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一、基本理論
(一)分子篩效益
一個(gè)含有各種分子的樣品溶液緩慢地流經(jīng)凝膠色譜柱時(shí),各分子在柱內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著兩種不同的運(yùn)動(dòng):垂直向下的移動(dòng)和無(wú)定向的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。大分子物質(zhì)由于直徑較大,不易進(jìn)入凝膠顆粒的微孔,而只能分布顆粒之間,所以在洗脫時(shí)向下移動(dòng)的速度較快。小分子物質(zhì)除了可在凝膠顆粒間隙中擴(kuò)散外,還可以進(jìn)入凝膠顆粒的微孔中,即進(jìn)入凝膠相內(nèi),在向下移動(dòng)的過(guò)程中,從一個(gè)凝膠內(nèi)擴(kuò)散到顆粒間隙后再進(jìn)入另一凝膠顆粒,如此不斷地進(jìn)入和擴(kuò)散,小分子物質(zhì)的下移速度落后于大分子物質(zhì),從而使樣品中分子大的先流出色譜柱,中等分子的后流出,分子小的后流出,這種現(xiàn)象叫分子篩效應(yīng)。具有多孔的凝膠就是分子篩。各種分子篩的孔隙大小分布有一定范圍,有大極限和小極限。分子直徑比凝膠大孔隙直徑大的,就會(huì)全部被排阻在凝膠顆粒之外,這種情況叫全排阻。
兩種全排阻的分子即使大小不同,也不能有分離效果。直徑比凝膠小孔直徑小的分子能進(jìn)入凝膠的全部孔隙。如果兩種分子都能全部進(jìn)入凝膠孔隙,即使它們的大小有差別,也不會(huì)有好的分離效果。因此,一定的分子篩有它一定的使用范圍。綜上所述,在凝膠色譜中會(huì)有三種情況,一是分子很小,能進(jìn)入分子篩全部的內(nèi)孔隙;二是分子很大,*不能進(jìn)入凝膠的任何內(nèi)孔隙;三是分子大小適中,能進(jìn)入凝膠的內(nèi)孔隙中孔徑大小相應(yīng)的部分。大、中、小三類(lèi)分子彼此間較易分開(kāi),但每種凝膠分離范圍之外的分子,在不改變凝膠種類(lèi)的情況下是很難分離的。
對(duì)于分子大小不同,但同屬于凝膠分離范圍內(nèi)各種分子,在凝膠床中的分布情況是不同的:分子較大的只能進(jìn)入孔徑較大的那一部分凝膠孔隙內(nèi),而分子的可進(jìn)入較多的凝膠顆粒內(nèi),這樣分子較大的在凝膠床內(nèi)移動(dòng)距離較短,分子較小的移動(dòng)距離較長(zhǎng)。于是分子較大的先通過(guò)凝膠床而分子較小的后通過(guò)凝膠床,這樣就利用分子篩可將分子量不同的物質(zhì)分離。另外,凝膠本身具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),大的分子在通過(guò)這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的孔隙時(shí)阻力較大,小分子通過(guò)時(shí)阻力較小。分子量大小不同的多種成份在通過(guò)凝膠床時(shí),按照分子量大小“排隊(duì),凝膠表現(xiàn)分子篩效應(yīng)。
(二)色譜柱的重要參數(shù)
?、胖w積:柱體積是指凝膠裝柱后,從柱的底板到凝膠沉積表面的體積。在色譜柱中充滿(mǎn)凝膠的部分稱(chēng)為凝膠床,因引柱體積又稱(chēng)“床”體積,常用Vt 表示。
?、仆馑w積:色譜柱內(nèi)凝膠顆粒間隙,這部分體積稱(chēng)外水體積,亦稱(chēng)間隙體積,常用Vo表示。
?、莾?nèi)水體積:因?yàn)槟z為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),顆粒內(nèi)部仍有空間,液體可進(jìn)入顆粒內(nèi)部,這就分間隙的總和為內(nèi)水體積,又稱(chēng)定相體積,常用Vi表示。
不包括固體支持物的體積(Vg)。
⑷峰洗脫體積:是指被分離物質(zhì)通過(guò)凝膠柱所需洗脫液有體積,常用Ve
