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Trennung eines in mindestens zwei Komponenten trennbaren flüssigen Gemisches
Die Erfindung bezieht sich auf die Trennung von Gemischen, z. B. von Aminosäure-Gemischen, mit
Hilfe von Adsorbentien, die aus Derivaten von Cellulose-Kristallit-Aggregaten zusammengesetzt sind, besonders aus solchen Derivaten, die ionisierbare Gruppen enthalten und fähig sind, als Ionenaustauscher zu wirken.
Die Herstellung von Aminosäuren aus Protein-Hydrolysaten ist eine an sich gut bekannte Arbeitsme- thode, mit Hilfe deren man diese technisch wichtigen Verbindungen aus verhältnismässig wohlfeilen Aus- gangsmaterialien gewinnen kann. Indessen ist ihre Trennung, ihre Isolierung und ihre Reinigung ein anderes Problem, und diese letzten Stufen bilden insbesondere den Gegenstand der Erfindung, daneben natürlich auch die Trennung und bzw. oder die Reinigung von vielen andern trennbaren Gemischen. Mit
Hilfe der adsorbierenden Materialien der Erfindung können komplexe Gemische von Aminosäuren, wie sie z. B. in Protein-Hydrolysaten vorhanden sind, in die einzelnen Aminosäuren oder in kleine Gruppen derselben getrennt werden, welch letztere ihrerseits mit Hilfe einer oder mehrerer zusätzlicher Arbeitsstufen weiter getrennt werden können.
Diese erfindungsgemässen Trennungsstufen lassen sich wesentlich vorteilhafter durchführen als diejenigen, welche mit Hilfe der bekannten Ionenaustauscher, einschliesslich der Austauscher auf Kunstharzbasis und der Austauscher, die aus den bekannten Cellulosematerialien aufgebaut sind, durchgeführt werden.
Ionenaustauscher auf der Basis von Cellulose-Kristallit-Aggregat-Derivaten weisen eine Reihe von erwünschten charakteristischen physikalischen und mechanischen Eigenschaften auf, durch welche sie den bekannten Austausch-Materialien überlegen sind. Sie sind z. B. frei von dunklen Verfärbungen und von Gerüchen, wie sie die Kunstharz-Materialien häufig aufweisen, und ihre Teilchengrössen können wesentlich leichter eingestellt werden als vergleichsweise die der bekannten Materialien.
Was die bekannten Cellulosederivate anbelangt, so gestattet ihre faserartige Natur nur eine lockere Packung innerhalb der Trennsäule, was die Bildung von luftgefüllten Hohlräumen zur Folge hat, die zur Ausbildung von Kanälen führen. Auf der andern Seite sind die Derivate der Aggregate von einer nicht faserartigen Partikel-Form, lassen sich demzufolge dicht packen und zeigen keine Kanalbildung.
Man kann die Derivate der Aggregate auch aussieben, um zu Fraktionen von genau festgelegter und einheitlicher Teilchengrösse zu gelangen, und die Teilchengrösse selbst kann so klein gewählt werden, dass man zu einem völlig andern Grössenordnungs-Bereich gelangt, wenn man sie mit jener der bekannten Cellulosederivate in Vergleich setzt. Bekanntlich wird die Schärfe der Trennung eines BeschickungsGemisches im allgemeinen umso besser, je kleiner die Teilchengrösse des Austauscher-Materials ist. Demzufolge kann die Oberfläche der Derivate der Aggregate gewünschtenfalls um ein Vielfaches grösser eingestellt werden, als die der faser artigen Materialien.
Das letztgenannte Material ist wegen seiner Faserstruktur durch Aussieben nur schwierig zu unterteilen, und es kommt nicht selten vor, dass man Produkte mit einer Teilchengrösse in Händen hat, deren eine Dimension sich in der Grössenordnung von 1 oder 2 Mikron bewegt, deren Länge sich jedoch bis zu 1000 Mikron oder darüber hinaus erstreckt.
Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass die Derivate der Aggregate ein höheres Schüttgewicht aufweisen als die bekannten Cellulose-Materialien ; das bedeutet, dass von gleichen Gewichtsteilen der beiden Aggregate die Derivate der Aggregate ein kleineres Volumen, vielleicht nur 501o oder weniger, des Volumens der bekannten Cellulose-Materialien einnehmen. Soll ein Beschickungsgemisch
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durch jedes dieser Materialien getrennt werden, so brauchen die Aggregat-Derivate wesentlich weniger stark benetzt werden als das bekannte Material und entsprechend sind auch die zurückbehaltenen Mengen bzw. die Zurückhaltungs-Verluste kleiner.
Der technische Vorteil, der mit den Derivaten der Aggregate verbunden ist, ist ganz augenfällig und er wirkt sich besonders dann günstig aus, wenn es sich um die Trennung eines kostspieligen Beschickungs-Gemisches oder um die Trennung von dessen Komponenten handelt. Auch die Menge des zur Eluierung notwendigen Lösungsmittels kann geringer bemessen werden, und es braucht folglich auch nur eine kleinere Menge des Lösungsmittels aus der eluierten Verbindung abgedampft zu werden.
Die Derivate der Aggregate weisen den besonders erwünschten Vorteil auf, dass sie in reproduzier-
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gungen empfindlich sind, sondern sie begründen zugleich eine Überlegenheit gegenüber den bekannten Cellulose-Derivaten, deren eigenschaftsmässige Reproduzierbarkeit von Charge zu Charge schwankt. Es ist bekannt, dass die handelsübliche Cellulose amorphe Regionen durch die Celluloseketten hindurch verteilt enthält, deren Gehalt unter anderem aus Xylanen und Mannanen besteht. Die Menge der letztgenannten Materialien schwankt von Cellulose zu Cellulose ebenso wie auch die Cellulose selbst von Fabrik zu Fabrik und von Saison zu Saison verschieden ist, und demzufolge sind auch die Derivate, die aus dieser Cellulose hergestellt werden, in gleicher Weise von Ansatz zu Ansatz mit verschiedenen Eigenschaften ausgestattet.
Auf Grund dieser Schwankungen ist es praktisch unmöglich, aus der im Handel befindlichen Cellulose gleichmässige oder reine Derivate herzustellen.'Was den Aschegehalt anbelangt, so können die Derivate der Kristallit-Aggregate einen Aschegehalt von weniger als 500 Teilen pro Million Teile, ja sogar weniger als 100 Teilen pro Million Teile aufweisen, wohingegen die bekannten Cellulosederivate Aschegehalte von 800 Teilen pro Million Teile aufwärts besitzen.
Bei der Behandlung von trennbaren Beschickungs-Gemischen, wie z. B. Aminosäuren und Proteinen, können die Aggregat-Derivate eine höhere Adsorptions-Kapazität aufweisen als dieKunstharz-Austauscher und auch als die Austauscher auf der Basis der bekannten Cellulosederivate. Darüber hinaus können diese Beschickungs-Gemische bzw. einzelne Komponenten derselben von der Derivaten der Aggregate unter milden Bedingungen desorbiert werden. das bedeutet, dass als Desorptions- oder Eluierungsmittel schwach reagierende chemische Stoffe, welche die Beschickungs-Komponenten oder das Derivat nicht angreifen, verwendet werden können.
Auf Grund dieser technischen Vorteile und von weiter unten noch beschriebenen Vorteilen zeichnen sich die Derivate der Kristallit-Aggregate bei vielen Beschickungs-Gemischen durch eine überlegene Trennwirkung aus.
Die Ionenaustauscher-Derivate der Aggregate können sowohl Kationenaustauscher als auch Anionenaustauscher sein.
