УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ ПОСЛЕ ИОНООБМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ

Предлагаемая полезная модель относится к аналитической химии и может использоваться для детектирования аминокислот после их ионообменного разделения.
Аминокислоты широко применяются во всех отраслях пищевой промышленности, сельском хозяйстве, фармакологии, медицине и т.д. В связи с этим получению аминокислот уделяется особое внимание. Разработаны и практически реализованы процессы выделения и разделения аминокислот ионообменными и мембранными методами. Однако контроль за выходом целевого продукта продолжает оставаться актуальной задачей.
Не смотря на то, что существует множество методов, позволяющих достаточно полно и точно судить о составе и количестве аминокислот, в большинстве своем эти методы требуют либо применения дорогостоящей аппаратуры, либо использования дополнительного числа реагентов.
Наиболее близким является устройство для анализа сахаридов. Оно содержит колонку для ионообменной хроматографии, а также буфер для элюирования. Кроме того, на выходе из колонки расположены амперометрический детектор и спектроскопический детекторы (патент РФ №2380700, МПК G01N 30/02, 2010.).
Недостатками прототипа являются сложность аппаратурного оформления, использование двух детекторов и дополнительных химических реагентов.
Задачей полезной модели является разработка устройства для детектирования аминокислот пьезокварцевым сенсором в элюате на выходе из ионообменной колонки.
Технический результат заключается в возможности осуществлять непрерывный контроль за выходом готового продукта или полуфабриката.
Технический результат достигается тем, что в установке для определения аминокислот после ионообменного разделения технологических растворов, включающей ионообменную колонку на выходе которой установлен детектор, согласно предложению, на выходе ионообменной колонки установлена ячейка, в которую помещен детектор, на входе ячейки имеется кран для регулирования скорости потока, а на ее выходе кран для удаления элюата, в качестве детектора использован пьезосенсор на основе немодифицированного или модифицированного селективным полимером кварцевого резонатора АТ-среза, который соединен с регистратором.
Детектирование можно проводить в режиме реального времени как не модифицированным, так и модифицированным пьезосенсором. Модифицированный пьезосенсор может иметь селективное покрытие на основе полимера с молекулярными отпечатками (ПМО). В этом случае определение становится возможным благодаря присутствию в структуре таких полимеров участков (отпечатков), способных к специфическим (комплементарным) взаимодействиям с молекулами-шаблона или близкими к ним по структуре соединениями.
Модификация электродов пьезосенсора ПМО может быть осуществлена по методикам представленным в патенте РФ №102264 (МПК G01N 27/12, 2011). В качестве смеси моделирующей технологический раствор использовали водный раствор валина и лейцина.
На фиг.1. - представлена схема установки; фиг.2. - таблица количественного содержания аминокислот в элюате.
Установка состоит из ионообменной колонки 1, заполненной ионообменным материалом 2 и имеющей канал 3 для загрузки смеси веществ
На выходе колонки 1 последовательно установлены кран 4 для регулирования потока раствора, ячейка 5, в которой размещен пьезосенсор 6, кран 7 для удаления элюата. Пьезосенсор соединен с генератором 8 и через него с регистратором 9, в качестве которого может быть использован частотомер или компьютер.
В качестве сорбента использовали катионообменник КУ-2-8
Установка работает следующим образом.
В канал 3 ионообменной колонки 1 (фиг.1) вводится смесь аминокислот (водный раствор). Скорость потока регулируется краном 4. После заполнения ячейки 5 элюатом, регистрируют аналитический сигнал пьезосенсора 6 с помощью регистратора 9. Затем элюат удаляют путем открытия крана 7, снова заполняют ячейку 5 раствором и регистрируют сигнал пьезосенсора 6. Процесс проводят пока весь объем смеси аминокислот и промывочной жидкости не пройдет через колонку. По градуировочным графикам находят концентрации аминокислот в пробах.
Порядок определений аминокислот с использованием предложенной установки.
1. Подготовка пьезосенсора к работе.
При выполнении эксперимента использовали кварцевые резонаторы АТ-среза с серебряными электродами диаметром 5 мм и толщиной 0,3 мм с номинальной резонансной частотой колебаний 4-10 МГц. Эксперимент проводили при температуре 20±2°C. Схема установки и конструкция ячейки изображена на фиг.1. Изменение частоты колебаний пьезокварцевого сенсора регистрировали частотомером.
2. Градуировка пьезорезонансного сенсора.
