Установка для определения аминокислот после ионообменного разделения технологических растворов

Полезная модель относится к аналитической химии и может использоваться для детектирования аминокислот в элюате после их ионообменного разделения.

Сущность изобретения состоит в том, что ячейка с пьезосенсорным детектором расположена после ионообменной колонки. Конструкция позволят проводить детектирование, как в статическом, так и в динамическом режиме. Использование пьезосенсора модифицированного полимером с молекулярным отпечатком одной из разделяемых аминокислот дает возможность осуществлять непрерывный контроль за выходом целевого продукта.

Технический результат заключается в возможности количественного определения аминокислот в элюате при их ионообменном разделении пьезокварцевым сенсором модифицированным ПМО.

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.

Предварительно готовили стандартные растворы аминокислот из реактивов марки «чда» (в диапазоне концентраций для валина 110^-1-110^-7 и для лейцина 510^-2-110^-7) растворением точной навески в дистиллированной воде.

В ячейку емкостью 10.0 мл вносили дистиллированную воду, погружали полностью пьезорезонатор и регистрировали сигнал (f₁). Затем воду удаляли, вносили анализируемый раствор, предварительно ополоснув ячейку небольшим его количеством, и записывали сигнал (f₂). Считывание сигнала проводили через каждые 5 с, регистрируя 10 значений, после чего раствор удаляли из ячейки.

Относительный сдвиг частоты f вычисляли по уравнению:

f=f₁-f₂,

где f ₁ - частота колебаний сенсора в дистиллированной воде, Гц; f₂ - 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.

Установка для определения аминокислот после ионообменного разделения технологических растворов, включающая ионообменную колонку, на выходе которой установлен детектор, отличающаяся тем, что 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 раствора, в качестве детектора использован пьезосенсор на основе немодифицированного или модифицированного селективным полимером кварцевого резонатора АТ-среза, который соединен с регистратором.