JPH0268122A - 電解質置換方法 - Google Patents

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、両性イオン交換膜を用いた３室構造の電気透
析槽による電解質置方法に関する。

（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
、抗生物質をはじ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
られているが、これらによる分離の前後に試料液中の電
解質を他の電解質に置換したり、緩衝液を他の緩衝液に
置換する必要がしばしば生じる。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、塩濃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洪すると、精度よくイオン
交換クロマトグラフィーによる分離が行うことができな
い。そこで、硫安分画の後、試料中の電解質を次の分離
工程に都合のよい電解質に置換する必要がある。またこ
うした電解質置換の必要性は、例えば旧ＯＴＥＣＩＩＮ
ＯＬＯＧＹ。

ｖｏｌ、４．７１２−７１５（１９８Ｂ）にも示されて
いるように、分離モードの異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じる。

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が一般的に用いられてき
た。しかしながら、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、分子量数千以下の低分子量目的
物質の膜漏れが、限外濾過法でも低分子量目的物質の［
１漏れが問題となる。

更に、電解質置換を行うため、従来の電気透析法により
一旦目的物質を含む試料液中の電解質を除去した後、必
要な電解質を加える方法も考えられるが、目的物質が生
化学物質である場合、電解質の除去の際に目的物質の生
理活性が失われてしまうという問題がある。

（本発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、このような従来の電解質置換法の問題
点を改遷し、目的物質を含む試料液の電解質置換を目的
物質の分子量に関わりなく高収率で、簡便、迅速に行う
方法を提供することにあり、更に目的物質が生化学物質
である場合、その活性収率を低下させることなく電解質
置換を行なう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） 本発明者らは上記問題点を解決するために鋭意検討を行
なった結果、電気透析法を用いた簡便な電解質置換法を
見出し本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、陽極を配置する陽極室、膜の両面そ
れぞれに陽イオン交換領域と陰イオン交換領域をもつ両
性イオン交換膜で挟まれた試料室、および陰極を配置す
る陰極室からなる電気透析槽の試料室に電解質Ａと目的
物質を含む試料液を導入し、陽極室と陰極室に電解質Ｂ
を含む水溶液を導入し、電気透析を行ない試料液中の電
解質入を電解質Ｂに置換することを特徴とする電解質置
換方法である。

（作用） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。第１図は本発
明の方法において用いられる電気透析槽の一例を示した
ものであり、陽極室１、陰極室３、両性イオン交換膜４
と５で挟まれた試料室２、陽極６、陰極７からなってい
る。

第２図は、第１図に示した電気透析槽を用いた電解質置
換装置の一例を示す図である。試料液は試料液タンク８
から送液ポンプＩＯにより送液ライン１２を通って試料
室２に供給され、試料室２から出た試料液は試料液タン
ク８に戻るようになっている。試料液中の電解質入を置
換するための新しい電解質Ｂを含む水溶液は置換電解質
溶液タンク９から送液ポンプ１１により送液ライン１３
を通って陽極室ｌと陰極室３に供給される。陽極０と陰
極７は、直流型Ｆｉ、１４に接続される。

ここで、陰極室と陽極室には、別々に、電解質Ｂを含む
水溶液を供給してもよいが、陰極室と陽極室を直列ある
いは並列に接続して、電解質Ｂを含む一つの水溶液を両
方に供給してもよい。

次に、電気透析槽に電気を通じると、陰極室３中の陰イ
オンが両性イオン交換膜５を通って試料室２に移動し、
試料室２中に存在する陽イオンは両性イオン交換膜５を
通って陰極室３に移動する。

一方、陽極室１中の陽イオンは両性イオン交換膜４を通
って試料室２に移動し、試料室２中に存在する陰イオン
は両性イオン交換膜４を通って陽極室ｌに移動する。従
って、試料液中にもともと存在した電解質Ａは時間とと
もに置換電解質溶液タンク９から供給される新しい電解
質Ｂに置換されることとなる。このとき、送液ライン１
２の任意の位置にイオンセンサー１５（ｌｌｉ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することが可能とな
る。

本発明において、試料液中の電解質Ａおよび置換電解質
Ｂとしては、塩化ナトリウム、塩化カリラム、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、酢酸
アンモニウム、ギ酸アンモニウム等）、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、窒素原子を含む複素
環式化合物の塩類（例えば、塩化メチルピリジニウム等
）などを挙げることができる。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２，０００以
下であることが望ましい。

分子Ｑ２，０００を超える電解質は両性イオン交換膜を
通過し難いため、これを用いた場合、本発明の電解質置
換が行なえなくなるおそれがある。

また、目的物質は特に限定されず、例えば生化学物質な
どを挙げることができる。この目的物質は通常試料液中
に溶解して存在するが、目的物質が懸濁した試料液を本
発明の電解質置換方法に用いても何ら差し支えない。

