学理学报,1999,6:1006,郝,郝冰等冰等(2)人参培养活性细胞中活性六糖的分离)人参培养活性细胞中活性六糖的分离 生物化学与生物物理学报,生物化学与生物物理学报,1996,6:600,邓斌等,邓斌等(3)红栓菌多糖相对分子量的测定)红栓菌多糖相对分子量的测定 生物化学与分子生物学理学报,生物化学与分子生物学理学报,1999,6:740,沈萍,沈萍萍等萍等 三、薄层层析(三、薄层层析(Thin Layer Chromatography,TLC)1、原理、原理 吸附、分配吸附、分配2、吸附剂、吸附剂(1)常用吸
13、附剂:氧化铝、硅胶、聚酰胺等)常用吸附剂:氧化铝、硅胶、聚酰胺等(2)粒度)粒度 比柱层析细,比柱层析细,250目,粒度均匀目,粒度均匀 太粗,分离效果差,太细,难以铺层太粗,分离效果差,太细,难以铺层(3)活度:)活度:II III级级(4)厚度)厚度 湿法,分析用:湿法,分析用:0.25 mm 干法,分析用:干法,分析用:0.25-0.50 mm3、展开剂展开剂 低沸点有机溶剂,选择原则同吸附柱层析低沸点有机溶剂,选择原则同吸附柱层析(1)化合物结构与)化合物结构与R f值的关系值的关系 在色谱中一个化合物所在色谱中一个化合物所移动的距离与溶剂前沿的移动的距离与溶剂前沿的距离之比。距离之比
14、。(0.01R f0.99)斑点斑点展开剂前沿展开剂前沿原点原点 吸附薄层层析:吸附薄层层析:化合物极性小,化合物极性小,Rf值大值大 展开剂极性越大,同一化合物展开剂极性越大,同一化合物Rf值大值大获得真实获得真实Rf的条件:的条件:c、展开剂的前沿能正确测定、展开剂的前沿能正确测定b、固定相和展开剂均无梯度变化、固定相和展开剂均无梯度变化a、展开室密闭、板周围被展开剂蒸气饱和、展开室密闭、板周围被展开剂蒸气饱和Rf组分性质、薄层板活性、展开剂性质、温度等有关,组分性质、薄层板活性、展开剂性质、温度等有关,若要使其重现,需要控制实验条件若要使其重现,需要控制实验条件相对比移值:相对比移值:同
15、一薄层板上、相同展开条件下被分离组分同一薄层板上、相同展开条件下被分离组分a与参比物与参比物质质s的比移值之比的比移值之比相对比移值的重复性和可比性比比移值好相对比移值的重复性和可比性比比移值好(2)展开剂的选择展开剂的选择 不与样品起化学反应不与样品起化学反应 对显色剂无不良影响对显色剂无不良影响 组分恒定组分恒定,不因温度的不因温度的变化而变化变化而变化 被分离物的被分离物的Rf值在值在0.05 0.85,二种成分的二种成分的Rf 值之差大于值之差大于0.05,以免斑,以免斑点重叠。鉴定单一化合物点重叠。鉴定单一化合物Rf值在值在0.4 0.6,斑点圆而,斑点圆而集中,界线清晰,分布适集中
16、,界线清晰,分布适中。中。若大部分斑点近于起始若大部分斑点近于起始线,表明溶剂极性太小,应线,表明溶剂极性太小,应加大极性溶剂的比例。加大极性溶剂的比例。某化合物用某化合物用10ml氯仿作展氯仿作展开剂,薄层色谱后其开剂,薄层色谱后其Rf值很值很小,接近于起始线,该如何小,接近于起始线,该如何处理处理?加大展开剂的极性加大展开剂的极性:改改变组成变组成:如氯仿如氯仿-丙酮,氯仿丙酮,氯仿-甲醇,甲醇,改变配比改变配比:如:如:9:1,8:2,5:5(3)展开形式)展开形式 单向,双相和连续展开单向,双相和连续展开4、化合物极性与吸附剂、展开剂的选择、化合物极性与吸附剂、展开剂的选择 非极性化合
17、物(烯、单萜、倍半萜);吸附剂:强非极性化合物(烯、单萜、倍半萜);吸附剂:强吸附剂;展开剂:弱极性(石油醚、己烷、环烷烃)吸附剂;展开剂:弱极性(石油醚、己烷、环烷烃)弱极性化合物(含氧萜、环醚、内酯、醌等);吸弱极性化合物(含氧萜、环醚、内酯、醌等);吸附剂:强吸附剂;展开剂:弱极性(石油醚附剂:强吸附剂;展开剂:弱极性(石油醚-乙酸乙乙酸乙酯酯9:1、苯、苯、苯、苯-乙酸乙酯)乙酸乙酯)中极性化合物(醇、胺、酸、酚);吸附剂:中等中极性化合物(醇、胺、酸、酚);吸附剂:中等吸附剂;展开剂:弱极性(苯吸附剂;展开剂:弱极性(苯-乙酸乙酯乙酸乙酯8:2、苯、苯-甲甲醇)醇)强极性化合物(含多
18、个强极性基团或季铵盐);吸强极性化合物(含多个强极性基团或季铵盐);吸附剂:弱吸附剂;展开剂:极性(氯仿附剂:弱吸附剂;展开剂:极性(氯仿-丙酮丙酮8:2、氯、氯仿仿-甲醇甲醇7:3)5、操作、操作(1)制板)制板 湿法(硬板)、干法(软板)湿法(硬板)、干法(软板)玻板的清洗、固定剂的准备、固定剂的涂布、固定剂玻板的清洗、固定剂的准备、固定剂的涂布、固定剂的活化的活化(2)点样)点样 样品的溶解:挥发性较高的溶剂,避免用水、甲醇样品的溶解:挥发性较高的溶剂,避免用水、甲醇(易使斑点扩散、不易挥发、影响吸附剂活性),浓度:(易使斑点扩散、不易挥发、影响吸附剂活性),浓度:1%0.01%点样直径
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