JPS5926105A - 両性電解質の分離精製装置 - 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】 本発明は両性電解質の分離精製装置に関する。

アミノ酸、ペプチド、蛋白質、核酸等の両性電解質は、
生体構成要素、酵素などとして生化学的に重要な意味を
持つ物質であって、これらのプリパラティプな分離、精
製は学術的に大きな意義を有している。電気泳動法は両
性電解質の分離に利用されている方法のひとつであるが
、この方法は普通小量の試料を各構成要素に分離し定量
することを目的とした装置で行われているため一回の操
作で分離できる量が極く小さく、これをスケール・アン
プする場合にも問題と成る点が多い。また試料を連続的
に分離し、プリパラティプな量の試料を処理できるよう
に工夫された電気泳動装置類もあるが、更に操作性が良
く迅速な分離が可能な装置の出現が望まれている。

本発明は上記の事情に基きなされたもので両性電解質混
合物溶液を、電気泳動的な手段を用いて、構成成分を異
にする多種・類の液に分離する事を可能とする方法およ
び装置を得ることを目的としている。

以下、本発明の原理につき説明する。

両性電解質は分子内に酸性及び塩基性の基を有する物質
で、それぞれの基は特有の解離定数を示し、両者のバラ
ンスした状態をしめす数値として両性電解質毎に特有の
等電点を有している。等電点はこれと等しいｐＨの溶液
内において各両性電解質の分子内の正・負の電荷が等し
くなり電気的に中性となることを示す点であるが、これ
はまた両性物質の充分な濃度の純粋な水溶液のｐＨは、
等電点と等しくなることを示すものでもあり、異なる等
電点を有する同程度の濃度の両性電解質の純粋な水溶液
はそれぞれに対応した異なるｐＨ値をとることを示すも
のである。従って等電点を異にする二種類の両性電解質
を含む水溶液のｐＨは、それぞれの両性電解質を純粋な
状態で溶がした二種類の水溶液のｐＨの中間の値をとる
が、この値は低い等電点を示す物質の溶液の示すべきｐ
Ｈより高く、また高い等電点を示す物質野溶液の示すべ
きｐＨより低いため、この溶液内では、等電点の高い両
性電解質分子では正の電荷が優勢となる一方、低い等電
点を有する両性電解質分子では負、の電荷が優勢となる
。

電解質を溶かした溶液中に電極を設けて電圧を加えると
、正の電荷を帯びた分子は負の電極に、また負の電荷を
帯びた分子は正の電極に引かれるような力がかかり、そ
れぞれ相反する方向に移動する。いま、正・負両電極の
中間をイオン電導性のある仕切で仕切った容器に電解質
溶液を入れてにある正電荷を帯びた分子は負の電極に、
負電極側にある負電荷を帯びた分子は正の電極に向がっ
て仕切を透過して移動し、最終的には仕切の正電極側に
は酸性物質分子が、そして負電極側には塩基性物質分子
が集り、それぞれことなるｐＨ値を示す。

水溶液に含まれる電解質が、相異なる等電点を持つ二種
類の両性電解質である場合、アミノ酸、タンパク質等は
その等電点付近のｐＨにおいて緩衝作用が少ないから、
この溶液のｐＨは両性電解質の各々の溶液に対応した各
ｐＨ値からずれた点に位置している。

先に述べた様にこの条件においては、高い等電点を持つ
両性電解質分子では正電荷を優勢とし、また低い等電点
をもつ両性電解質分子では負電荷が優勢となっているた
め、この水溶液を用いて上記の操作を行う場合、高い等
電点を持つ両性電解質分子は負電極側に、また低い等電
点をもつ両性電解質分子は正電極側にそれぞれ仕切の膜
を透過して移動する現象を示す。これを継続すれば、両
側の溶液間のｐＨ差を次第に拡大しつつ分子の移動が進
行して、正電極側には等電点の低い物質が、また負電極
側には等電点の高い物質が集まり、それぞれ等電点に対
応したｐＨを示す溶液を生成して定常状態となる。