Zu den geeigneten Kationenaustauschern gehören die Carbonsäure-Derivate der Cellulose-KristallitAggregate, einschliesslich der 6-Carboxyl-und der 2, 3-Dicarboxyl-Derivate ; die gemischten Carboxylund Aldehyd-Gruppen enthaltenden Derivate der Aggregate ; und dieCarboxyäther-Derivate der Aggregate, wie z. B. die Carboxymethyl-, Carboxyäthyl-und andere Carboxyalkyl-Derivate. Weitere brauchbare Materialien sind die Esterderivate anorganischer Säuren, z. B. die Phosphate und Sulfate der Aggregate ; ferner Äther-Derivate der Phosphonoalkyl-, Sulfoalkyl- und Sulfinoalkyl-Reihe, z.
B. die Phosphonomethyl-, Sulfomethyl-, Sulfoäthyl-und Sulfinomethyl-Derivate. Die Sulfoalkyl-Derivate enthalten Sulfonsäuregruppen ; weitere geeignete Derivate sind die Phosphorigsäureester, die Borsäureester und dieSchwe-
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stellen können.
Zu den Anionenaustauschern gehören die Alkylaminoalkyläther der Aggregate, bei denen die Alkyl-
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bei der Umsetzung von Epichlorhydrin und Triäthanolamin mit den Aggregaten in Gegenwart von Ätznatron gebildet wird. Hiezu gehören weiter die Mono- und Diharnstoff-Derivate der Aggregate. Andere basische Gruppen enthaltende Derivate werden durch die Alkylaminoalkyl- und Alkylamino-dialkylester der Aggregate dargestellt.
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Wie aus der beispielhaft angeführten Zusammenstellung erkennbar ist, enthalten einige der Deri- vate die ionisierbare Gruppe direkt an die Anhydroglukose-Einheiten der Kristallit-Aggregate gebunden, während andere wieder derartige Gruppen an das Ende einer Kette gebunden enthalten, die selbst mit ihrem andern Ende an die Anhydroglukose-Einheiten gebunden ist.
Bei den Aggregaten der Cellulose-Kristallite, aus denen die verschiedenartigen Derivate hergestellt werden, handelt es sich um kleine, vorzugsweise zermahlene Aggregate einer Cellulose mit "einem auf einen annähernd einheitlichen Wert eingestellten Polymerisationsgrad" (level-off Degree of Polymerization cellulose). Diese kleinen, zermahlenen Aggregate, ihre Eigenschaften und ein Verfahren zur Zerkleine- rung der "Cellulose mit einam auf einen annähernd einheitlichen Wert eingestellten Polymerisationsgrad" sind in der USA-Patentschrift Nr. 2, 978, 446 beschrieben. Sie stellen säureunlösliche Produkte dar, die durch die gesteuerte saure Hydrolyse von Cellulose gewonnen werden, und der Wert des annähernd ein- heitlich eingestellten Polymerisationsgrades" (level-off D.
P. value) spiegelt die Zerstörung der ur- sprunglichen Faserstruktur des cellulosehaltigen Ausgangsmaterials wieder. Der Ausdruck auf einen an- nähernd einheitlichen Wert eingestellter Polymerisationsgrad"soll sich auf den durchschnittlichen Wert eines solchen annähernd einheitlich eingestellten Polymerisationsgrades des Celluloseproduktes beziehen, und er wird nach der Methode bestimmt, die in der Arbeit von O. A. Battista"Hydrolysis and Crystalliza- tion of Cellulose"in"Industrial and Engineering Chemistry", Band 42 [1950}, S. 502-507 beschrieben ist.
Die Ausgangs-Aggregate sollen vorzugsweise eine Teilchengrösse von 5 Mikron oder weniger aufwei- sen, gleichgültig, ob sie durch Zermahlen zerkleinert worden sind oder nicht. Da die Gewinnung von
Produkten mit einer Teilchengrösse von 5 Mikron oder weniger durch das Zermahlen begünstigt wird, ist es empfehlenswert, eine solche Arbeitsstufe einzuschalten und erforderlichenfalls von der Fraktionierung
Gebrauch zu machen, um Produkte mit der gewünschten Teilchengrösse zu erhalten. Zu Produkten mit einer Teilchengrösse von 5 Mikron oder weniger kann man durch Ausfraktionieren der nicht zermahlenen
Aggregate gelangen, wenngleich hiemit auch eine Herabsetzung der Ausbeute verbunden sein kann.
Die technisch brauchbaren Derivate sind durch ihre allgemeine Unlöslichkeit ausgezeichnet, u. zw. einschliesslich der Unlöslichkeit in Wasser, in zahlreichen trennbaren Beschickungsgemischen und in zahlreichen
Eluierungsmitteln und Regenerierungsmitteln. Die Derivate sind weiter dadurch charakterisiert, dass sie in Form diskreter, nicht faserartiger Teilchen mit einer Grösse von vorzugsweise 30 bis 70 Mikron vorliegen, obwohl ihre Grösse auch unter 30 Mikron bzw. unter 10 oder 5 Mikron, ja gewünschtenfalls auch zwischen 0, 1 oder 0, 2 und 1 Mikron oder mehr liegen kann. Diese Derivate sind im wesentlichen topochemische Derivate, u. zw. insofern, als die Celluloseketten, die in der Oberfläche der Aggregate liegen, zu einem erheblich grösseren Anteil in Derivate übergeführt sind als sämtliche andern Ketten der Aggregate.
In Form des Substitutionsgrades (D. S.) ausgedrückt, kann man sagen, dass die Derivate einen Substitutionsgrad von unter 1, 0 vorzugsweise zwischen 0, 01 und etwa 0, 85 aufweisen.
Carbonsäurederivate, Derivate, die sowohl Carbonsäuregruppen als auch Aldehydgruppen enthalten, Esterderivate, Ätherderivate und kombinierte Derivate der Aggregate der Cellulose-Kristallite sowie Arbeitsweisen zu ihrer Herstellung sind in der belgischen Patentschrift Nr. 616198 beschrieben worden. Wie in dieser Patentschrift gleichfalls ausgeführt worden ist, enthalten die Celluloseketten der KristallitAggregate an einem Ende eine potentielle Aldehydgruppe, die zu einer Hydroxylgruppe reduziert oder zu einer Carbonsäuregruppe oxydiert werden kann, bevor man das gewünschte Derivat der Aggregate bildet.
Die Erfindung ist von besonderer technischer Bedeutung bei der Trennung und Reinigung von Beschickungs-Gemischen, die Komponenten aufweisen, welche Aminogruppen enthalten, besonders von Gemischen von Aminosäuren aus beliebigen Ausgangsmaterialien, und ganz besonders von Gemischen, wie sie durch saure, alkalische oder enzymatische Hydrolyse von verschiedenen Protein-Materialien, die sowohl tierischer als auch pflanzlicher Herkunft sein können, erhalten werden, und auch bei der Trennung und Reinigung von Gemischen aus biologischen Extrakten.
Zu den Proteinen, die hydrolysiert werden können, gehören Casein, Hefe, Ei-Albumin und auch Albumine aus Milch, Fischen, Elastin, Keratin ; pflanzliche Proteine, wie Soja, Edestin, Zein, Gliadin ; ferner Proteinen aus Leim, Gelatine, Seidenfibroin, Seidengummi, Hämoglobin, Serum-Albumin, Serum - Globulin, Blut-Fibrin ; Rinderplasma-Albumin und Gemische hieraus mit Hämoglobin, Menschenserum und Pferdeserum.
