Nazwa przedmiotu Techniki rozdzielania mieszanin w biotechnolgii
Kod
Semestr VI
Godziny
2
-
-
-
-
Punkty
W
c
l
p
S
Sposób zaliczenia
Zaliczenie
Katedra Chemii Analitycznej
Odpowiedzialny (a) Prof. dr hab inż. Marian Kamiński
Treść programu: W, L
1. Znaczenie technik i metod rozdzielania oraz ogólne i specyficzne wymagania dotyczące rozdzielania,
wzbogacania i otrzymywania substancji w technologii chemicznej, biotechnologii, chemii analitycznej.
2. Specyfikacja i podziały konwencjonalnych i niekonwencjonalnych technik oraz metod rozdzielania i
oczyszczania produktów oraz najważniejsze pojęcia i zasady postępowania dotyczące hydrodynamiki,
selektywności, kinetyki oraz efektywności rozdzielania substancji.
3. Podstawy fizykochemii roztworów i polidyspersyjnych układów wielofazowych oraz inżynierii
procesowej rozdzielania i oczyszczania substancji, ogólne zasady optymalizacji warunków separacji i
powiększania skali procesów rozdzielania i oczyszczania substancji.
4. Podstawy fizykochemiczne, operacje jednostkowe oraz zasady procesowe, metodyka i aparatura
wybranych metod rozdzielania substancji; Przykłady ważniejszych zastosowań preparatywnych,
procesowych (szczególnie zastosowania w technologii chemicznej oraz dla przygotowania próbek):
• Chromatografia żelowa w układach hydrofilowych oraz liofilowych (GPC, SEC);
• elucyjna chromatografia jonowymienna i jonowa (IC) oraz wymiana jonowa;
• elucyjna chromatografia adsorpcyjna w układach faz odwróconych (RP) i normalnych (NP), w tym z
wykorzystaniem tworzenia par jonowych (IPC), z dynamicznym generowaniem fazy stacjonarnej, z
wykorzystaniem oddziaływań hydrofobowych (HIC), wymiany ligandów (LEC), oddziaływań
stereospecyficznych (CC), chromatografii micelarnej (MC) – techniki kolumnowe (HPLC, SFC, GC) i
cienkowarstwowe (TLC);
• techniki i metody adsorpcji;
• techniki i metody ługowania i ekstrakcji, w tym ługowanie wysokotemperaturowe pod ciśnieniem
(ASE), ekstrakcja metodą Soxleta, ekstrakcja przeciwprądowa w aparacie Craig’a, ekstrakcja do cieczy
w stanie nadkrytycznym, chromatografia przeciwprądowa ciecz – ciecz (CCC), chromatografia
rozdzielania w polu sił (FFF);
• wirowanie i ultrawirowanie;
• mikrofiltracja, ultrafiltracja i nanofiltracja jedno- i wielostopniowa;
• osmotyczne i elektroosmotyczne metody membranowe, szczególnie – odwrócona osmoza i
elektrodializa, a także - wykorzystanie ciekłych membran;
• odparowywanie próżniowe w cienkiej warstwie i liofilizacja;
• techniki i metody strącania, wysalania, krystalizacji i rekrystalizacji;
• techniki i metody elektromigracyjne: elektrochromatografia; dwuwymiarowa elektroforeza żelowa i
elektroforeza kapilarna - metody o szczególnym znaczeniu w biotechnologii - zarys
5. Wyodrębnianie substancji krystalicznej lub innej postaci użytkowej substancji.
Laboratorium ( 9 ć wiczeń po 3 godziny)
1. Metodyka wypełniania, ocena selektywności, sprawności, przepuszczalności i pojemności sorpcyjnej
kolumny preparatywnej HPLC;
2. Rozdzielanie z zastosowaniem RP-HPLC w skali preparatywnej metabolitów roślinnych z
wykorzystaniem kolumny o średnicy 17 mm SiO2-C18 ;
3. Rozdzielanie z zastosowaniem NP-HPLC w skali preparatywnej metabolitów grzybów z
wykorzystaniem kolumny o średnicy 17 mm SiO2-DIOL;
4. Zatężanie frakcji po rozdzielaniu - na drodze odparowania / adsorpcji, ocena i porównanie efektywności
i kosztów stosowania tych technik;
5. Zatężanie frakcji po rozdzielaniu - na drodze odwróconej osmozy / liofilizacji, ocena efektywności i
kosztów stosowania;
6. Zastosowanie HPLC w skali analitycznej / elektroforezy do kontroli czystości produktu rozdzielania;
7.Rozdzielanie substancji techniką chromatografii żelowej (DIOL), 8. Techniką chromatografii oddziaływań
hydrofobowych w warunkach gradientu stężenia soli, 9. Zastosowania chromatografii jonowymiennej.