溶液内に含まれる両性電解質の種類が更に増加して３種
類になった場合には、それぞれの両性電解質分子はそれ
ぞれの等電点の値と溶液のｐＨに対応して正または負の
電荷を帯びるため、この現象はより複雑になるが、上記
のことから異なる等電点を有する両性電解質分子どうし
は電界中に置かれたとき互いに反撥し合う性質を持つこ
ととなるので、上記の分離槽の仕切をもうひとつ増やし
て３室としたものを用いて電極間に電圧を加えれば、分
離の進行に伴って溶液のｐＨは次第に変化し、正電極の
ある室には最も等電点の低い両性電解質が、また負電極
のある室には最も等電点の高いものが、また中間の室に
は中間の等電点の両性電解質が集まることとなる。

このことはまた、多種類の両性電解質を含む溶液にだい
しても、これを前掲の仕切な多数膜は両電極間を多段に
仕切った容器内にいれて電圧をくわえることにより、各
両性電解質を正電極側から負電極に向かった仕切の間の
各ゾーンに、等電点の低い順に集め分離することが可能
であることを示す。

これを一般的に行われているゾーン電気泳動法と対比し
て考えると、ゾーンに含まれている緩衝液を純水に置き
換えて電気泳動を行っているものに対応し、これを実際
に行っても良好な分離は行われ難い。これは、ゾーンで
は分離された両性電解質がゾーン上で電界方向に占める
巾が比較的広く、両性電解質同志の接点が、一方が次第
に濃度を減少するのに伴って他方の濃度が次第に増加す
るグラディエンドな状態で構成され得るためｐＨの変化
が緩やかに生じ、異種両性電解質同志の反撥が明瞭な形
でおこらない結果として解釈できる。

これに対して、膜で溶液間を仕切った溶液での実験結果
では明瞭な分離の効果が現れ、その理由と甲ては溶液内
の溶質濃度が均一でその内部にｐＨの違いが起り得ない
ため、異種両性電解質の混在が明瞭な電気的な反発を起
し易いこと、また隣合った溶液間を隔てる膜が薄くその
内部に保持される両性電解質の量は循環している溶液の
量に対して殆ど無視できる程度であるため、膜内に保持
されグラディエンドなｐＨ変化の原因となる両性電解質
の量が少なく分離に悪影響を及ぼさないことなどがかん
かえられる。

分離の基本的な考えは上に述べたとうりであるが、これ
の実施に当っては、両性電解質溶液の中に微量の通常電
解質が混在すると、これが両性電解質の等電点に影響し
、それが分離に悪影響を与える可能性が考えられる。そ
の対策としては、両性電解質分子が通常電解質と共存す
る場合に、通電によって両性電解質から通常電解質を分
離除去できる機構を備えた装置を使用するのが有効であ
る。またより確実に分離を達成する為には、両性電解質
分子が電極と接触して分解を起す可能性を回避できるよ
うな機構の装置を使用するのが安全である。この為には
電極の置かれた部分に両性電解質分子が侵入しない一方
、通常電解質分子は速やかにそこに移行するようにすれ
ばよい。

これは電極室と隣の室との仕切に透析性の膜を使用する
ことで達成できる。透析膜は低分子量の分子を透過させ
る一方高分子量の分子を透過させないため、高分子両性
電解質を両透析膜で挾まれた部分内に保持する性質を示
し、両電極室で挾まれた室内から一般電解質イオンを電
極室内に電気泳動的に移動させ除去する際の障害と成ら
ない。

従ってこの場合には両電極室には純水を充たして運転す
るだけで、高分子両性電解質の分離と言う目的を達する
事ができ、極めて操作が簡便であり優れた方法と言うこ
とができる。ただし対象となる両性電解質が低分子量の
物質である場合には透析膜で挾まれた部分から両電極室
に洩出する可能性がある点を欠点として指摘できる。