Um das komplexe Gemisch der Aminosäuren, die in einem Protein-Hydrolysat vorhanden sind, zu trennen, ist es empfehlenswert, es zunächst in eine Serie von Aminosäuregruppen zu trennen, u. zw. beispielsweise mit Hilfe eines Kationenaustauschers. In diesem Zusammenhang ist der Hinweis von Interesse, dass man die Aminosäuren in vier Gruppen unterteilen kann :
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möglicherweise den Assoziierungsgrad der verschiedenen Komponenten der Beschickungsgemische mit dem Material der Austauschersäule variieren und auf diese Weise die Geschwindigkeit, mit der sie in der
Säule von oben nach unten wandern, beeinflussen.
Es können bevorzugt anzuwendende pH-Werte für eine wirksame Trennung von Gemischen, wie Protein-und Aminosäuregemische, existieren, und diese Werte können für jedes bestimmte Gemisch ermittelt werden.
Will man die Trennung absatzweise durchführen, so kann man das Material der Austauschersäule aus der Säule in Form eines feuchten Zylinders herausnehmen und in einzelne Abschnitte zerschneiden, wo- bei jeder Zylinderabschnitt einem Band aus dem Material plus den absorbierten Komponenten entspricht, und die letztgenannten können dann mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels hieraus entfernt werden.
Die Anwendung der Derivate der Aggregate bei dieser letztgenannten Trennungsmethode bringt gegen- über den bekannten Cellulosederivaten den Vorteil mit sich, dass sich die Aggregatderivate beim Zer- schneiden in einzelne Bänder scharf und sauber zerschneiden lassen, wohingegen die bekannten Derivate, welche bekanntlich faserartig sind, sich nicht scharf und sauber zerschneiden lassen, vielmehr zum Aus- einanderreissen neigen. Es ist weiter darauf hinzuweisen, dass die bekannten Derivate auf Grund ihrer
Faserstruktur die Neigung zeigen, in der Längsrichtung der Austauschersäule Bänder zu liefern, die un- genaue Begrenzungen aufweisen.
Das Material der Austauschersäule kann dadurch regeneriert werden, dass man ein eine Regenerie- rung bewirkendes Lösungsmittel oder eine entsprechend wirkende Lösung durch die Kolonne schickt, die jede Substanz, die etwa noch in der Säule anwesend ist, verdrängt. Das zu verwendende Lösungsmittel wird natürlich je nach der Substanz, welche in der Säule adsorbiert worden war, und je nach dem Aus- tauschermaterial variiert werden müssen. Hiezu sei beispielsweise auf die Regenerierung der Säule im nachfolgenden Beispiel 3 verwiesen, bei welchem nach der Reinigung der Laurinsäure Äthanol als Eluie- rungsmittel verwendet wird. Zur Regenerierung der Austauschersäule kann diese mit 0,5n-äthanolischer
Salzsäure gewaschen werden.
Nach der Regeneration kann die regenerierende Lösung durch das Lösungs- mittel verdrängt werden, welches beim nächsten Ansatz zur Eluierung verwendet wird. In der Regel gehören zu den in Frage kommenden Regenerierungsmitteln äthanolische Salzsäure, Äthanol selbst, wässe- rige Natriumchlorid-Lösungen, basische Alkohollösungen, wie z. B. O. 1n-äthanolische Natronlauge, wässerige Säurelösungen, wie 0, 5n-Salzsäure, Chloroform u. dgl. m Weitere geeignete Regenerierungsmittel können aus der weiter oben angeführten Zusammenstellung der Eluierungsmittel entnommen werden.
Die Erfindung soll durch die folgenden Beispiele näher erläutert werden.
Beispiel l : DurchDispergieren einesCarboxymethyl-Derivats der Cellulose-Kristallit-Aggregate, das einen Substitutionsgrad von etwa 0, 5 aufweist, in einem Lösungsmittel, das aus einem Volumen Butanol, zwei Volumina Isopropanol und einem Volumen Wasser bestand, wurde eine breiartige Masse hergestellt. Diese breiartige Masse (die eine geeignete Form darstellte, um das Derivat in die Austauschersäule zu füllen, wenngleich dieses Material natürlich auch in trockener Form eingefüllt werden könnte), wurde vorsichtig längs der Wand einer Glaskolonne von 62 cm Länge und 1, 5 cm Innendurchmesser heruntergegossen. Ein vorher eingefüllter Glasstöpsel trug das Deriva : in der Säule. Nach Massgabe des aus der Säule abfliessenden Lösungsmittels wurden weitere Mengen der breiartigen Masse von obel1 eingefüllt.
Setzte sich das Derivat nicht weiter ab, so liess man das Lösungsmittel ablaufen, achtete aber sorgfältig darauf, dass das Derivat nicht austrocknete.
Nun wurde ein Gemisch von Aminosäuren technischer Reinheit hergestellt, das aus 20 mg d-Aspara- ginsäure. 20 mg d, l-Alanin und 20 mg 1-Histidin bestand. Dieses Gemisch wurde in einem Lösungsmittel gelöst, das aus einem Volumen Butanol, zwei Volumina Isopropanol und einem Volumen 0, 1n-Salzsäure bestand. Das Gesamtvolumen der Lösung betrug 10 ml. Es wurde auf den Kopf der Säule aufgegeben und durch die Säule hindurchlaufen gelassen, wobei man sorgfältig darauf achtete, dass das Flüssigkeitsniveau oberhalb der Oberkante der aus den Derivaten bestehenden Füllung lag. Nach Einfüllung der Charge und ohne die Oberkante der Derivat-Füllung freizulegen, wurde das eluierende Lösungsmittel auf die Säule aufgegeben, u. zw. mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 3 ml in 25 min.
Das Lösungsmittel hatte die gleiche Zusammensetzung wie dasjenige, das zur Herstellung der breiartigen Masse verwendet worden war, und es diente nun dazu, die Wanderung der Aminosäuren durch die Säule mit verschiedenen Wanderungsgeschwindigkeiten zu bewirken und auf diese Weise das Chromatogramm zu entwickeln. Die aus der Säule austretende Flüssigkeit wurde in Fraktionen von je 3 ml unter Anwendung eines Standard-Fraktionssammlers aufgefangen.
Die Fraktionen wurden in folgender Weise analysiert. Es wurde zunächst ein Ninhydrin-Reagenz in Form einer 0, 1%igen Lösung in einem Citrat-Puffer hergestellt. Der Citrat-Puffer wurde in der Weise
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dass das Gemisch einen pH-Wert von 5,0 aufwies. Jede aufgefangene 3 ml-Fraktion wurde mit 1 ml des Ninhydrin-Reagenzes vermischt, und das Gemisch wurde 20 min lang in siedendes Wasser gestellt. Das Auftreten einer blauen Färbung zeigte die Anwesenheit der Aminosäure an, während das Fehlen der blauen Färbung die Abwesenheit einer derartigen Säure erkennen liess.
Die so ermittelten qualitativen Werte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt :
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<tb>
<tb> Fraktion <SEP> Nr. <SEP> Versuchsergebnisse
<tb> 1-30 <SEP> negativ
<tb> 31-81 <SEP> blau
<tb> 82-89 <SEP> negativ
<tb> 90 <SEP> - <SEP> 119 <SEP> blau
<tb> 120 <SEP> - <SEP> 150 <SEP> negativ
<tb> 151 <SEP> - <SEP> 179 <SEP> blau
<tb> 180 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> negativ
<tb>
Bezüglich der Fraktionsgruppen Nr. 31 - 81 sei darauf hingewiesen, dass die blaue Färbung in den Anfangsfraktionen dieser Gruppe weniger intensiv war, nach und nach aber intensiver wurde und dann wieder weniger intensiv blieb, wobei die mittleren Fraktionen die intensivste Färbung aufwiesen. Das gleiche Phänomen wurde auch bei den Fraktionsgruppen Nr. 90 - 119 und 151-179 festgestellt.
