Ионообменная хроматография в фармацевтическом анализе

Одной из важных особенностей поглощения альдегида является длительное время  установления равновесия в системе  сорбат-сорбент, которое составляет 7 суток.

Данный факт может быть обусловлен медленной химической реакцией между  этаналем и аминогруппами ионита. Кроме того, были установлены внешнедиффузионные ограничения на скорость процесса сорбции для ионита-аналога.

 

Рис. 16. Кинетическая кривая сорбции этаналя.

 

Также отмечен полимолекулярный характер поглощения альдегида анионообменником, о чем свидетельствует перегиб  на кинетической кривой. Данная особенность  может быть объяснена с учетом механизма взаимодействия между  сорбентом и сорбатом. В фазе смолы  могут идти две конкурирующие  реакции с образованием иминов и алкиленаминов.

Динамическая кривая сорбции этаналя  имеет традиционную форму «волны» (рис. 17). Следует отметить, что в динамических условиях анионообменник РА 511 проявляет относительно большую емкость по альдегиду, о чем свидетельствует значительное количество раствора, пропущенного через сорбент (V/Vo=300) до проскока, что позволяет получить большие объемы продукта, не содержащего этаналь в пределах обнаружения.

 

Рис. 17. Кривая сорбции этаналя.

 

Характер сорбции не меняется и  при повторном использовании  ионообменника после регенерации. Была дана предварительная оценка лимитирующей стадии сорбции по характеру кривой сорбции-десорбции для анионообменника РА 511.

Для подтверждения механизма поглощения этаналя проведены исследования ионообменника до и после сорбции  методом инфракрасной спектроскопии.

Анализ спектров выявил появление  пика в области 1681 см^-1, соответствующего колебаниям связи С=К иминогрупп, образовавшихся в фазе смолы, сорбировавшей альдегид. Кроме того, было обнаружено отсутствие пика в области 1350 см^-1, отвечающего колебаниям связей вторичных аминов в анионообменнике, что свидетельствует о том, что при сорбции альдегидов вторичные аминогруппы также участвуют в образовании химических связей[3].

 

5.5 Термодинамическое описание сорбции тирозина анионообменником АВ-17-2П в форме триптофана.

Эксперимент.

Исследована сорбция щелочного раствора тирозина анионообменником АВ- 17-2П в форме триптофана. Сорбент предварительно переведен в аминокислотную ионную форму Тгр^2-. В сильно щелочной среде (рН~13) тирозин (как и триптофан) существуют в виде двухзарядного аниона, поэтому в системе может протекать обмен

Однако процесс (2) - вытеснение двухзарядного иона аминокислоты минеральным однозарядным ионом - маловероятен [1], что также подтверждается материальным балансом аминокислот, которые контролировали в растворе спектрофотометрически [2]. Изотерма сорбции тирозина анионообменником АВ-17- 2П в триптофановой форме представлена на рисунке 18.

Рис.18. Изотерма сорбции тирозина анионообменником АВ-17-2П в триптофановой форме.

 

 

 

Теоретическая часть.

Коэффициент активности в фазе сорбента i-го иона (1) складывается из слагаемого, характеризующего собственно ионный обмен (2) и концентрационного члена, учитывающего разновалентность обмена (3):

 

где Kb - исправленный коэффициент равновесия; а_a, c_a, f_a -активность,

концентрация и коэффициент активности иона а в сорбенте соответственно, a_a , Z_a, -активность иона а в растворе и заряд иона а соответственно Х_а – степень заполнения сорбента ионом а (те же обозначения с индексом в для иона в); с₀ - суммарная концентрация резинатов.

 

 

Обсуждение результатов.

На рис.19 показано изменение состава фазы сорбента в процессе сорбции. Как видно, начиная с концентрации раствора тирозина ~ 1,7 ммоль/дм³ суммарная степень заполнения аминокислотами превышает единицу, т.е. протекает сверхэквивалентная сорбция.

Рис.19 Изменение состава фазы анионита АВ-17-2П в форме триптофана при сорбции тирозина. 1-Тгр²", 2 - Tyr^2- , 3 - суммарное содержание аминокислот.