この欠点を補う手段として低分子量の両性電解質を対象
とする場合に正電極室に酸、負電極室に塩基の水溶液を
充たして電圧を加える方法がある。

この場合は電極に電圧を加えると、酸性物質分子は正極
に、塩基性物質分子は負極に引かれる為、正電極室内の
酸及び負電極室内の塩基は仕切の膜を透過して隣の両電
極室で挾まれた室内に拡散浸入することがない一方、両
電極室で挾まれた室内からはイオン性分子は電界に依っ
て容易に電極室内に移行できる。これに対して両性電解
質分子は酸性液中で正電荷を、また塩基性液中で負電荷
を帯び、酸・塩基の分子と逆符号の電荷を持つので電界
中で酸・塩基分子と反撥し合う性質を示すため、それぞ
れの電極室内に侵入し難く、一旦侵入した両性電解質分
子も電界に依る排出作用を受けて両電極室から排除され
る結果となる。この方法では電極室と他室との仕切は他
の仕切と同一の高分子両性電解質を電気泳動的に通過で
きる材料で構成してもよいが、その場合には高分子量の
物質に対しても電極室に酸・塩基を使用する事が必要と
される点が操作上の不利な点となる（両性電解質分子の
分子量と関係無しに両性電解質分子の電極室内への侵入
を阻止できる利点を有している）。

以上の分離手段を実施するために必要な装置の概要は図
に示したように左右両端に電極１，２を収容した電極室
３．４を備え、電極室３，４と隣の室５との境を透析性
の膜６，７で仕切り、さらに両透析膜の間を多数の電気
泳動的にイオン性物質が透過・移動できる膜状の仕切で
仕切った形状の容器８を主体とし、これに電極間に電圧
を加えるための電源装置、液を収容しそれを容器の各部
分に循環させる外部容器、外部容器と容器の各部分との
間で液を循環させるためのポンプを付随させたものであ
り、必要に応じて冷却装置その他を付加して構成される
。なお、それらは図示の簡略化のため省略されている。

分離に際する基本的な操作は、第一に容器の電極を備え
た部分を透析性の膜６，７で仕切り、二枚の透析膜６．
７の間の室５をポリアクリルアミド・モノマーを濾紙な
どの上で重合させて作成したゲル膜８等で複数の分離室
９に仕切ることであり、次いでこれらで形成された分離
室９の数だけ用意した外部容器にいれた純水を各チャン
ネル毎に用意したポンプを用いて、分離装置の各室に循
環させながら電極間に必要な電圧を加えることであり、
最後に分離すべき混合試料は外部容器の一つ、或いは電
極室と循環するものを除く数個の外部容器に同時にいれ
て通電を継続することで完了する。

この操作に依って混合試料中の各両性電解質は、電界の
影響によって互いに他を排除仕合（・つつ、同質のもの
が集まりらつそのｐＨを次第に変え、最終的には分離室
の各チャンネル毎に、各両性電解質分子成分の等電点に
対応したｐＨになって安定する。

通常の場合、両電極室を循環する溶液は試料やゲル膜中
に混在する通常電解質のため強い酸性または塩基性を示
し、それ以外の各チャンネルに両性電解質から成る試料
成分が分割されて存在する形で分離が終了する。但しこ
の操作は、最初から正の電極室のチャンネルを酸性液で
、負の電極室のチャンネルを塩基性液で置換して置いて
運転を開始しても、結果的には殆ど差の無い結果が得ら
れる。

ここに用いる膜の材料としてはポリアクリルアミド・ゲ
ル、寒天、澱粉、その他で作成したゲル状物質等、電気
法用グーンとして利用できる材質が適当であり、電極室
との仕切に用いる透析性の膜としてはセロファン、セル
ロース・アセテートその他の一般的に利用されている透
析膜の他、高濃度に調製したポリアクリルアミド・ゲル
膜なども利用できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明一実施例の模式的断面図である。 １．２・・電　極、　　　３，４・・・電極室、６．７
・・・透析性の膜、　　８・・・ゲル膜、９・・・分離
室 出願代理人　弁理士　菊　池　五　部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 容器両端に設けられ他部とは透析膜によって仕切られた
   電極室と、この電極室内に収容され直流電圧を印加され
   る電極と、前記透析膜間の空間を電気泳動的にイオン性
   物質が透過移動し得る膜で区切って形成した複数の分離
   室とを有することを特徴とする両性電解質の分離精製装
   置。