Es wurde angenommen, dass die Intensität der Färbung einer Fraktion proportional der Konzentration der darin enthaltenen Aminosäure war. Der Versuch zeigte an. dass die Fraktionen der Nr. 31 - 81 die d-Asparagin-
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enthielten.
Die oben beschriebene Versuchsreihe wurde unter Verwendung bekannter Carboxymethyicellulose als Adsorptionsmittel in der Säule wiederholt mit der Abweichung, dass nur 10 mg anstatt 20 mg von jeder Aminosäure verwendet wurden. Der Gehalt an Aminos ure wurde absichtlich niedriger eingestellt, da angenommen wurde, dass hiedurch die Empfindlichkeit des Gemisches für das Trennvermögen des Adsorptionsmittel erhöht würde. Ausserdem wurde bei dem bekannten Derivat eine höhere Durchflussgeschwindigkeit, nämlich 3 ml in 5 min, eingehalten. Es trat jedoch keine Trennung der Aminosäure ein, sondern es wurden die folgenden qualitativen Versuchsergebnisse erhalten :
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<tb>
<tb> Fraktions <SEP> Nr. <SEP> Versuchsergebnis
<tb> 1-20 <SEP> negativ <SEP>
<tb> 21-39 <SEP> blau
<tb> 40 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> negativ <SEP>
<tb>
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Wie bereits erwähnt, wurde die Austauschersäule des vorangehenden Beispieles für die Trennung benutzt. Die Säule wurde zunächst mit einem Gemisch gespült, das aus einem Volumen Butanol, zwei Volumina Isopropanol und einem Volumen 0, In-Salzsäure bestand. Nach einer derartigen Spülung wurde die Spülflüssigkeit aus der Kolonne dadurch verdrängt, dass man auf sie ein Gemisch aufgab, das aus einem Volumen Butanol, zwei Volumina Isopropanol und einem Volumen Wasser bestand, eine Stufe, die man als"Gleichgewichtseinstellung"der Säule bezeichnen kann.
Es wurde dann das aus dem CaseinHydrolysat bestehende Beschickungs-Material am Kopf der Kolonne aufgegeben und, wenn das Flüssigkeitsniveau der Beschickung mit der Oberkante des Adsorptionsmittels in der Säule übereinstimmt, wurde das Eluiel1Ungsmittel aufgegeben, als welches das gleiche Lösungsmittel verwendet wurde, das im vorangehenden Beispiel zur Anwendung kam. Die Durchflussgeschwindigkeit des Lösungsmittels war ebenfalls die gleiche wie im vorangehenden Beispiel, und das Eluat wurde in Form von 3 ml-Fraktionen gesammelt und auf den Gehalt an Aminosäuren unter Benutzung der Methode analysiert, die in dem Buch von Snell und Snell"Colorimetric Methods of Analysis", 3. Auflage, Verlag Van Nostrand Co., Inc. [1954], S. 107 - 108 beschrieben ist.
Diese Methode'ist eine quantitative Methode, bei welcher die Intensität der Farbe mit einem Spektrophotometer gemessen wird, und die so bestimmten Intensitäten zur Berechnung der optischen Dichte verwendet werden, wie es im einzelnen in der vorstehend angeführten Bezugsliteratur beschrieben ist. Die optische Dichte ist ein Mass für die Lichtabsorption durch die Aminosäuren ; genauer gesagt, sie ist der negative Logarithmus der Prozentwert des durchgelassenen Lichtes.
Durch Auftragen der optischen Dichte gegen die Fraktionsnummern wurde eine Kurve erhalten, die einen sehr hohen, scharfen Scheitelpunkt bei Fraktion Nr. 40 (optische Dichte 0, 61) aufwies, wobei der Schei-
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zeigte nur eine geringe, aber allmählich zunehmende optische Dichte, die in der Grössenordnung von 0, 03 bis 0. 21 lag., Die Werte für die optischen Dichten waren bei den Fraktionen der Nummern 35 - 57 die folgenden :
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<tb>
<tb> Fraktion <SEP> Nr. <SEP> optische <SEP> Dichte <SEP> Fraktion <SEP> Nr. <SEP> optische <SEP> Dichte
<tb> 35 <SEP> 0,03 <SEP> 47 <SEP> 0, <SEP> 28 <SEP>
<tb> 36 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 48 <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP>
<tb> 37 <SEP> 0, <SEP> 31 <SEP> 49 <SEP> 0, <SEP> 22 <SEP>
<tb> 38 <SEP> 0, <SEP> 46 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 17
<tb> 39 <SEP> 0, <SEP> 57 <SEP> 51 <SEP> 0,15
<tb> 40 <SEP> 0, <SEP> 61 <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP>
<tb> 41 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP> 53 <SEP> 0, <SEP> 09 <SEP>
<tb> 42 <SEP> 0, <SEP> 46 <SEP> 54 <SEP> 0,05
<tb> 43 <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP> 55 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP>
<tb> 44 <SEP> 0, <SEP> 38 <SEP> 56 <SEP> 0,02
<tb> 45 <SEP> 0, <SEP> 31 <SEP> 57 <SEP> 0,01
<tb> 46 <SEP> 0,
<SEP> 30 <SEP>
<tb>
Das Material in den Fraktionen der Nummern 35 - 57 bestand hauptsächlich aus Glutaminsäure neben etwas Asparaginsäure. Genauer gesagt, die Fraktionen der Nummern 35 - 46 enthielten im wesentlichen Glutaminsäure und die Fraktionen der Nummern 46 - 57 enthielten in der Hauptsache Asparaginsäure.
Die Fraktion Nr. 40 enthielt etwa 4 Gew. -0/0 des Aminosäuregehaltes des ursprünglichen Caseins.
Beispiel 3 : 2 ml unreine Laurinsäure (Eastmans technische Qualität) in Äthanol (0, 1 g Laurin- säure auf 25 ml Äthanol) wurden in eine Säule gegeben (0, 8 X 30 cm), deren Gleichgewichtseinstellung mittels Äthanol vorgenommen wurde. Das Füllmaterial der Trennsäule bestand aus dem Reaktionsprodukt der Cellulose-Kristallit-Aggregate mit Triäthanolamin und Epichlorhydrin in Gegenwart von Ätznatron ; man kann annehmen, dass das Material basische Gruppen enthielt, die das Triäthanolamin lieferte. Das
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Muster wurde dann mit Äthanol unter einem Druck von 2, 27 kg Stickstoff eluiert. Die Durchsatzgeschwindigkeit betrug 2 ml pro 5 min. Die Konzentrationen der Fraktionen wurden mit Hilfe einer BricePhoenix-Differential-Refraktometers, Modell BP-1, 000-V messend verfolgt.
Dieses Instrument gestattete, den Unterschied der Brechungsindices einer Probe des Eluierungsmittels und einer Probe der Fraktion abzulesen. Bestanden z. B. beide Proben aus Äthanol, so zeigte das Instrument den Wert Null an. Enthielt das Muster der Fraktion eine geringe Menge einer eluierten Verunreinigung, so konnte an dem Instrument die Brechungsindex-Differenz abgelesen werden, die anzeigte, dass irgendeine Komponente, z. B. die Verunreinigung, in der Fraktion vorhanden war. Je höher dieser Brechungsindex-Unterschied war, desto grösser war der Gehalt an der Komponente in der Fraktion. Genauer gesagt, der Brechungsindex-Unterschied ist proportional der Komponenten-Konzentration in der Fraktion.