表示。當(dāng)使用樣品的體積很少時(shí),(與洗脫體積比較可以忽略不計(jì)),在洗脫圖中,從加樣到峰頂位置所用洗脫液體積為Ve。
當(dāng)樣品體積與洗脫體積比較不能忽略時(shí),洗脫體積計(jì)算可以從樣品體積的一半到峰頂位置。當(dāng)樣品很大時(shí),洗脫體積計(jì)算可以從應(yīng)用樣品開(kāi)始到洗脫峰升高的彎曲點(diǎn)(或半高處)。
?、臩ephadex
G交聯(lián)葡聚糖的商品名為Sephndex,不同規(guī)格型號(hào)的葡聚糖用英文字母G表示,G后面的阿拉伯?dāng)?shù)為凝膠得水值的10倍。例如,G-25為每克凝膠膨脹時(shí)吸水2.5克,同樣G-200克每克千膠吸水20克。交聯(lián)葡聚糖凝膠的種類(lèi)有G-10,G-15,G-25,G-50,G-75,G-100,G-150,和G-200。因此,“G”反映,凝膠的交聯(lián)程度,膨脹程度及分部范圍。
?、芐ephadex LH-20,是─Sephadex G-25的羧丙基衍生物, 能溶于水及親脂溶劑,用于分離不溶于水的物質(zhì)。
(二)瓊脂糖凝膠:
瓊脂糖凝膠是依靠糖鏈之間的次級(jí)鏈如氫鍵來(lái)維持網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏密依靠瓊脂糖的濃度。一般情況下,它的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的,可以在許多條件下使用(如水,pH4-9范圍內(nèi)的鹽溶液)。瓊脂糖凝膠在40℃以上開(kāi)始融化,也不能高壓消毒,可用化學(xué)滅菌活處理。
(三)聚丙烯酰胺凝膠:
是一種人工合成凝膠,是以丙烯酰胺為單位,
由甲叉雙丙烯酰胺交聯(lián)成的,經(jīng)干燥粉碎或加工成形制成粒狀,控制交聯(lián)劑的用量可制成各種型號(hào)的凝膠。交聯(lián)劑越多,孔隙越小。聚丙烯酰胺凝膠的商品為生物膠-P (Bio-Gel P),由美國(guó)Bio-Rod廠(chǎng)生產(chǎn),型號(hào)很多,從P-2至P-300共10種,P 后面的數(shù)字再乘1000就相當(dāng)于該凝膠的排阻限度。
(四)聚苯乙烯凝膠商品為Styrogel , 具有大網(wǎng)孔結(jié)構(gòu),
可用于分離分子量1600到40,000,000的生物大分子,適用于有機(jī)多聚物,分子量測(cè)定和脂溶性天然物的分級(jí),凝膠機(jī)械強(qiáng)度好,洗脫劑可用甲基亞砜。
三、實(shí)驗(yàn)技術(shù)
(一)層析柱
層析柱是凝膠層析技術(shù)中的主體,一般用玻璃管或有機(jī)玻璃管。層析柱的直徑大小不影響分離度,樣品用量大,可加大柱的直徑,一般制備用凝膠柱,直徑大于2厘米,但在加樣時(shí)應(yīng)將樣品均勻分布于凝膠柱床面上。此外,
直徑加大,洗脫液體體積增大,樣品稀釋度大。分離度取決于柱高,為分離不同組分,凝膠柱床必須有適宜的高度,分離度與柱高的平方根相關(guān),但由于軟凝膠柱過(guò)高擠壓變形阻塞,一般不超過(guò)1米。分族分離時(shí)用短柱,一般凝膠柱長(zhǎng)20-30厘米,柱高與直徑的比較5:1─10:1,凝膠床體積為樣品溶液體積的4-10倍。
分級(jí)分離時(shí)柱高與直徑之線(xiàn)為20:1─100:1,常用凝膠柱有50×25厘米,10×25厘米。層析柱濾板下的死體積應(yīng)盡可能的小,如果支掌濾板下的死體積大,被分離組分之間重新混合的可能性就大,其結(jié)果是影響洗脫峰形,出現(xiàn)拖尾出象,降低分辯力。在精確分離時(shí),死體積不能超過(guò)總床體積的1/1000。
(二)凝膠的選擇
根據(jù)所需凝膠體積,估計(jì)所需干膠的量。 一般葡聚糖凝膠吸水后的凝膠體積約為其吸水量的2倍,例Sephadex G-20的吸水量為20,1 克Sephadex G─200吸水后形成的凝膠體積約40ml。凝膠的粒度也可影響層析分離效果。粒度細(xì)胞分離效果好,但阻力大,流速慢。一般實(shí)驗(yàn)室分離蛋白質(zhì)采用100-200號(hào)篩目的的Sephadex G-200效果好, 脫鹽用Sephadex G-25、G-50,用粗粒,短柱,流速快。
