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.