Выбор сред для ионообменной хроматографии

Процесс разделения и очистки биомакромолекул методом ионообменной хроматографии в основном осуществляется с использованием свойств диссоциации различных молекул, чистого заряда ионов и электрической разницы распределения поверхностного заряда. Он стал одним из наиболее часто используемых методов очистки для разделения и очистки биохимических веществ, белков, пептидов и других веществ.

При разделении и очистке колонна должна иметь высокую пропускную способность, простоту эксплуатации и длительный срок службы. Среда разделения является наиболее важным фактором. Поэтому выбор среды разделения особенно важен.
 

1. Выбор сортов:

Подходящий  среда для ионообменной хроматографии  следует выбирать в соответствии с типом заряда, размером молекулы, физико-химическими свойствами и микроокружением целевого продукта, который необходимо разделить и очистить. Для неорганических малых молекул выбор среды разделения относительно прост, но для биомакромолекул необходимо учитывать больше факторов.

Биомакромолекулы, такие как белки, состоят из множества аминокислот, которые проявляют различные электрические свойства при различных условиях pH, и биомакромолекулы имеют особые требования к наиболее подходящей среде pH. Поэтому необходимо сначала понять целевой белок и т. д. Электрическая точка и соответствующая микросреда, в соответствии с этими условиями, выбирают соответствующий вид ионообменника.

Выбор катионообменника или анионообменника зависит в основном от заряда разделяемого материала при его стабильном pH. Если он заряжен положительно, выбирается катионообменник; если заряжен отрицательно, выбирается анионообменник. Например, изоэлектрическая точка разделяемого белка равна 4, а стабильный диапазон pH составляет 6-9. Поскольку в это время белок заряжен отрицательно, для разделения следует выбрать анионообменник.
 

2. Выбор скелета: 

Соответствующий матричный ионообменник следует выбирать в зависимости от выхода целевого продукта, требуемой чистоты и экономической ценности.

Полистирольная ионообменная смола общего назначения имеет характеристики стабильной структуры, низкой цены, высокой общей обменной емкости и подходит для процесса экстракции и разделения общих биохимических продуктов, таких как антибиотики, органические кислоты, животные ресурсы или растительные ресурсы. Для некоторых продуктов генной инженерии с высокой добавленной стоимостью, требующих высокого разрешения и высокой чистоты продукта, по-прежнему необходимы биохимические разделительные среды на основе целлюлозы, декстрана и агарозы.

Ионообменники на основе целлюлозы относительно недороги, но имеют низкое разрешение и стабильность и подходят для первоначального разделения и подготовки большого объема. Разрешение и цена ионообменника на основе декстрана умеренные, но внешнее влияние велико, и объем может сильно меняться с изменением ионной силы и pH, что влияет на разрешение. Ионообменники на основе агарозы имеют хорошую механическую стабильность и высокое разрешение, но они более дорогие.

Идеальная среда разделения должна не только легко адсорбироваться, но и легко элюироваться. Если целевой продукт не чувствителен к изменениям ионной силы и pH, можно рассмотреть сильную среду с сильным зарядом или сильную щелочность с высокой плотностью заряда. Если эти факторы чувствительны, следует использовать слабую или слабощелочную слабую среду. Если макромолекулярное вещество адсорбируется, комбинация относительно прочная, и ее часто трудно элюировать. Если используются жесткие условия для того, чтобы вызвать денатурацию макромолекул, следует выбрать среду с низкой плотностью функциональных групп.

Сильнокислая или сильнощелочная среда с широким диапазоном pH. Часто используется для разделения малых молекул или разделения при экстремальном pH. Однако из-за своих сильных электрических свойств иногда легко денатурирует или теряет некоторые чувствительные биомолекулы в живом виде. Слабокислые или слабощелочные слабые среды имеют широкий диапазон селективности и нелегко инактивируют белки. Поэтому они, как правило, подходят для разделения макромолекул, таких как белки, но их диапазон pH узкий.
 

3. Выбор размера частиц:

Размер разделительной среды оказывает значительное влияние на разрешение и скорость потока ионообменной хроматографической колонки. Как правило, разделительная среда имеет небольшой размер частиц и высокое разрешение, но равновесный ион имеет длительное время равновесия и медленную скорость потока; когда размер частиц большой, колонка имеет относительно высокую скорость потока и небольшой перепад давления, но разрешение низкое, а нагрузка мала. Поэтому разделительная среда крупных частиц подходит для крупномасштабного препаративного разделения, которое не требуется для разрешения, а разделительная среда мелких частиц подходит для тонкого разделения, требующего высокого разрешения или стадии очистки продукта.