C. Anwendungen

C. Anwendungen

1. Wasserentsalzung

2. Spezielle Anwendungen

3. Säulenchromatographie

4. Andere wichtige Anwendungen

1. Wasserentsalzung
Eine der wichtigsten Anwendungen ist die Entsalzung von Wasser, die auf 2 Arten durchgeführt warden kann:

a) Entsalzung mittels zwei getrennter Säulen
1 Volumenteil eines stark sauren Kationenaustauscher (H+-Form, z. B. SERDOLIT® Red) und ca. 2 Volumenteile eines stark basischen Anionenaustauschers  (OH--Form, z. B. SERDOLIT® Blue) werden jeweils in eine Säule gepackt. Beide Säulen werden in Reihe geschaltet und das Wasser durchgeleitet. Dabei wird z. B. Ca2+ gegen H+ des SERDOLIT® Red ausgetauscht. Der mit Calcium-Ionen gesättigte Bereich des Ionenaustauschers zeigt eine Gelbfärbung. Das Eluat wird nun über die SERDOLIT® Blue-Säule geleitet. Dabei reagieren H+- und OHIonen zu Wasser. SERDOLIT® Blue wechselt die Indikatorfarbe von blau nach hellgelb.

b)  Entsalzung mit einer Mischbettsäule
Für einige Anwendungen, insbesondere bei großen Volumina, empfiehlt es sich, einen Mischbett-Ionentauscher einzusetzen, z. B. SERDOLIT® MB, MB-1 und MB-2. Diese Ionenaustauscher sind gebrauchsfertig, sollten jedoch nach längerer Lagerung zunächst mit dest. Wasser gespült werde.

c) Regeneration von Mischbett-Ionenaustauschern
Regeneration von Mischbett-Ionenaustauschern ist möglich, die Harze müssen dazu aber zunächst physikalisch getrennt werden. Dies ist sehr langwierig und nur bei großen Mengen ratsam.

Bei der physikalischen Trennung kann die unterschiedliche Dichte der Harze ausgenutzt werden. Zunächst wird die Harz-Mischung aus der Säule entfernt und in einem geeigneten Gefäß zu gleichen Volumenteilen mit Wasser versetzt. Eine wässrige 12,5 M NaOH-Lösung wird zugegeben bis das Anionenaustauscherharz aufschwimmt. Der Kationenaustauscher befindet sich dann auf dem Gefäßboden. Das Anionen-
austauscherharz wird dekantiert, über einen Glasfaserfilter gegeben, mit 2 N (= 2 M) NaOH und zum Schluss mit dest. Wasser gewaschen. Das Kationenaustauscherharz wird ebenfalls filtriert, bis zu neutralem pH-Wert gewaschen und schließlich mit HCl entsprechend Tabelle 6 regeneriert.
Die regenerierten Harze können wieder in die Säule gepackt werden. Da sich beide Harze im Wasser erneut unter dem Einfluss der Schwerkraft trennen, sollte hier möglichst wenig Wasser verwendet werden. Die über dem Harz stehende Wassermenge sollte max. 10 % bezogen auf die mit Harz gefüllte Länge der Säule betragen. Dann wird von unten vorsichtig ein Luftstrom in die Säule eingeblasen. Anschließend wird das Wasser schnellstmöglich so weit entfernt, dass das Harz kaum noch bedeckt ist.

 2. Spezielle Anwendungen

a) Reinigung von Acrylamid- und Harnstofflösungen
Die Beseitigung von Acrylsäure aus Acrylamid- und Ammoniumisocyanat aus Harnstofflösungen kann mit einem Mischbett-Ionenaustauscher (SERDOLIT®-MB, Kat.-Nr. 45500) in einer kleinen Säule durchgeführt werden. Wichtig zu beachten ist hierbei, dass das Harz 50 % Wasser enthält und dadurch die entprechenden Lösungen verdünnt werden.