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<tb>
<tb>
Fraktion <SEP> Nr. <SEP> Differenz <SEP> der <SEP> Fraktion <SEP> Nr. <SEP> Differenz <SEP> der
<tb> Brechungsindices <SEP> Brechungsindices
<tb> 1. <SEP> 0 <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 094 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 0, <SEP> 123 <SEP> 12'0, <SEP> 037 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 046 <SEP> 13 <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 0 <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 018 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 0 <SEP> 15 <SEP> 0. <SEP> 030 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 0, <SEP> 049 <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 021 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 0,045 <SEP> 17 <SEP> 0
<tb> 8 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> 18 <SEP> 0, <SEP> 006 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 0,133 <SEP> 19-30 <SEP> 0
<tb> 10 <SEP> 0, <SEP> 214
<tb>
Würde man die vorstehend angeführten Werte in ein Koordinaten-System eintragen, so würde man eine Kurve erhalten, welche die Variation der Fraktions-Nr. in Abhängigkeit von der Differenz der Bre- chungsindices wiedergibt ;
die ersten beiden Scheitelpunkte dieser Kurven stellen Verunreinigungen dar, die aus organischen Verbindungen bestehen, welche weniger als 12 Kohlenstoffatome je Molekül enthalten. Der dritte Scheitelpunkt, welcher der Fraktion Nr. 10 entspricht, ist der höchste, und er stellt reine Laurinsäure dar. Zwei später folgende kleinere Scheitelpunkte stellen Verunreinigungen dar, die aus organischen Verbindungen bestehen, welche mehr als 10 Kohlenstoffatome enthalten.
B eispi el 4 : 2 ml unreine Myristinsäure (Bastman) in Äthanol (0, 1 g Myristinsäure je 25 ml Äthanol) wurde auf eine Trennsäule aufgegeben (0, 8 x 30 cm), deren Gleichgewichtseinstellung mit Äthanol vorgenommen worden war. Das Füllmaterial der Trennsäule war das gleiche, das in Beispiel 3 verwendet worden war. Die Probe wurde mit Äthanol unter einem Druck von 2,27 kg (5 lbs.) Stickstoff eluiert. Die Durchsatzgeschwindigkeit betrug 2 ml in 5 min. Die Konzentrationen der Fraktionen wurden mit Hilfe des Brice-Phoenix-Differential-Refraktometers messend verfolgt.
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<tb>
<tb>
Fraktion <SEP> Nr. <SEP> Differenz <SEP> der <SEP> Fraktion <SEP> Nr. <SEP> Differenz <SEP> der
<tb> Brechungsindices <SEP> Brechungsindices
<tb> 1 <SEP> 0 <SEP> 19 <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 0 <SEP> 20 <SEP> 0. <SEP> 075 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 0 <SEP> 21 <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 0 <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 0, <SEP> 028 <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 089 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 0 <SEP> 24 <SEP> 0, <SEP> 084 <SEP>
<tb>
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Fortsetzung
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<tb>
<tb> Fraktion <SEP> Nr. <SEP> Differenz <SEP> der <SEP> Fraktion <SEP> Nr.
<SEP> Differenz <SEP> der
<tb> Brechungsindices <SEP> Brechungsindices
<tb> 7 <SEP> 0 <SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 072 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 0, <SEP> 046 <SEP> 26 <SEP> 0,079
<tb> 9 <SEP> 0,022 <SEP> 27 <SEP> 0, <SEP> 039 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 0 <SEP> 28 <SEP> 0, <SEP> 070
<tb> 11 <SEP> 0, <SEP> 208 <SEP> 29 <SEP> 0, <SEP> 048 <SEP>
<tb> 12 <SEP> 0, <SEP> 304 <SEP> 30 <SEP> 0,075
<tb> 13 <SEP> 0,219 <SEP> 31 <SEP> 0, <SEP> 020 <SEP>
<tb> 14 <SEP> 0,060 <SEP> 32 <SEP> 0
<tb> 15 <SEP> 0, <SEP> 036 <SEP> 33 <SEP> 0
<tb> 16 <SEP> 0, <SEP> 067 <SEP> 34 <SEP> 0
<tb> 17 <SEP> 0, <SEP> 043 <SEP> 35 <SEP> 0
<tb> 18 <SEP> 0, <SEP> 099 <SEP>
<tb>
Trägt man die vorstehend angeführten Zahlenwerte in ein Koordinaten-System ein. so weist die hie- bei erhaltene Kurve ihren höchsten Scheitelwert bei Fraktion Nr. 12 auf, und dieser Scheitelwert entspricht der reinen Myristinsäure.
Kleinere Scheitelpunkte, die vor dem höchsten Maximum oder nach ihm auftreten, entsprechen organischen Verunreinigungen, die weniger als 14 Kohlenstoffatome bzw. mehr als 14 Kohlenstoffatome je Molekül enthalten.
Im ganzen gesehen haben sich die Derivate der Kristallit-Aggregate ganz allgemein als technisch hervorragend brauchbar zur Trennung, Isolierung und bzw. oder Reinigung von Gemischen und Stoffzusammensetzungen verschiedenartiger Natur erwiesen. So können sie z. B. verwendet werden, um Materialien, wie Racemate, Fette und fettähnlich Substanzen (lipids), Antihistamin-Präparate, geradkettige und verzweigtkettige Verbindungen, Seltene Erden, zu trennen. Mit ihrer Hilfe kann man auch organische Säuren, wie Citronensäure, Ascorbinsäure, Weinsäure u. dgl. Säuren aus den Ablaugen und Rückständen der Aufbereitung von Citrus-Früchten gewinnen und reinigen, ebenso auch höhermolekulare ungesättigte und gesättigte Fettsäuren, wie Linolsäure und Linolensäure, Ölsäure, Ricinolsäure, Stearinsäure, Palmitinsäure u. dgl. m.
Es können mit ihrer Hilfe auch Aminosäuren und Vitamine aus den Ablaugen der Nahrungsmittel-Aufbereitung, ferner Enzyme aus natürlichen Rohstoffen, Metalle aus Behandlungsbädern, wie z. B. Beizbädern und Eloxierungsbädern, Kupfer aus den Spinnlösungen von Kupferammoniakseide, Edelmetalle, wie Silber, aus photographischen Bädern gewonnen werden. Die Erfindung ist ferner von technischer Bedeutung für die Reinigung von Antibiotica, von chemischen Zwischenprodukten, von Tanninen, Nitriten, Hexosephosphaten, komplexen Alkoholen, Hormonen, Toxinen, von Mitteln zur Regulierung des Pflanzenwuchses, von höhermolekularen Fettalkoholen, Farbstoffen u. dgl. m. Ebenso können Alkaloide, die aus natürlichen stickstoffhaltigen organischen Basen, im allgemeinen aus tertiären Aminen, bestehen, gereinigt werden.
Pflanzenfarbstoffe können aus natürlichen Gemischen, die solche enthalten, isoliert werden ; auf diese Weise können z. B. Carotine aus andern Pflanzenfarbstoffen abgetrennt werden. Weiter können aus Schwermetallen bestehende Verunreinigungen, wie Kupfer und Eisen aus Weinen entfernt werden, und es kann der Wein darüber hinaus auch in bezug auf seine Reinheit, auf seine organoleptischen und andern Eigenschaften verbessert werden. In gleicher Weise kann auch Whisky verbessert werden. Ferner kann Wasser weichgemacht oder vollständig entionisiert werden.