 

Поэтому для расчета характеристик ионного  обмена триптофана на тирозин рассматривалась  область концентраций, в которой  обмен не осложнен сверхэквивалентной сорбцией, т.е. до концентрации ~ 1,7 ммоль/дм³. Поскольку рассматриваемый обмен равнозарядный, то второе слагаемое в уравнении (1) равно нулю. Для расчета первого слагаемого уравнения (1), характеризующего собственно ионный обмен, зависимость lnK^a_OH от X_A (рис. 20) в уравнении (2) представляли в виде полинома, интегрирование вели в пределах от данной степени заполнения до единицы. За отсчетное состояние выбрано состояние анионообменника АВ-17-2П в форме триптофана в равновесии с водой:

Рис. 20. Зависимость исправленного коэффициента равновесия при

сорбции тирозина анионообменником АВ-17-2П в триптофановой  форме.

 

Зависимость коэффициентов активности от степени заполнения

анионообменника сорбируемым тирозином представлена на рисунке 21.

Как видно из рисунка 21, коэффициент активности в сорбенте сорбируемого тирозина падает с увеличением его количества в сорбенте, а коэффициент активности триптофана увеличивается, отклоняясь от единицы.

Величина коэффициентов активности - это мера отклонения от отсчетного состояния. Рост коэффициентов активности ионов триптофана характеризует отклонение от состояния моноионной триптофановой формы анионообменника в процессе сорбции: чем меньше степень заполнения по ионам триптофана, тем дальше система от исходного состояния, тем выше коэффициент активности. Для сорбирующегося тирозина наблюдается аналогичная зависимость: при малых степенях заполнения характерны большие коэффициенты активности, т.к. система далека от моноионной формы, которая принята за состояние сравнения. По мере роста степени заполнения сорбента аминокислотой ее коэффициент активности уменьшается.

 

Рис.21. Зависимость коэффициентов активности тирозина (1) и триптофана (2) в фазе анионообменника АВ-17-2П.

 

 

Полученная величина составляет 0,77, что меньше единицы и соответствует вогнутому виду начального участка изотермы сорбции, это свидетельствует о меньшем сродстве анионообменника АВ-17-2П к тирозину по сравнению с триптофаном, что согласуется с имеющимися в литературе данными[9].

 

Список литературы

1. Агасян П.К. Основы электрохимических методов анализа : Потенциометрический метод: Учебное пособие / П.К. Агасян, Е.Р. Николаева.— М.: Изд-во МГУ. 1986. – 196 с.
2. Арабцева, М.А. Применение ионообменной хроматографии для разделения изоформ малатдегидрогеназы из Sphaerotilus natans штамм Д-507, культивируемых в условиях миксотрофного роста / М.А. Арабцева, А.Т. Епринцев, М.И. Фалалеева, И.В. Парфенова // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2008. – Т.8 №2. – С.277 – 280
3. Воронюк И.В. Особенности сорбции этаналя полифункциональным анионообмеником / И.В. Воронюк, Т.В. Елисеева // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2009. – Т.9 №2. – С. 275- 280
4. Гельферих Ф. Иониты. Основы ионного обмена / Ф. Гельферих - М.: Издательство иностранной литературы, 1962. – 490 с.
5. Йама Нинон Инес. Применение ионообменной хроматографии для очистки аконитатгидратазы из миокарда крысы в условиях нормы и при индукции апоптоза / Йама Нинон Инес., Т.Н. Попова, Т.И. Рахманова // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2008. – Т.8 №4. – С. 689- 683
6. Никитина, С.Ю. Применение ионообменных смол в сорбционной очистке этанола от микропримесей / С.Ю. Никитина // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2010. – Т.10 №5. – С. 786- 789
7. Риман В. Ионообменная хроматография в аналитической химии / В. Риман, Г. Уолтон ; Пер. с англ. Н.К. Галкиной, Г.М. Колосовой, И.В. Матвеевой; Под ред. К.В. Чмутова.— М.: Мир, 1973 – 376 с.
8. Фритц, Дж. Ионная хроматография: Пер. с англ. / Дж. Фритц, Д. Гьерде, К. Поланд  — М.: Мир, 1984. – 224 с.
9. Хохлова О.Н. Термодинамическое описание сорбции тирозина анионообменником АВ-17-2П в форме триптофана / О.Н. Хохлова, В.Ю. Хохлов // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2008. – Т.8 №3. – С. 525- 529