其他
一、離子交換劑的選擇
1. 劑型的選擇
在決定選擇離子交換劑的類別之前,先要了解所研究的生物大分子保持生物活性和可溶解性的pH范圍,然后根據其等電點以及其在上述pH范圍內的電泳行為觀察大分子的帶電情況,再據此選擇合適的離子交換劑。具體方法是;在流動相pH條件下進行電泳,向陽極泳動的蛋白質,可被陰離子交換劑吸附,因此,選擇陰離子交換色譜;反之,向陰極泳動的蛋白質,可被陽離子交換劑吸附,應選擇陽離子交換色譜。
通常,弱離子交換劑用來分離高靜電作用力的蛋白質,強離子交換劑用來分離低靜電作用力的蛋白質。
2. 粒度的選擇
離子交換劑粒度的大小對吸附量的影響不大,主要是對分辨率和流速產生影響。用粗顆粒填料填充的柱子不緊密,顆粒間隙大,容易引起區帶擴散;由于顆粒大,同樣吸附量的粗顆粒占柱床體積大,使形成的峰變寬。這些都會導致色譜分辨率下降。但是顆粒大流速快,分離速度快,使純化時間縮短。細顆粒填料可填充成為致密的吸附床,分辨率高,但流速慢,柱壓高。我們可根據自己工作的需要進行選擇,如果為保持欲分離組分的生物學活性需要縮短分離時間,在大量制備基因工程產品時,可選用粗顆粒。如果要得到高分辨率,可選用超細顆粒。通常我們在實驗室工作中采用的是細或中等粗細的顆粒。
3. 緩沖液的選擇
在離子交換色譜中,選擇合適的緩沖體系,保持準確的流動相pH值更顯得尤為關鍵。選擇緩沖液時應滿足以下要求:
(1)不破壞蛋白質的結構,不影響蛋白的活性。
(2)對人體無毒無害。
(3)緩沖容量大,在所選擇pH范圍內有足夠緩沖能力的前提下,離子濃度越小越好。
(4)使用陽離子交換時應用陰離子緩沖劑,使用陰離子交換時應用陽離子緩沖劑,以避免不必要的離子交換過程。
(5)不干擾對分離物的鑒定。
目前陽離子交換色譜常用緩沖液離子有烷基胺、氨基乙醇胺、乙二胺、咪唑、Tris,吡啶等,其中Tris最為常用;陰離子交換色譜常用的緩沖液離子有醋酸鹽、巴比妥酸鹽、檸檬酸鹽、甘氨酸,磷酸鹽等,其中醋酸鹽和磷酸鹽最為常用。
在實際工作中,我們根據不同的流動相 pH條件來決定采用何種緩沖體系。例如:流動相pH3-5時,我們采用甲酸銨緩沖液;流動相pH4-6時,我們采用醋酸鈉或醋酸鉀緩沖液;流動相pH6-8時,我們采用磷酸鈉或磷酸鉀緩沖液。此外,Tris-鹽酸緩沖液的pH范圍為7-9,Tris-磷酸緩沖液的pH范圍為6-9,我們都經常選用。
4. 洗脫方式的選擇
離子交換色譜洗脫方式有三種:一是改變緩沖液pH,使蛋白質從吸附狀態變為解吸附狀態。如在陰離子交換色譜中,通過降低流動相pH使吸附在柱子上的帶負電荷的蛋白質帶正電,從而達到解吸附,在陽離子交換色譜中則是通過升高流動相pH的方法達到解吸附;二是增加緩沖液的離子強度,將吸附強的分子從離子交換劑上替換下來;三是緩沖液pH和離子強度同時改變。無論哪一種方法,都可用階段洗脫和梯度洗脫兩種方式進行。
階段洗脫是用幾個不同pH緩沖液或幾個不同鹽濃度的緩沖液逐步進行洗脫。即pH和離子強度變化不連續。而在梯度洗脫中,緩沖液的洗脫能力是連續增加的,由于后者分辨率更好,因此被廣泛采用。
在經典色譜中需用梯度混合器來制造線性梯度,梯度混合器是由兩個容器構成,兩個容器安放在同一個水平上,一個盛起始緩沖液,另一個盛含較高離子強度或不同pH的緩沖液。二者用管子相連,以保持溶液的流體靜力平衡。當緩沖液從第一個容器流入柱內,第二個容器的緩沖液進入第一個容器自動補足,使緩沖液形成梯度。
現在許多中低壓色譜儀器(如Waters,Pharmacia等公司的一些產品)和高效液相色譜一樣可以用計算機控制雙泵自動配制流動相,很容易地獲得直線或非直線、連續或非連續的梯度模式,以滿足不同的分離需要。
通常對線性梯度的要求是:
(1)洗脫液的總體積應足夠大,一般梯度至少要四倍床體積,使分離的各個峰有較好的分辨率;
(2)梯度上限要有足夠強的洗脫能力,使吸附的最緊密的物質也能夠從柱子上被洗脫下來;
(3)梯度的斜率不應太大,以確保各峰能夠分開,但又不應太小,以免峰形過寬甚至形成拖尾;一般認為,梯度體積越大,梯度變化越緩,則分辨率越好。
二、實驗操作
1. 填料的預處理
2. 裝柱
離子交換色譜不同于凝膠色譜,柱子通常較為短小,對于一般工作,通常選長度為10-40cm的柱已足夠。柱的直徑按照欲分物質的數量來選定。對于很復雜的混合物和進行精細分析是用細長的柱,分辨率較好;對于初步分離可用較粗、容量較大的柱。裝好的柱子用起始緩沖液充分平衡后上樣。
3. 上樣
離子交換色譜柱必須充分平衡后方可上樣。上樣量取決于色譜柱的交換容量,一般為交換容量的70-80%,上樣體積可以不受限制。通常低濃度樣品上樣可達床體積的幾倍到幾百倍。這一點對較稀的樣品極為有利,可以同時起到分離和濃縮的雙重作用,可謂一舉兩得。但用于分析時,為了提高分辨率,上樣量體積適當減小。用于離子交換色譜分離的樣品溶液的離子強度和pH值必須與起始緩沖液(即流動相A液)一致,如不一致,應進行緩沖液轉換,可通過透析或凝膠色譜來完成。
4. 洗脫、樣品收集
加樣后用足夠量的起始緩沖液洗滌除去不吸附的物質,然后再進行洗脫。洗脫可選擇不同的方法,用控制器或梯度混合器控制梯度。流出的樣品組分經紫外檢測器實時檢測(檢測波長一般為280 nm),用分部收集器或手工收集。
5. 再生
樣品洗脫完畢后要進行再生,以除去仍然結合在柱子上未完全洗下的一些蛋白質,通常用100%流動相B液再洗脫1個柱體積即可。
6. 平衡
再生后的柱子欲再次進樣需重新進行平衡,平衡一般用100%A液(即0%B液)洗滌柱子至少四個柱體積。
7. 保存
柱子不用時應用強洗脫劑洗去結合于柱子上的雜質,然后再用蒸餾水徹底清洗后加抑菌劑保存。