Es ist natürlich selbstverständlich, dass bei diesen Arbeitsgängen ein Derivat vom Charakter eines Kationenaustauschers verwendet wird, wenn es sich darum handelt, kationische Substanzen zu adsorbieren, und dass anderseits ein Derivat vom Charakter eines Anionenaustauschers verwendet wird, wenn es sich darum handelt, anionische Substanzen zu adsorbieren. Es ist ferner zu beachten, dass in einigen der weiter oben angeführten Anwendungszwecke, wie z. B. beim Weichmachen oder Entionisieren von Was-
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ser, oder bei der entmineralisierenden Behandlung von Lösungen mit dem Ziel, diese Lösungen von Ver- unreinigungen mineralischer Natur zu befreien bzw.
Edelmetalle wiederzugewinnen, die allgemeine Ar- beitsweise darin besteht, das Beschickungsgemisch, also das Gemisch, aus welchem die Verunreinigungen entfernt werden sollen, auf die mit dem Adsorptionsmittel gefüllte Säule aufzugeben. Die aus derTrenn- säule austretende Flüssigkeit stellt dann die entmineralisierteBeschickung dar, während die mineralischen oder metallischen Verunreinigungen in der Säule zurückgehalten und in bekannter Weise hieraus gewon- nen werden können.
Von technischer Bedeutung ist auch der folgende Versuch, der mit einem Farbstoffgemisch durchgeführt wurde. Es wurden je etwa 50 mg der folgenden drei wasserlöslichen Farbstoffe in 250 ml Wasser mit- einander vermischt : Parakeet Gelb Nr. 5, Parakeet Rot Nr. 2 und ParakeetGrünNr. l. Es wurden dann zwei Trennsäulen aufgestellt, von denen die eine die bekannte Carboxymethyl-Cellulose in Faserform und die andere das Carboxymethyl-Derivat der in partikelartiger, nicht faseriger Form vorliegenden Cellu- lose-Kristallit-Aggregate enthielten. Auf jede Trennsäule wurde die gleiche Menge des Gemisches der Farbstoffe zur gleichen Zeit oben aufgegeben, und man liess die Lösung einfach durch ihre eigene Schwere nach unten durchlaufen. Die Trennsäulen wurden nach etwa 2 h untersucht.
In der Säule, welche das bekannte Cellulosederivat enthielt, war der unterste Teil der Säule, der etwa 1/5 der Länge der Säule ausmachte, nicht benetzt ; unmittelbar darüber hatte sich ein gelbes Band ausgebildet, das etwa 2/5 der Säule ausmachte und über diesem Band lag ein grünes Band, welches gleichfalls etwa 2/5 der Säule ausmachte.
In der Säule, welche das erfindungsgemässe Aggregat-Derivat enthielt, war der unterste Teil der Säule, der etwa 1/5 der Säule ausmachte, nicht benetzt ; darüber hatte sich ein breites blaues Band ausgebildet, das etwa 1/5 der Säule ausmachte ; über dem letztgenannten Band lagen drei schmale Bänder, u. zw. ein hellgrünes, ein rotstichig braunes und ein hellgrünes Band. Über dem an letzter Stelle genannten Band hatte sich ein breites hellblaues Band ausgebildet, welches etwa 1/5 der Säule ausmachte. Am Kopf der Trennsäule bestand ein grünes Band von ziemlich geringer Breite.
Hieraus ist klar erkennbar, dass das erfindungsgemässe Aggregat-Derivat in der Lage war, das Farbstoffgemisch in eine grössere Zahl von Komponenten zu trennen ; ausserdem bewirkte dieses Derivat keine Kanalbildung und die Bänder wiesen scharfe Ränder auf, während das bekannte Cellulose-Derivat Kanalbildung zuliess und nur unscharf begrenzte Bänder lieferte.
Wie weiter oben bereits erwähnt wurde, bietet zwar die Verwendung von solchen Derivaten der Cellulose-Kristallit-Aggregate technische Vorteile, die ein Ionenaustausch-Vermögen besitzen ; daneben existieren selbstverständlich andere Derivate der Kristallit-Aggregate, die wegen des Fehlens der ionisierenden Gruppen zwar keine Ionenaustausch-Wirkung zeigen, aber trotzdem als Adsorptionsmaterial für die Trennung, Reinigung und Isolierung oder für eine sonstige Behandlung der weiter oben beschriebenen Stoffgemische von technischer Bedeutung sind. Diese letztgenannten Derivate sind wirksam durch das eigentliche Adsorptionsvermögen, die Wasserstoff-Bindung und bzw. oder durch die Van der Waals'sehen Kräfte, und sie werden hergestellt gemäss der belgischen Patentschrift Nr. 616198.
Jedes der unter den Umfang der Erfindung fallenden Derivate der Kristallit-Aggregate kann in Gegenwart von Wasser zermahlen werden, um ein Gel zu bilden, und es ist in dieser Form brauchbar zur Anwendung bei der Gel-Elektrophorese zum Zweck der Trennung von Stoffgemischen, der Reinigung von Verunreinigungen enthaltenden Verbindungen, zur Isolierung der gewünschten Verbindungen u. dgl. m.
Ein weiterer Vorteil der Aggregat-Derivate vom Ionenaustauscher-Typ ist der Umstand, dass die austauschbaren Ionen leichter zugänglich sind als die von Ionenaustauschern vom Typ der Kunstharze und vom Typ der aus den bekannten Cellulose-Derivaten bestehenden Materialien. Bei den Materialien vom Typ der Kunstharze besteht der Austauscher für gewöhnlich nicht aus einer langen Polymerisat-Kette, sondern er stellt weit häufiger ein dreidimensionales, vernetztes Polymerisat dar, bei welchem viele austauschbare Ionen in dessen amorphen Innern örtlich so angeordnet sind, dass sie für die auszutauschenden Ionen und für das eluierende Medium nur schwer zugänglich sind. Und bei den bekannten Cellulose-Derivaten ist das Vorhandensein der ionisierbaren Gruppen im Innern der amorphen Regionen bzw. der Matrizen die Ursache dafür, dass sie weniger leicht zugänglich sind.
Im Ergebnis erfolgt also bei den Aggregat-Derivaten auf Grund des Umstandes, dass die ionisierbaren Gruppen mehr in ihrer Oberfläche angeordnet und daher leichter zugänglich sind, der Austausch mit einer grösseren Geschwindigkeit.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Neigung der bekannten Materialien, während des Gebrauches zu quellen, und es ist wesentlich, darauf hinzuweisen, dass die Aggregat-Derivate in Wasser weit weniger quellen als die Derivate der bekannten Cellulose-Arten. Von vielleicht noch grösserer Bedeutung ist der Umstand, dass das Quellen der letztgenannten Derivate nur schwer, ja fast überhaupt nicht zu steuern ist, eine Tatsache, die-wie man annehmen kann-mit dem Vorhandensein der amorphen Regionen in
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den Molekül-Ketten der Derivate in Beziehung steht. Der Nachteil dieses Quellens besteht darin, dass sich dann, wenn es in starkem Ausmass eintritt, ein unerwünschter Widerstand gegen den Durchfluss der Beschickung bzw. des Eluierungsmittels ausbildet.
Ist aber das Quellen nur schwierig zu steuern, so ist klar, dass der Strömungswiderstand zu einem ersten Störungsfaktor werden kann.