-1
-7
-2
-7
Предварительно готовили стандартные растворы аминокислот из реактивов марки «чда» (в диапазоне концентраций для валина 1∙10-1∙10 и для лейцина 5∙10-1∙10) растворением точной навески в дистиллированной воде.
1
2
В ячейку емкостью 10.0 мл вносили дистиллированную воду, погружали полностью пьезорезонатор и регистрировали сигнал (f). Затем воду удаляли, вносили анализируемый раствор, предварительно ополоснув ячейку небольшим его количеством, и записывали сигнал (f). Считывание сигнала проводили через каждые 5 с, регистрируя 10 значений, после чего раствор удаляли из ячейки.
Относительный сдвиг частоты Δf вычисляли по уравнению:
1
2
Δf=f-f,
1
2
где f - частота колебаний сенсора в дистиллированной воде, Гц; f - частота колебаний сенсора в анализируемом растворе, Гц.
Измерения выполняли, переходя от разбавленных растворов к более концентрированным. Для каждой концентрации аминокислоты эксперимент повторяли не менее 3 раз. По полученным результатам строили график зависимости разности частот колебаний пьезорезонатора в дистиллированной воде и в стандартных растворах от концентрации аминокислоты.
3. Ионообменное разделение аминокислот.
Разделение аминокислот проводили на катионообменнике КУ-2-8 в стеклянной колонке. Подготовку иононообменника проводили по ГОСТ 10896-72. Концетрации аминокислот валина и лейцина в исходной смеси были 0.1 моль/л и 0.01 моль/л соответственно. Такой выбор концентраций обусловлен соотношением аминокислот в производственных растворах. Объем модельной смеси аминокислот составлял 250 мл. После пропускания смеси колонку промывали дистиллированной водой 250 мл. Скорость пропускания растворов через колонку поддерживалась 1.5 м/ч. Объем анализируемых фракций 20 мл. После эксперимента колонку регененировали.
4. Детектирование аминокислот на выходе из ионообменной колонки.
В канал 3 (фиг.1) вводили смесь аминокислот. После заполнения ячейки 5 элюатом, регистрировали аналитический сигнал пьезосенсора 6. Затем элюат удаляли путем открывания крана 7, снова заполняли ячейку раствором и регистрировали сигнал сенсора. Эксперимент проводили пока весь объем смеси аминокислот и промывочной жидкости не проходил через колонку. По градуировочным графикам находили концентрации аминокислот в пробах.
При подключении к установке компьютера можно регистрировать изменение концентрации аминокислот в элюате в режиме реального времени «on-line».
По окончании анализа пьезорезонансный сенсор удаляли из ячейки, сенсор регенерировали в дистиллированной воде и сушили в сушильном шкафу при температуре 50°C в течение 2 ч. до выхода сигнала сенсора на начальный уровень. После этого сенсор готов для проведения следующего измерения (анализа).
Детектирование аминокислот проводили немодифицированным пьезосенсором и модифицированным полимером с молекулярным отпечатком валина. Ход процесса контролировали методом бумажной хроматографии с последующим количественным определением фотоколориметрически.
Примеры осуществления способа
Пример 1. При скорости пропускания растворов 2 м/ч сигнал сенсора, как модифицированного ПМО, так и немодифицированного находится на уровне шумов и проведение анализа невозможно. Способ неосуществим.
Пример 2. При скорости пропускания растворов 1.5 м/ч сигнал модифицированного и немодифицированного сенсора стабильный.
Пример 3. При скорости пропускания растворов 1.0 м/ч имеем стабильный сигнал сенсора. Способ осуществим, как в примере 2.
Пример 4. При использовании немодифицированного сенсора проскок валина появляется на 7 фракции. По данным метода бумажной хроматографии лейцин выходит из колонки в 12 фракции. Таким образом, валин можно определить в элюате до 11 фракции, лейцин данным сенсором определить нельзя. Способ частично осуществим.
Пример 5. При использовании сенсора, модифицированного полимером с молекулярным отпечатком валина, возможно определять эту аминокислоту с 7 фракции и до конца процесса разделения смеси. Способ определения валина в элюате осуществим.
Результаты определения приведены в таблице 1.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет проводить детектирование аминокислот в элюате при их ионообменном разделении. Использование сенсора модифицированного полимером с молекулярным отпечатком аминокислоты дает возможность контролировать весь хроматографический процесс.
Включение пьезокварцевого сенсора в технологическую схему процесса разделения смесей аминокислот позволяет осуществлять непрерывный контроль за выходом готового продукта или полуфабриката.