b) Reinigung von Formamid
5 g SERDOLIT® MB werden zu 100 ml Formamid gegeben. Die Mischung wird 1 h  langsam bei Raumtemperatur gerührt und anschließend filtriert. Das gereinigte Formamid wird bei -20 °C gelagert. Auch hier ist wichtig zu berücksichtigen, dass das Harz 50 % Wasser enthält.
Hinweis: Das Harz kann mit Formamid äquilibriert werden, so dass das Wasser beseitigt wird. Anschließend wird dieses Harz in eine Säule gepackt und das Formamid gereinigt.

c) Entsalzung von Proteinen
Proteinlösungen sollten niemals direkt mit Ionenaustauschern in der freien Säure- oder Baseform in Kontakt kommen. Hierbei kann es immer zu unspezifischer Adsorption, Ausfällung oder sogar Denaturierung kommen. Die Dialyse gegen einen Mischbettionenaustauscher hingegen ist möglich: Dabei wird die Proteinlösung in einen Dialyseschlauch, z. B. SERVAPOR® dialysis tubing, MWCO 12 000 - 14 000 (Kat.-Nr. 44139 oder 44145) gefüllt und in ein Gefäß mit einer 10 % Suspension von SERDOLIT® MB gegeben. Die SERDOLIT® wird langsam gerührt. Falls der Indikator einen Farbumschlag anzeigt, sollte frische SERDOLIT® -Suspension eingesetzt werden.

d) Entfernen von SDS 
Das Entfernen von SDS kann analog dem Protokoll zur Entsalzung von Proteinen durchgeführt werden.

e) Beseitigen von SERVALYT™ Trägerampholyten
Eine effective und schonende Methode ist die Dialyse (SERVAPOR® dialysis tubing, MWCO 12 000 - 14 000 Kat.-Nr. 44139) gegen einen Mischbett-Ionenaustauscher. SERVALYT™ kann mit Ninhydrin nachgewiesen werden, so dass eine negative Ninhydrin-Reaktion das Ende der Dialyse anzeigt.

f) Selektives Entfernen von Calcium- und Übergangsmetall-Ionen
SERDOLIT® CHELITE® CH und/oder CHELITE® P entfernen selektiv di- und trivalente Metallionen aus Pufferlösungen. Hierzu wird das Harz zunächst mit dem entsprechenden  Puffer äquilibriert. Die Trennung und Elution der Ionen erfolgt durch eine schrittweise Verringerung des pH-Wertes (Abb. 7 und 8). Übergangsmetall-Ionen können alternativ durch Zugabe von komplexbildendend Anionen auch als negativ geladene Metallkomplexe an Anionenaustauscher binden.

3. Säulenchromatographie

Ionenaustausch-Harze können auch für die Chromatographie von Aminosäuren, Zuckerderivaten (Brat-Komplexe), Nukleotiden, Antibiotika etc. eingesetzt werden. Die Säulenlänge kann das 100-fache des Durchmessers betragen. Die Trennung basiert auf den unterschiedlichen Dissoziationskonstanten der Einzelsubstanzen. Die ELution erfolgt entweder durch schrittweise oder kontinuierliche Änderung der Eluentzusammensetzung.  Die letztgenannte Methode wird bei komplexen Mischungen empfohlen. Die schrittweise oder fraktionierte Elution hat den Vorteil, dass Einzelkomponenten in höheren Konzentrationen an einer definierten Stelle des Elutionsprofils auftreten.

 

4. Andere wichtige Anwendungen

   Anwendungen  Referenz
 a) Preconcentration and analysis of selected metal ions from various fluids  (e.g. blood or beverages) and aqueous solutions  1 - 28
 b) Separation of organic acids from biological fluids and aqueous solutions  29 - 31
 c) Separation and analysis of mixtures of amino acids, amino acid  derivatives or nucleotides  (see fig. 1)  32 - 39
 d) Separation of other organic compounds  40 - 49
 e) Use of ion exchangers as catalysts in organic synthesis, e.g. for sugar  derivatives, esters, etc.  50 - 58
 f) Use of ion exchangers for  drug delivery purposes  59 - 61

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