JPH01266810A

JPH01266810A - 電解質置換方法および装置

Info

Publication number: JPH01266810A
Application number: JP9466288A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Miyaki; 義行宮木; Kiminobu Satou; 佐藤　公庸
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1989-10-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、新規な構造を有する電気透析槽を用いた電解
質置換方法および電解質置換装置に関する。

本発明の方法および装置は、生化学物質の分離精製にお
いて、液体クロマトグラフィーによる分離の前処理ある
いは後処理や電気泳動による分離の前処理あるいは後処
理等に有効である。

（従来技術）蛋白質、酵素、オリゴペプチド、核酸関連物質、多糖類
、抗生物質を始めとする生化学物質の分離・精製におい
て、液体クロマトグラフィーや電気泳動が頻繁に用いら
れるが、これらによる分離の前後に試＋−）液中の７［
ｉ解質を他の電解質に交換したり、緩衝液を他の緩衝液
に交換する必要がしばしば生しる。例えば、酵素を精製
するプロセスにおいて、硫酸アンモニウムによる粗分面
（硫安分画）の後、塩ｌ農度勾配によるイオン交換クロ
マトグラフィーを用いて分離する場合、硫安分画で用い
た硫酸アンモニウムが高濃度で残存する試料をそのまま
イオン交換クロマトグラフィーに供すると、（１゛１度
よくイオン交換クロマトグラフィーによる分離が行うこ
とかできない。従って、硫安分画の後、試料中の電解質
を次の分離行程に都合のよい電解質に置換えてやる必要
がある。また、こうした電解質置換の必要性は、分離モ
ードのｙＩ￥なるクロマトグラフィー分離を多段で使用
する際やこの分離プロセスに電気泳動を組込む場合にも
しばしば生しる。（Ｂ　ＩＯ／ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、
Ｖｏ　１゜４．７１２〜７１５．１９８６年）従来、このような電解質置換を行うためには、多孔性膜
による拡散透析法や限外濾過法を用いることか一般的で
あった。しかし、拡散透析法では、処理に非常に長い時
間が必要であったり、低分子量（分子量数千以下）の生
化学物質の膜漏れか問題となる。また、限外濾過法の場
合にも、同様に、低分子ｒ：Ｌ（分子量数千以下）の生
化学物質の膜漏れか問題となる。

一方、電解質置換を行うため、従来の電気透析法により
一旦′１ヒ解質を除去した後、必要な電解質を加える方
法も考えられるが、この場合、電解質を除去した時、試
料の生理活性が失イっれてしまう危険性がある。

また、電気透析プロセスにより試料液中のアニオン種の
み、あるいは、カチオン種のみを置換する方法はすてに
知られているが（「最新の膜処理技術とその応用Ｊ、ｐ
２１８〜２３１．フジ・テクノシステム、１９８６年）
、従来の方法ではアニオン種とカチオン種とを同時に置
換することはできない。

（本発明が解決しようとする問題点）本発明の１」的は、このような従来の電解質置換法の問
題点を改善し、低分子量から高分子量の生化学物質を含
む水溶液（あるいは懸濁液）の電解質置換を簡ｊ４１且
迅速に行う装置と方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、電気透析槽を陽極室、中央区分至、およ
び陰極室から構成し、これらのうち中央区分室が、陽極
室側より陰イオン交換膜と陰イオン交換膜て挟まれた試
料室１、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜で挟まれた電
解質供給室、陽イオン交換膜と陽イオン交換膜で挟まれ
た試料室２の順で構成されるユニットを１組以上有し、
ユニットか２組以上の時はユニット間は濃縮室となる（
ｊカ造をもつようにすれば、電気透析により、試料液の
塩濃度を不必要に下げることなく、試料液の電解質置換
ができることを見出し、本発明を完成した。

（作用）本発明の一例を第一図と第二図を用いて説明する。第一
図は中央区分室が一つのユニットからなる本発明で用い
る電気透析槽を示したものであり、陽極室４、陰極室５
、陰イオン交換膜６と陰イオン交換膜７で挟まれた試料
室１、陰イオン交換膜７と陽イオン交換膜８で挟まれた
電解質供給室３、陽イオン交換膜８と陽イオン交換膜９
で挟まれた試料室２、陽１！ｉｌ！１０および陰極１１
から成っている。