Im Gegensatz zu den Austauscher-Materialien vom Typ der Kunstharze sind die Aggregat-Derivate gegenüber vielen Lösungsmitteln inert, und es kann aus diesem Grunde eine Vielzahl von Eluierungsmitteln und auch von Regenerierungsmitteln verwendet werden. Da die Derivate der Aggregate dem Angriff weniger ausgesetzt sind, werden sie auch leichter regeneriert als die Materialien vom Typ der Kunstharze. Darüber hinaus können sie auf Grund der Abwesenheit von amorphen Regionen mit Hilfe einer weit grösseren Anzahl von Mitteln regeneriert werden als die bekannten Cellulose-Derivate. Die letztgenannten Derivate sind wegen des Vorhandenseins der amorphen Zonen hingegen dem Angriff durch saure Regenerierungsmittel ausgesetzt.
Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass die Derivate der Aggregate einen hydrophilen Charakter aufweisen. Dies erklärt sich aus dem Umstand, dass die Cellulose-Kristallit-Aggregate. aus denen die Derivate gewonnen werden, eine grosse Zahl von Hydroxylgruppen enthalten, von denen mindestens einige die Umwandlung der Aggregate überstehen. Auf Grund dieses hydrophilen Charakters sind die Derivate von besonderem Wert für die Trennung von Beschickungs-Gemischen, deren Komponenten Aminogruppen enthalten.
Der in dieser Erfindungs-Beschreibung gebrauchte Ausdruck "Adsorptions-Material" soll sowohl solche Derivate bezeichnen, die ionisierbare Gruppen enthalten, als auch solche, die derartige Gruppen nicht enthalten.
Unter den Ausdrücken"flüssiges Gemisch"bzw."fliessfahiges Gemisch"sollen trennbare Beschickungs-Gemische verstanden werden, die in einem flüssigen oder verflüssigten bzw. fliessfähigen Zustand vorliegen. Zu ihnen gehören Lösungen, kolloidale Lösungen, kolloidale Suspensionen und breiartige Massen. Unter diese Bezeichnungen fallen auch geschmolzene Gemische, falls derartige Gemische bei normalen Temperaturen nicht flüssig sind. Zu den kolloidalen Suspensionen gehören auch Suspensionen eines trennbaren Virus, Enzyms, Proteins, Polypeptids u. dgl. m. Darüber hinaus können auch manche flüssigen Beschickungs-Gemische in die Trennsäule eingeführt werden, ohne dass sie vorher mit Hilfe eines Lösungsmittels in eine Lösung umgewandelt wurden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verwendung von Derivaten von Cellulose-Kristallit-Aggregaten eines auf einen annähernd einheitlichen Wert eingestellten Polymerisationsgrades, die einen Substitutionsgrad von unter 1,0, vorzugweise von 0, 01 bis 0,85 aufweisen, als Adsorbentien zur Trennung von wenigstens aus zwei Komponenten bestehenden flüssigen bzw. in Lösung vorliegenden Stoffgemischen.
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Separation of a liquid mixture that can be separated into at least two components
The invention relates to the separation of mixtures, e.g. B. of amino acid mixtures, with
With the help of adsorbents composed of derivatives of cellulose-crystallite aggregates, especially of those derivatives that contain ionizable groups and are capable of acting as ion exchangers.
The production of amino acids from protein hydrolysates is a working method that is well known per se, with the help of which these technically important compounds can be obtained from relatively inexpensive starting materials. However, their separation, their isolation and their purification are another problem, and these last stages in particular form the subject of the invention, alongside of course also the separation and / or the purification of many other separable mixtures. With
Using the adsorbent materials of the invention, complex mixtures of amino acids, such as those described e.g. B. are present in protein hydrolysates, are separated into the individual amino acids or into small groups of the same, which in turn can be further separated with the help of one or more additional work steps.
These separation steps according to the invention can be carried out much more advantageously than those which are carried out with the aid of the known ion exchangers, including the exchangers based on synthetic resin and the exchangers which are composed of the known cellulose materials.
Ion exchangers based on cellulose-crystallite-aggregate derivatives have a number of desirable characteristic physical and mechanical properties, which make them superior to the known exchange materials. You are e.g. B. free from dark discoloration and odors, as they often have the synthetic resin materials, and their particle sizes can be adjusted much more easily than comparatively those of the known materials.
As far as the known cellulose derivatives are concerned, their fibrous nature permits only loose packing within the separation column, which results in the formation of air-filled cavities which lead to the formation of channels. On the other hand, the derivatives of the aggregates are of a non-fibrous particle shape, so they can be packed tightly and do not show any channel formation.
The derivatives of the aggregates can also be sieved out in order to obtain fractions of precisely defined and uniform particle size, and the particle size itself can be chosen so small that one arrives at a completely different range of sizes when compared with that of the known cellulose derivatives in comparison. It is known that the sharpness of the separation of a feed mixture is generally the better, the smaller the particle size of the exchanger material. As a result, the surface area of the derivatives of the aggregates can, if desired, be set many times larger than that of the fibrous materials.
The latter material is difficult to subdivide by sieving because of its fiber structure, and it is not uncommon for products with a particle size in your hands, one dimension of which is in the order of 1 or 2 microns, but whose length is up to extends to 1000 microns or more.
Of particular importance is the fact that the derivatives of the aggregates have a higher bulk density than the known cellulose materials; this means that of equal parts by weight of the two aggregates the derivatives of the aggregates occupy a smaller volume, perhaps only 5010 or less, of the volume of the known cellulosic materials. Should a feed mixture
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are separated by each of these materials, the aggregate derivatives need to be wetted much less strongly than the known material and the retained quantities or the retention losses are correspondingly smaller.
The technical advantage associated with the derivatives of the aggregates is very obvious and has a particularly beneficial effect when it comes to the separation of an expensive feed mixture or the separation of its components. The amount of solvent required for elution can also be made smaller, and consequently only a smaller amount of the solvent needs to be evaporated from the eluted compound.
The derivatives of the aggregates have the particularly desirable advantage that they can be used in reproducible
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but they also establish a superiority over the known cellulose derivatives, the reproducibility of which varies from batch to batch. It is known that commercially available cellulose contains amorphous regions distributed through the cellulose chains, the content of which consists, inter alia, of xylans and mannans. The amount of the latter materials varies from cellulose to cellulose just as the cellulose itself varies from factory to factory and from season to season, and consequently the derivatives that are made from this cellulose are in the same way from batch to batch equipped with various properties.
Because of these fluctuations, it is practically impossible to produce uniform or pure derivatives from commercially available cellulose. As far as the ash content is concerned, the derivatives of the crystallite aggregates can have an ash content of less than 500 parts per million parts, even less than 100 parts per million parts, whereas the known cellulose derivatives have ash contents from 800 parts per million parts upwards.
In the treatment of separable feed mixes, e.g. For example, amino acids and proteins, the aggregate derivatives can have a higher adsorption capacity than the synthetic resin exchangers and also than the exchangers based on the known cellulose derivatives. In addition, these feed mixtures or individual components thereof can be desorbed from the derivatives of the aggregates under mild conditions. This means that weakly reacting chemical substances which do not attack the feed components or the derivative can be used as desorbing or eluting agent.
On the basis of these technical advantages and of the advantages described below, the derivatives of the crystallite aggregates are distinguished by a superior separating effect in the case of many feed mixtures.
The ion exchanger derivatives of the aggregates can be cation exchangers as well as anion exchangers.