(三)凝膠的制備
商品凝膠是干燥的顆粒使用前需直接在欲使用的洗脫液中膨脹。為了加速膨脹,可用加熱法,即在沸水浴中將濕凝膠逐漸升溫至近沸,這樣可大大中速膨脹,通常在1-2小時(shí)內(nèi)即可完成。特別是在使用軟膠時(shí), 自然膨脹需24小時(shí)至數(shù)天,而用加熱法在幾小時(shí)內(nèi)就可完成。這種方法不但節(jié)約時(shí)間,而且還可消毒,除去凝膠中污染的細(xì)菌和排除膠內(nèi)的空氣。
(四)樣品溶液的處理 樣品溶液如有沉淀應(yīng)過(guò)濾或離心除去,如含脂類(lèi)可高速離心或通過(guò)Sephadex G-15短柱除去。樣品的粘度不可大,含蛋白為超過(guò)4%,粘度高影響分離效果。上柱樣品液的體積根據(jù)凝膠床體積的分離要求確定。分離蛋白質(zhì)樣品的體積為凝膠床的1-4%(一般約0.5-2ml),進(jìn)行分族分離時(shí)樣品液可為凝膠床的10%,在蛋白質(zhì)溶液除鹽時(shí),樣品可達(dá)凝膠床的20-30%。
分級(jí)分離樣品體積要小,使樣品層盡可能窄,洗脫出的峰形較好。
(五)防止微生物的污染 交聯(lián)葡聚糖和瓊脂糖都是多糖類(lèi)物質(zhì),防止微生物的生長(zhǎng),在凝膠層析中十分重要,常用的抑菌劑有:
?、暖B氨鈉(NaN3)在凝膠層析中只要用0.02%疊氮鈉已足夠防止微生物的生長(zhǎng),疊氮鈉易溶一水,在20℃時(shí)約為40%;它不與蛋白質(zhì)或碳水化合物相互作用,因此疊氮鈉不影響抗體活力;不會(huì)改變蛋白質(zhì)和碳水化合物的層析我特性。疊氮鈉可干擾熒光標(biāo)記蛋白質(zhì)。
?、瓶蓸?lè)酮[Cl3C-C(OH)(CH3)2]在凝膠層析中使用濃度為0.01-0.02%。在微酸性溶液中它的殺菌效果比較好,在強(qiáng)堿性溶液中或溫度高于60℃時(shí)易引起分解而失效。
?、且一鷰€基水楊酸鈉 在凝膠層析中作為抑菌劑使用濃度為0.05-0.
01%。在微酸性溶液中zui為有效。重金屬離子可使乙基代巰基的物質(zhì)結(jié)合,因而包含疏基的蛋白質(zhì)可在不同程度上降低它的抑菌效果。
?、缺交}
在凝膠層析中使用濃度為0.001-0.01%。在微堿性溶液中抑效果比較好,長(zhǎng)時(shí)間放置時(shí)可與鹵素、硝酸根離子作用而產(chǎn)生沉淀;還原劑可引起此化合物分解;含疏基的物質(zhì)亦可降低或抑制它的抑菌作用。
一、 實(shí)驗(yàn)室要求:
凝膠色譜儀所使用流動(dòng)相多為有毒的有機(jī)性試劑,實(shí)驗(yàn)室要保持良好的通風(fēng)條件,試劑需專(zhuān)柜保存。實(shí)驗(yàn)室溫度需保持在10℃~35℃,濕度小于80%。周?chē)鸁o(wú)腐蝕性氣體,無(wú)塵土飛揚(yáng)。
二、實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求:
實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求通水電良好,電源為220V±20 V,電源頻率為50Hz±0.5 Hz,無(wú)劇烈震動(dòng)。
三、儀器擺放要求:
儀器放在無(wú)陽(yáng)光直射的地方,不要放在靠門(mén)、窗的地方,以減少空氣、陽(yáng)光對(duì)儀器帶來(lái)的影響。
四、儀器操作:
樣品經(jīng)充分溶解后,再用過(guò)濾器過(guò)濾后才可使用;流動(dòng)相也需現(xiàn)配后,再過(guò)濾使用;所有選用試劑均需選用色譜純?cè)噭?。新色譜柱初次使用流速設(shè)置為0.2ml/min,沖洗1小時(shí)后再接檢測(cè)器。儀器需專(zhuān)人經(jīng)培訓(xùn)合格后才可使用,嚴(yán)格控制流速、壓力。