הפרדת תערובות באמצעות משקעים

ניתן להשתמש במספר פרמטרים כדי להפריד מדגם של עניין ממאמצים על ידי הפחתת המסיסות שלו, והסרתו מפתרון כמוצק, כפי שמוצג באיור 1.  ראשית, שינוי הכוח היוני של הפתרון יכול לשנות מסיסות חומרים.  זה כרוך לעתים קרובות בתוספת של מלח נוסף (המכונה גם מלח החוצה), או תוספת של יון נגדי, אשר יוצר מינים פחות מסיסים עם תרכובת עניין. ²

איור 1. מסיסות שווי משקל מושפעים כוח יוני, pH, וטמפרטורה. תרכובת עניין (צהובה) מופרדת מ זיהומים (אדומים) על ידי שינוי המסיסות שלה בממס נתון.

שינוי ה- pH של פתרון עשוי לשנות את הטעינה נטו של המתחם. ב- pH מסוים, המטען נטו הופך לאפס (המכונה גם נקודה איזואלקטרית) והתרכובת הופכת פחות מסיסה במים, ובסופו של דבר יוצר מוצק. הטמפרטורה משפיעה גם על מסיסות, כמו טמפרטורה גבוהה יותר מגביר מסיסות של מוצקים.

קצב היווצרות מוצק קובע טוהר יחסי (איור 2). באופן כללי, המונח משקעים מתייחס להיווצרות מוצק בקצב מהיר, ובכך לייצר מדגם אמורפי עם כמה זיהומים לכודים בפנים. זה נפוץ בהמלחה החוצה ותהליכים מושרה שינוי pH. כאשר תהליך זה הואט, זיהומים אינם לכודים בתוך המתחם מוצק טהור יחסית מיוצר. טכניקה זו משמשת בנסיגה. בתהליך זה, תרכובת מומסת מספיק ממס כדי להיות רק בנקודת הרוויה בטמפרטורה גבוהה. פתרון רווי זה מותר אז להתקרר לאט. ככל שהתמיסה מתקררת, המסיסות של הרכיב פוחתת, והתרכובת העולה על המסיסות יוצרת מוצק מסודר היטב (הידוע גם כגבישים) במקום מוצק אמורפי. זיהומים בפתרון אינם נלכדים כמו התהליך האיטי מאפשר הסרת זיהומים אלה על פני השטח של המוצק לפני שהם לכודים. ¹

איור 2. ההבדל בין משקעים לנסיגה.

לאחר מוצק נוצר (אם כקריסטל או כמשקעים), זה צריך להיות מופרד משאר התערובת. סינון הוא דרך אחת להפריד ביניהם. זה מעסיק חומר נקבובי אשר מעכב באופן סלקטיבי את המעבר של החומר המוצק אבל לא את הפתרון.

צנטריפוגה היא דרך נוספת להפריד את המשקעים משאר התערובת. צנטריפוגה משתמשת בתאוצה צנטריפטל להפריד תערובות בהתבסס על הצפיפות שלהם. מאז מוצק הוא צפוף יותר מאשר הפתרון מימי, משקעים מוצקים בתחתית המיכל. המוצק נקרא גם הכדור והפתרון המ מימי, סופרננט. לאחר מכן ניתן לתנודד-על או לחלץ אותו באמצעות צינור או מזרק. גבישים הם שבירים וצנטריפוגה לעתים קרובות לא מועסקת כדי להפריד אותם מהפתרון.

וידאו זה יכסה שיטות שונות של הפרדת תרכובות באמצעות היווצרות מוצקה (מלח החוצה, pH שינויים, ו recrystallization) ואת הסרתם לאחר מכן מן הפתרון מימי באמצעות סינון או צנטריפוגה.

שווי משקל מסיס מועסק בתהליכי טיהור רבים.  סידן ניתן להסיר מהמים באמצעות נתרן פחמתי. מוצר המסיסות(K_sp)של CaCO₃ הוא 4.8 × 10^-9. ערבוב 1 M של CaCl₂ ו 1 M של Na₂CO₃ המיוצר CaCO₃ משקעים. המשקעים הופרדו משאר הפתרון באמצעות צנטריפוגה.