M. Kamiński
17.12.2005.
Techniki rozdzielania mieszanin w biotechnologii- przykłady alternatywnych opcji pytań dla
zaliczenia przedmiotu.
1. Co oznaczają i w jaki sposób są mierzone (jeżeli dotyczy), od jakich wielkości, parametrów fizykochemicznych
/hydrodynamicznych/ i w jaki sposób zależą następujące pojęcia: faza stacjonarna, układ chromatograficzny,
wielkość porów, wielkość ziarna, objętość martwa kolumny, współczynnik retencji, rozdzielczość pików,
sprawność kolumny, opór kolumny itd.
2. Wymienić kilka przykładów faz stacjonarnych //opisać własności powierzchni sorpcyjnej// opisać najważniejsze
oddziaływania na powierzchni sorpcyjnej? Opisać oddziaływania eluent faza stacjonarna i molekuły substancji
rozdzielanych – faza stacjonarna oraz przydatne dla regulowania separacji oddziaływania molekuły (jony) eluentu
– molekuły (jony) substancji rozdzielanych, które należy uwzględniać podczas doboru warunków rozdzielania:
-
w przypadku stosowania do rozdzielania substancji chromatografii cieczowej: A) w układach faz
odwróconych (RP – HPLC), B) w układach faz normalnych (NP – HPLC) C) w układach
jonowymiennych (IC) D) w chromatografii oddziaływań hydrofobowych (HIC) E) w chromatografii
żelowej (GPC, SEC)
3. Na czym polega i do jakich zastosowań może zostać wykorzystana chromatografia wykluczania jonowego (IEC) /
chromatografia powinowactwa (AC)
4. Co oznacza i z jakimi konsekwencjami dotyczącymi parametrów retencji oraz parametrów sprawności rozdzielania
jest związane pojęcie „warunki przeładowania kolumny” w chromatografii
5. Na czym polega i jakie zastosowania znajduje ekstrakcja do cieczy nadkrytycznej/chromatografia z eluentem w
stanie nadkrytycznym. W jaki sposób reguluje się właściwościami nadkrytycznego rozpuszczalnika / eluentu, aby
spowodować wzrost rozpuszczalności substancji polarnych ?
6. Naszkicować schemat ideowy i opisać funkcje oraz wymagania dotyczące trzech wybranych modułów składowych
aparatu chromatograficznego HPLC/GC/SFC. Wymienić detektory, znajdujące zastosowanie w tej technice
rozdzielania oraz podać zakres przydatności tych detektorów
7. Chromatografia w układzie faz odwróconych (RP-HPLC): metanol, izopropanol, aletonitryl, tetrahydrofuran, octan
etylu, woda, kwas octowy, trietyloamina, chlorek tertbutyloamoniowy, rozdzielanie jednocześnie estrów, alkoholi,
kwasów alifatycznych, peptydów, alkaloidów. Opisać funkcje jakie mogą pełnić podczas rozdzielania w/w
składniki eluentu/dodatki do eluentu. W jakich orientacyjnie stężeniach należy je stosować w postaci składników
eluentu
8. Opisać w jakiej postaci mogą być stosowane ciekłe membrany oraz podać co oznaczają pojęcia: nadawa, permeat,
koncentrat („retentat”) i przenośnik w technikach membranowych
9. Jakie postawowe własności powinna mieć i jakie warunki powinna spełniać membrana do: A) mikrofiltracji, B)
odwróconej osmozy, C) ultrafiltracji
10. Na czym polega podstawowa różnica między warunkami prowadzenia procesu „klasycznej” filtracji oraz procesów
nano-, ultra- i mikro-filtracji. Na czym polega tzw. fouling” w procesach membranowych i jakie są sposoby
eliminacji/zmniejszenia szkodliwego działania „foulingu”
11. Podać rodzaje układów chromatograficznych oraz dla każdego rodzaju ukladu, przykład fazy stacjonarnej,
przykład składu eluentu/programu elucji/dodatków do eluentu i przykładu warunków detekcji, jakie można by
zastosować do rozdzielania peptydów i białek
12. Wymienić podstawowe warunki, jakie powinna spełniać faza stacjonarna (sorbent) przydatny do zastosowania do
rozdzielania substancji w warunkach HPLC, w skali analitycznej w skali peparatywnej
13. Dlaczego w przypadku rozdzielania substancji makromolekularnych nie można stosować bardzo wysokich
prędkości przepływu eluentu? Jakie inne ograniczenia/warunki szczególne dotyczą fazy stacjonarnej/eluentu w
przypadku chromatografii substancji makromolekularnych.
14. Wymienić, opisać podstawowe zasady oraz przedstawić zakresy przydatności membranowych procesów
elektroosmotycznych i elektrodializacyjnych.