本発明において用いられる両性イオン交換膜とは、アニ
オン交換部分とカチオン交換部分がそれぞれ膜の両面に
存在する膜であり、更に膜の両面にイオンの通らない中
性部分が存在していてもよい。ここで、アニオン交換部
分とは、第１級から第４級アンモニウム塩基などの固定
の陽荷電を持つ部分であり、カチオン交換部分とは、ス
ルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基などの固定の陰荷
電をもつ部分である。

この膜のそれぞれの面のカチオン交換部分のアニオン交
換部分に対する面積比は０．２〜５．０の範囲にあるこ
とが望ましく、さらに望ましくは１／３〜３．０である
。そして、中性部分が全体に対して占める面積比はＯ〜
０．８であることが望ましく、さらに望ましくは、０〜
０．５である。

また、両性イオン交換膜のＫＣｇ溶液に対するカチオン
輸率は０．３〜０．７の範囲であることが望ましく、さ
らに望ましくは、０．４〜０．０である。

特に、両性イオン交換膜が非常に小さなサイズ（直径０
．１ｍｍ以下）のアニオン交換部分とカチオン交換部分
から構成される場合、膜表面のそれぞれのイオン交換部
分の面積を正確に求めることが困難になるため、膜のカ
チオン輸率（あるいは、アニオン輸率）が重要な因子と
なる。

両性イオン交換膜の各部分の面積比、カチオン輸率が上
記範囲外である場合、電解質のカチオン種とアニオン種
を同時に置換することができなくなるおそれがある。

更に、両性イオン交換膜を構成するカチオン交換部分と
アニオン交換部分それぞれのイオン交換容量は、０，１
〜ｌＯミリ当ｂ とが望ましく、さらに望ましくは０．２〜５ミリ当量／
ｇ・乾燥膜である。イオン交換容量が０．１ミリ当ｍ／
ｇ・乾燥膜より小さい場合、電解質置換に時間を要する
傾向があり、１０ミリ当量／ｇ・乾燥膜を越える場合、
イオン扛のリークのおそれがある。

本発明で用いられる両性イオン交換膜としては、特に限
定はなく、その作製方法も各種知られている（例えば、
「膜」、第８巻、第４号、２１２〜２２４ページ、１９
８３年など）。

その−例として、アニオン交換膜とカチオン交換膜を接
合して得られたもの、シリコーン樹脂膜などをマトリッ
クスとしてこれにカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂
とを埋め込んで得られたもの、１枚の膜を部分的に反応
してアニオン交換部分とカチオン交換部分を導入して得
られたもの、アニオン交換基をもつ（あるいは、導入可
能な）高分子とカチオン交換基をもつ（あるいは、導入
可能な）高分子とをブレンドし製膜した後、両性イオン
交換膜としたものなどが挙げられる。

更に、他の両性イオン交換膜の例として、特開昭５ｆ３
−７８４０８号公報、特開昭５８−７８１４５号公報、
特開昭５９−２０３（ｉ４１号公報、特開昭０１−４４
３３６号公報などに開示されている、カチオン交換基を
もつ高分子鎖ｐｏｌｙ　Ａとアニオン交換基をもつ高分
子鎖ｐｏｌｙ　Ｂとイオン交換基をもたない高分子鎖ｐ
ｏｌｙ　Ｃとから構成されるブロック共重合体やグラフ
ト共重合体からなるものも挙げることができる。これら
は、カチオン交換基を導入可能な高分子ｐｏｌｙ　Ａと
アニオン交換基を導入可能な高分子ｐｏｌｙ　Ｂとイオ
ン交換基を導入させない高分子ｐｏｌｙ　Ｃとが結合し
てなる原ブロック共重合体あるいは原グラフト共重合体
をフィルム状に成型後、カチオン交換基およびアニオン
交換基の導入および必要に応じて架橋反応を行うことに
より得られる。

これらの原ブロック共重合体あるいは原グラフト共重合
体においては、カチオン交換基を導入可能な高分子ｐｏ
ｌｙ　Ａとアニオン交換基を導入可能な高分子ｐｏｌｙ
　Ｂとがそれぞれ重量比で１５％以上されることが望ま
しい。また、これらを構成するそれぞれの成分高分子の
分子量は１０〜１０６ｇ／ｌ０ｏｌであることが望まし
い。

本発明において、電気透析槽に流す電流の大きさは、通
常、０．５〜５０　Ａ　／ｄｄであり、さらに望ましく
は１〜３０　Ａ　／ｄｒｒｉ”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ｐＨの変化や発熱による温度上昇のため目的物を
変質させるおそれがある。