第二図は、第一図に示した電気透析槽を用いた本発明の
電解質置換装置の概略を示す。試料液は試料液タンク１
３から送液ポンプ１７により送液ライン２１を通って試
料室１と２に供給され、試料室１と２から出た試料液は
試料液タンク１３に戻るようになっている。ここで、試
料室１に供給される試料液と試料室２に供給される試料
液は必ず混合される必要がある。このため、試料室１と
試料室２は第二図に示したように並列に接続してもよい
か、直列に接続してもよい。試料液中の′電解質を置換
するための新しい電解質溶液は電解質溶液タンク１４か
ら送液ポンプ１８により送液ライン２２を通って電解質
供給室３に供給され、電解質供給室３から出た電解質溶
液は電解質溶液りンク１４に戻るようになっている。陽
極液は陽極液タンク１５から送液ポンプ１９により送液
ライン２３を通って陽極室４に供給され、陽極室から出
て陽極液タンク１５に戻るようになっている。

また、陰極液は陰極液タンク１６から送液ポンプ２０に
より送液ライン２４を通って陰極室５に供給され、陰極
室から出て陰極液タンク１６に戻るようになっている。

そして、電気透析槽への通電は直流電源２６によって行
われる。

ここで、陰極液と陽極液は別々に、それぞれ、陰極室と
陽極室に供給してもよいが、陰極室と陽極室を直列ある
いは並列に接続して、一つの電極液を両方に供給しても
よい。

第二図に示した電気透析槽に電気を通じると、電解質供
給室３中の陰イオンが陰イオン交換膜７を通って試材室
１に移動し、試料室１中に存在する陰イオンは陰イオン
交換膜６を通って陽極室４に移動する。一方、電解質供
給室３中の陽イオンは陽イオン交換膜８を通って試料室
２Ｃミ移動し、試料室２中に存在する陽イオンは陽イオ
ン交換膜９を通って陰極室５に移動する。従って、試料
液中にもともと存在した電解質は時間とともに電解質供
給室から供給される新しい電解質に置換されて行くこと
になる。この時、送液ライン２１の任意の位置にイオン
センサー２５（種類の異なる複数のセンサーでもよい）
を配すれば、運転と同時に、試料液中の電解質濃度をモ
ニターできる。

本発明において、試料液中にもともと存在する電解質お
よび電解質供給室から供給される新しい電解質は、塩化
ナトリウム、塩化カリウム、硫酸アンモニウム、硫酸ナ
トリウム、硝酸ナトリウム、各種リン酸塩等の無機塩、
各種有機酸塩（酢酸ナトリウム等）、各種スルホン化物
（例えば、ベンゼンスルホンソーダ等）、各種リン酸化
物、各種アミノ酸、第１級、第２級、第３級、第４級ア
ンモニウム基を持つ有機化合物、窒素原子を含む複索環
式化合物の塩類（例えば、塩化メチルピリジニウム等）
などである。これらの電解質は、水に溶解するものであ
る必要があり、分子量が１０００以下であることが望ま
しく、さらに望ましくは５００以下である。分子！　１
０００以上の電解質はイオン交換膜を透過し難いので、
本発明の電解質置換には適さない。

第三図には、中央区分室が、試料室１、電解質供給室３
、及び試料室２から構成されるユニットを２組以上持つ
場合の本発明で用いる電気透析槽の概略図を示した。２
つの隣り合うユニットの間は、陰イオン交換膜６と陽イ
オン交換膜９で挟まれた濃縮室１２となっている（ここ
で、陽極に近Ｌｌ　ｙ；５！ｌ（［ｎ　Ｉ　５１”　！
／　’Ｘ　漠１１Ｊｔ　ＯＪ＝　１２−　’ｆ　ＬＬ　
Ｌ　３　。−７才し交換膜の配置は、陽極に近い方から
、陰イオン交換膜６、陰イオン交換膜７、陽イオン交換
膜８、陽イオン交換膜９が１つの繰返し単位となってい
る。このような電気透析槽を有する本発明の電解質置換
装置においては、濃縮室１２に供給される；１ｋ（濃縮
液）は独立に１つのポンプによって送られてもよいが、
濃縮室を陽極室あるいは／および陰極室を直列あるいは
並列に接続して、１台のポンプにより１つの液を送液・
循環してもよい。