קזאין (חלבון מפתח בחלב) יש נקודה איזואלקטרית ב pH 4.6 ויצר גבינה בלתי מסיסת ב- pH זה. לאחר מכן הופרדו המנסרים משאר הפתרון (המכונה גם מי גבינה) באמצעות סינון או צנטריפוגה(איור 3a). התספורת נשטפה עם אתנול כדי להסיר פוספוליפידים ותרכובות מסיסות במים אחרות שנלכדו גם הן בפח. צנטריפוגה מנעה אובדן חלבונים טוב יותר מאשר סינון שכן היו כמה חלבונים שנדבקו לנייר המסנן. הרכיבים המופרדים נותחו באמצעות SDS-PAGE (איור 3b), מה שמראה שתגובת המשקעים הפרידה בין רוב הקזאין לבין מי הגבינה. חלבוני חלב אחרים, כגון גלובולינים, מזרזים יחד עם קזאין. ניתן להחיל צעדים נוספים לבידוד קזאין משאר החלבונים.

משקעים מסיר את רוב זיהומים מן המוצק, עם זאת זה יכול גם ללכוד כמה זיהומים בתוך המטריצה. לעתים קרובות משתמשים ב-Recrystallization כדי לטהר עוד יותר מוצק(איור 4). בניסוי זה, המוצק היה מעורבב עם ממס שבו מוצק לא היה מסיס מאוד. טמפרטורת התערובת הועלתה אז לנקודת הרתיחה של הממס ומספיק מוצק מתווסף כדי להרוות את הממס החם. זיהומים בלתי מסיסים אחרים יכולים להיות מוסרים לאחר מכן באמצעות שלב סינון. הפתרון החם התקרר בהדרגה לטמפרטורת החדר והתקרר עוד יותר במקרר / חדר קר / אמבט קרח. התהליך האיטי הביא גבישים במקום משקעים אמורפיים. ההטמאות המסיסות לא שולבו בסריג הגביש והגבישים שהתקבלו היו טהורים יחסית מהמים הגסים. לאחר מכן נקצרו הגבישים באמצעות סינון והושארו להתייבש באוויר (או בוואקום).

איור 3. משקעים של חלבוני חלב. (A) תמונות של שלבים שונים בבידוד חלבון חלב. (B) SDS-PAGE של הדגימות השונות.

איור 4. נסיגה של KCl.

תגובות משקעים מוחלות על תהליכי הכנה מדגם רבים. כפי שהוזכר קודם לכן, הם יכולים לשמש כדי להסיר מלחים או יונים ספציפיים בהתאם שוויון המסיסות שלהם. הם יכולים לשמש גם כדי להסיר חלבונים ביומולקולים אחרים מתערובות.

Recrystallization משמש לעתים קרובות כדי לטהר עוד יותר מוצקים. תהליך זה מסיר זיהומים לכודים בתוך המוצק. בין היתר, recrystallization יכול לשמש כדי לטהר מלחים ומולקולות אורגניות.

טכניקות צנטריפוגה וסינון חלות על רוב דרישות הכנת המדגם כדי להפריד רכיבים מסיסים מן הממס. סינון משמש לעתים קרובות בכימיה אורגנית כדי להפריד תרכובות מגובשת טהורה מן הממס שלה. הוא משמש גם לאחר עקירות נוזל מוצק בכימיה מוצרים טבעיים או כימיה אנליטית. צנטריפוגה משמשת לעתים קרובות להפרדת תערובות של צפיפות שונה וכפי שמוצג כאן מוחל על הפרדה של רכיבי חלב ומלח מזרז.

בביוכימיה, רוב התהליכים כגון חלבון, שומנים בדם ובידוד DNA כרוכים בתגובות משקעים, צנטריפוגה ושיטות סינון לטיהור דגימות. ובעוד שרוב התהליכים האלה עברו תיקון מלא לערכות מסחריות, עדיין יש הרבה מקום לאופטימיזציה, שכן מולקולות ביולוגיות שונות דורשות תנאים שונים.

לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.