また、電流が小さ過ぎる場合、電解質置換に時間がかか
ってしまうことがある。

（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、両性イオン交換膜４と５は東ソ（株）製のモザ
イク荷電膜（カチオン交換容量は約０．９１ミリ当量／
ｇ・乾燥膜、アニオン交換容量はｏ、ｅｙミリ当ｊｌ／
ｇ・乾燥膜であり、ＫＣΩ水溶液に対するカチオン輸率
が０．５５．０　、５モル／ｆ！中での膜抵抗が３．２
Ω・Ｃ−であるもの）として、陽極６は導電性金属酸化
物被覆チタン、陰極７ステンレスとした。それぞれのモ
ザイク荷電膜の有効膜面積は８ｃ−であり、電極−膜間
および膜間距離はいずれも１ｍｌとした。

置換電解質溶液タンク９には０．２Ｍの酢酸アンモニウ
ム水溶液を入れ、陰極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。置換電解質溶液は
１回に５０１使用し、３分毎に新しいものと交換した。

一方、試料液としては乳酸脱水素酵素（ＬＤＨ）を１　
ａ＋ｇ／ｍｌと食塩を０．２Ｍ含有する水溶液１ｏＩｌ
ｆを用い、４０ｍ　１７分の速度で試料室２に循環した
。その後、電気透析槽に定電流を０．３Ａ流し、電流を
流してから３０分後に試料液中のイオン濃度を分析した
ところ、ナトリウムイオン濃度はＯ，ＯＯＭ　、塩素イ
オン濃度は０．００８Ｍ。

アンモニウムイオン濃度は０．１３Ｍ、酢酸濃度は０．
１８Ｍであった。また、６０分後では、ナトリウムイオ
ン濃度は０．０１８Ｍ、塩素イオン濃度は０．００２Ｍ
、アンモニウムイオン濃度は０．１９Ｍ、酢酸濃度は０
．２０Ｍであり、試料液の電解質置換が行われたことが
確認された。また、６０分後、試料液中のＬＤＨの活性
収率を測定したところ、９５％であった。

実施例１において、試料液中のＬＤＨを１重量％のグリ
シルグリシルグリジンに変え、電気透析セルに流す電流
を０．６Ａとした以外は、実施例１と同様に試料液の電
解質置換を行った。

電気透析セルに電流を流してから３０分後に試料液中の
イオン濃度を分析したところ、ナトリウムイオン濃度は
Ｏ、Ｏｌ　８Ｍ　、塩素イオン濃度は０．００２Ｍ、ア
ンモニウムイオン濃度は０．１９Ｍ、酢酸濃度は０．２
０Ｍであった。また、このとき、グリシルグリシルグリ
ジンの回収率は９３％であった。

比較例１ 乳酸脱水素酵素（ＬＤＨ）を０．２μｇ／ｍ　Ｉ含有す
る０、２Ｍの食塩水１０１を３室型の電気透析槽を用い
て脱塩を行い食塩濃度を０．０２Ｍとした後、酢酸アン
モニウムの粉末を加え、酢酸イオン濃度を０．２Ｍとし
、電解質置換を行なった。置換終了後のＬＤＨの活性収
率は約１０％と低かった。

実施例２ 比較例２ グリシルグリシルグリシンを１重量％含有する０、２Ｍ
の食塩水１０１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０．２Ｍの酢酸アンモニウム水溶液（
体積１リツトル）として、４時間透析を行った。

この結果、試料液中の塩素イオン濃度はＯ，０２Ｍ　。

ナトリウムイオン濃度は０．０２Ｍ、酢酸イオン濃度は
０．１７Ｍ　、アンモニウムイオン濃度は０．１７Ｍと
なったが、グリシルグリシルグリジン濃度は０．３重量
％と大きく減少した。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の電解質置換方法によれば、
目的物質を含む試料液の電解質置換を収率よ＜、簡便に
、迅速に行なうことが可能となる。

更に、目的物質が生化学物質である場合、その活性収率
を損失することなく電解質置換を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法において用いられる電気透析槽の
一例を示す図である。 第２図は本発明の方法において用いられる電気透析装置
の一例を示す図である。 図中、 ［・・・陽極室　　　　　２・・・試料室３・・・陰極
室　　　　　４．５・・・両性イオン交換膜６・・・陽
極　　　　　　７・・・陰極８・・・試料液タンク　　
９・・・置換電解質溶液タンクｔｏ、ｉｉ・・・送液ポ
ンプ　１２，１３・・・送液タンク１４・・・電源　　
　　　　１５・・・イオンセンサーを各々示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）陽極を配置する陽極室、膜の両面それぞれに陽イ
   オン交換領域と陰イオン交換領域をもつ両性イオン交換
   膜で挟まれた試料室、および陰極を配置する陰極室から
   なる電気透析槽の試料室に電解質Ａと目的物質を含む試
   料液を導入し、陽極室と陰極室に電解質Ｂを含む水溶液
   を導入し、電気透析を行ない試料液中の電解質Ａを電解
   質Ｂに置換することを特徴とする電解質置換方法。