本発明において、陰イオン交換膜６と７は、陰イオン交
換容量が０．２〜１０ミリ当量／ｇ・乾燥膜であること
が望ましく、さらに望ましくは、０．５〜５ミリ当Ｑ／
ｇ・乾燥膜であり、０．５モル／リットル中での膜抵抗
が０．５〜２０Ω・Ｃ♂であることが望ましい。この条
件を満足しない場合は、本発明の効果は大きく損なわれ
る。

また、陽イオン交換膜８と９は、陰イオン交換容量が０
．２〜．１０ミリ当ｍ／ｇ・乾燥膜であることが望まし
く、さらに望ましくは、０．５〜５ミリ男里）ｇ、乾燥
Ｉｌ！モあら、６．弓モル／ソットル中での膜抵抗が０
．５〜２０Ω・Ｃ−でめることか望ましい。この条件を
満足しない場合は、本発明の効果は大きく損なわれる。

本発明において、試料液と置換用の電解質液は、電気透
析槽の試料室中を１〜１００口／秒の線速で流れればよ
い。さらに望ましくは、３〜５０ｃｍ／秒である。この
線速が低すぎる場合、試料液の水素イオン濃度（ｐＨ）
が運転中に変化し、目的物を変質させる恐れがある。一
方、線速が高すぎる場合、剪断応力によって目的物を変
質させる恐れがある上、エネルギーを多く消費する。

電気透析槽に流す電流の大きさは、通常、０゜５〜５０
アンペア／ｃシであればよく、さらに望ましくは、１〜
３０アンペア／　ｃＪである。これは、料液中に含まれ
る電解質の濃度によって異なり、濃度が低いほど電流密
度も小さくてよい。電流が大きすぎる場合、試料液のｐ
Ｈの変化や発熱による温度上昇のため目的物を変質させ
る恐れがある。

また、電流が小さ過ぎる場合、電解質置換に時間がかか
ってしまう。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明するために実施例を示すが、
本発明は以下の実施例に特に限定されるものではない。

実施例１第１図と第２図に示すような電解質置換装置を組んだ。

ここで、陰イオン交換膜６と７は東ソー（株）製のフッ
素系の陰イオン交換膜（イオン交換容量は片面が０．９
１ミリ当ｍ／ｇ・乾燥膜と他面が０．６７ミリ当量／ｇ
・乾燥膜の２層構造であり、０．５モル／リットル中で
の膜抵抗か４゜２Ω・ｃＪであるもの）、陽イオン交換
膜８と９はＤｕ　　Ｐｏｎｔ社製のフッ素系の陽イオン
交換膜（Ｎａ　ｆ　１ｏｎ３２４）とし、陽極は導電性
金属酸化物被覆チタン、陰極はステンレスとした。それ
ぞれのイオン交換膜の有効膜面積は８　ｃｌであり、電
極−膜間および膜間距離はいずれも１ｍｍとした。

電極液は５％の硫酸ナトリウム水溶液とし、陰画室と陽
極室を直列に連結し、ポンプで４０ｍ１／分の速度で循
環した。試料液は乳酸脱水素酵素（ＬＤＨ）を２．５μ
ｇ／＋ｎ　ｌ含有する０、５Ｍの硫酸アンモニウム水溶
液１０ｍ１．電解質供給液をＩＭのリン酸水索二ナトリ
ウム水溶液２０ｍ１とし、それぞれを４０ｍ　ｌ／分の
速度で試料室と電解質供給室に循環した。試料室１と２
は並列に接続した。′電気透析セルに定電流を０．６Ａ
流し、電流を流してから５０分後に試料液中のイオン濃
度を分析したところ、硫酸イオン濃度は０．０３Ｍ、ア
ンモニウムイオン濃度は０．０６Ｍ、リン酸イオン濃度
は０．４５Ｍ、ナトリウム濃度は０．９４Ｍてあり、試
料液の電解質置換が行われたことを確認した。この時、
試料液中のＬＤＨの活性収率をｎｌ定したところ、はぼ
１００％であった。

実施例２実施例１において、試料液中のＬＤＩ（を１重量９６の
グリシルグリシルグリシンに変えた他は、実施例１と同
様に試料液の電解質置換を行った。電気透析セルに定電
流を０．６Ａ流し、電流を流してから５０分後に試料液
中のイオン濃度を分析したところ、硫酸イオン濃度は０
．０３Ｍ、アンモニウムイオン濃度は０．０６Ｍ、　リ
ン酸イオン濃度は０．４５Ｍ、ナトリウム濃度は０．９
４Ｍであり、試料液の電解質置換が行われたことを確認
した。この時、試料液中のグリシルグリシルグリジン濃
度は最初とほとんど変わらなかった。

比較例１乳酸脱水素酵素（ＬＤＨ）を０．　２μｇ／ｍｌ含有す
る０、５Ｍの硫酸アンモニウム水溶液１０ｍ１を３室型
の電気透析槽を用いて脱塩を行い硫酸アンモニウム濃度
を０．０３Ｍとした後、リン酸水素二ナトリウムの粉末
を加え、リン酸イオンｉｋ　＝を０．５Ｍとした。この
とき、ＬＤＨの活性収率は約１０％と低かった。

比較例２グリシルグリシルグリシンを１重量％含宵する０、５Ｍ
の硫酸アンモニウム水溶液１０ｍ１を、セルロース系の
拡散透析膜（スペクトラム社製のスペクトラ／ポア７　
分画分子ｍ１０００）を用い、外液を０．５Ｍのリン酸
水素二ナトリウム水溶液（体積１リツトル）として、４
時間透析を行った。

この結果、試料液中の硫酸イオン濃度は０．０４Ｍ、ア
ンモニウムイオン濃度は０．０７Ｍ、リン酸イオン濃度
は０．４８Ｍ、ナトリウム濃度は０．９７Ｍとなったが
、グリシルグリシルグリシン濃度は０．３重量％と大き
く減少した。

（本発明の効果）以上述べたように、本発明の電解質置換装置および方法
により、低分子量から高分子量の生化学物質（生理活性
物質を含む）を含有する水溶液（あるいはｇ、濁液）の
電解質置換を生化学物質を損失することなく簡単且迅速
に行うことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第一図は本願発明の電気透析槽の一実施態様を示す概略
図、第二図は本願発明の電気透析槽を用いた電解質置換
装置の一実施態様の概略図、第三図は本願発明の電気透
析ユニットを２組以上有する電解質置換装置の一実施態
様の概略図である。１・・・・・・試料室　　　　２・・・・・・試料室３
・・・・・・電解質供給室　４・・・・・・陽極室５・
・・・・・陰極室　　　　６．７・・・陰イオン交換膜
８．９・・・陽イオン交換膜１０・・・陽極　　　　　１１・・・・・・陰極特許出
願人　　　東ソー株式会社第一第三１ｎ４１Ｊ’１Ｚ１３２１２図図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気透析による電解質置換方法において、陽極室
、中央区分室、および陰極室から成り、中央区分室が陽
極室側より陰イオン交換膜と陰イオン交換膜で挟まれた
試料室１、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜で挟まれた
電解質供給室、陽イオン交換膜と陽イオン交換膜で挟ま
れた試料室２の順で構成されるユニットを１組以上有し
、ユニットが２組以上の時はユニット間は濃縮室となる
構造を基本構造とした電気透析槽を用いることを特徴と
する電解質置換方法。
（２）陽極室、中央区分室、および陰極室から成り、中
央区分室が陽極室側より陰イオン交換膜と陰イオン交換
膜で挟まれた試料室１、陰イオン交換膜と陽イオン交換
膜で挟まれた電解質供給室、陽イオン交換膜と陽イオン
交換膜で挟まれた試料室２の順で構成されるユニットを
１組以上有し、ユニットが２組以上の時はユニット間は
濃縮室となる構造を基本構造とした電気透析槽を用いた
電解質置換装置。