Suitable cation exchangers include the carboxylic acid derivatives of cellulose crystallite aggregates, including the 6-carboxyl and 2,3-dicarboxyl derivatives; the mixed carboxyl and aldehyde group-containing derivatives of the aggregates; and the carboxy ether derivatives of the aggregates, e.g. B. the carboxymethyl, carboxyethyl and other carboxyalkyl derivatives. Other useful materials are the ester derivatives of inorganic acids, e.g. B. the phosphates and sulfates of the aggregates; also ether derivatives of the phosphonoalkyl, sulfoalkyl and sulfinoalkyl series, z.
B. the phosphonomethyl, sulfomethyl, sulfoethyl and sulfinomethyl derivatives. The sulfoalkyl derivatives contain sulfonic acid groups; further suitable derivatives are the phosphorous acid esters, the boric acid esters and the sulfur
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can ask.
The anion exchangers include the alkylaminoalkyl ethers of the aggregates in which the alkyl
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is formed in the reaction of epichlorohydrin and triethanolamine with the aggregates in the presence of caustic soda. This also includes the mono- and diurea derivatives of the aggregates. Other basic group-containing derivatives are represented by the alkylaminoalkyl and alkylamino dialkyl esters of the aggregates.
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As can be seen from the compilation given by way of example, some of the derivatives contain the ionizable group bonded directly to the anhydroglucose units of the crystallite aggregates, while others again contain such groups bonded to the end of a chain, which themselves have their other end attached to the anhydroglucose units are bound.
The aggregates of cellulose crystallites from which the various types of derivatives are produced are small, preferably ground aggregates of a cellulose with "a degree of polymerisation set to an approximately uniform value" (level-off degree of polymerisation cellulose). These small, milled aggregates, their properties and a method for comminuting the “cellulose with the degree of polymerization adjusted to an approximately uniform value” are described in US Pat. No. 2,978,446. They represent acid-insoluble products which are obtained by the controlled acid hydrolysis of cellulose, and the value of the approximately uniform degree of polymerization "(level-off D.
P. value) reflects the destruction of the original fiber structure of the cellulose-containing starting material. The expression "degree of polymerization adjusted to an approximately uniform value" is intended to refer to the average value of such an approximately uniform degree of polymerization of the cellulose product, and it is determined by the method described in the work of OA Battista "Hydrolysis and Crystallization of Cellulose "in" Industrial and Engineering Chemistry ", Volume 42 [1950}, pp. 502-507.
The starting aggregates should preferably have a particle size of 5 microns or less, irrespective of whether they have been comminuted by grinding or not. Since the extraction of
If products with a particle size of 5 microns or less are favored by grinding, it is advisable to include such a step and, if necessary, by fractionation
To make use to obtain products with the desired particle size. Products with a particle size of 5 microns or less can be obtained by fractionating the unmilled
Aggregates arrive, although this can also lead to a reduction in the yield.
The industrially useful derivatives are distinguished by their general insolubility, u. between including insolubility in water, in numerous separable feed mixtures, and in numerous
Eluents and regenerants. The derivatives are further characterized in that they are in the form of discrete, non-fibrous particles with a size of preferably 30 to 70 microns, although their size is also below 30 microns or below 10 or 5 microns, yes, if desired, between 0, 1 or Can be 0, 2 and 1 micron or more. These derivatives are essentially topochemical derivatives, u. to the extent that the cellulose chains which lie in the surface of the aggregates are converted into derivatives to a considerably greater extent than all the other chains of the aggregates.
Expressed in the form of the degree of substitution (D.S.), it can be said that the derivatives have a degree of substitution of below 1.0, preferably between 0.01 and about 0.85.
Carboxylic acid derivatives, derivatives containing both carboxylic acid groups and aldehyde groups, ester derivatives, ether derivatives and combined derivatives of the aggregates of cellulose crystallites, as well as procedures for their preparation, have been described in Belgian patent specification No. 616198. As has also been stated in this patent, the cellulose chains of the crystallite aggregates contain at one end a potential aldehyde group which can be reduced to a hydroxyl group or oxidized to a carboxylic acid group before the desired derivative of the aggregates is formed.
The invention is of particular technical importance in the separation and purification of feed mixtures which have components which contain amino groups, especially mixtures of amino acids from any starting materials, and especially mixtures such as those produced by acidic, alkaline or enzymatic hydrolysis of different protein materials, which can be of animal or vegetable origin, and also in the separation and purification of mixtures of biological extracts.
Proteins that can be hydrolyzed include casein, yeast, egg albumin and also albumins from milk, fish, elastin, keratin; vegetable proteins such as soy, edestin, zein, gliadin; also proteins from glue, gelatin, silk fibroin, silk rubber, hemoglobin, serum albumin, serum globulin, blood fibrin; Bovine plasma albumin and mixtures thereof with hemoglobin, human serum and horse serum.
In order to separate the complex mixture of amino acids present in a protein hydrolyzate, it is advisable to first separate it into a series of amino acid groups, e.g. zw. For example with the help of a cation exchanger. In this context, it is of interest to note that the amino acids can be divided into four groups:
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possibly vary the degree of association of the various components of the feed mixture with the material of the exchange column and thus the rate at which they are in the
Move column from top to bottom, influence.
There may be preferred pH values for effective separation of mixtures, such as protein and amino acid mixtures, and these values can be determined for any particular mixture.
If the separation is to be carried out intermittently, the material of the exchange column can be taken out of the column in the form of a moist cylinder and cut into individual sections, with each cylinder section corresponding to a band of the material plus the absorbed components, and the latter can then can be removed therefrom with the aid of a suitable solvent.
The use of the derivatives of the aggregates in this last-mentioned separation method has the advantage over the known cellulose derivatives that the aggregate derivatives can be cut sharply and cleanly when they are cut into individual strips, whereas the known derivatives, which are known to be fibrous, can be cut do not let them cut up sharply and cleanly, rather tend to tear apart. It should also be pointed out that the known derivatives because of their
Fiber structure show the tendency to supply bands in the longitudinal direction of the exchanger column that have imprecise boundaries.
The material of the exchange column can be regenerated by sending a regeneration-effecting solvent or a correspondingly acting solution through the column, which displaces any substance that is possibly still present in the column. The solvent to be used will of course have to be varied depending on the substance which has been adsorbed in the column and on the exchange material. For example, reference is made to the regeneration of the column in Example 3 below, in which, after the lauric acid has been purified, ethanol is used as the eluent. To regenerate the exchange column, it can be filled with 0.5n ethanol
Hydrochloric acid.
After the regeneration, the regenerating solution can be displaced by the solvent which is used for elution in the next batch. As a rule, the regenerating agents in question include ethanolic hydrochloric acid, ethanol itself, aqueous sodium chloride solutions, basic alcohol solutions, such as. B. O. 1n ethanolic sodium hydroxide solution, aqueous acid solutions such as 0, 5N hydrochloric acid, chloroform and the like. The like. Other suitable regeneration agents can be found in the list of eluants listed above.
The invention is to be explained in more detail by the following examples.
Example 1: A slurry was prepared by dispersing a carboxymethyl derivative of the cellulose crystallite aggregates, which has a degree of substitution of about 0.5, in a solvent which consisted of one volume of butanol, two volumes of isopropanol and one volume of water. This pasty mass (which was a suitable form to fill the derivative into the exchange column, although this material could of course also be filled in dry form), was carefully poured down along the wall of a glass column 62 cm long and 1.5 cm inside diameter . A previously filled glass stopper carried the Deriva: in the pillar. Depending on the solvent flowing out of the column, further amounts of the pasty mass of obel1 were poured in.
If the derivative did not settle any further, the solvent was allowed to run off, but care was taken to ensure that the derivative did not dry out.
A mixture of technical-grade amino acids was now produced, consisting of 20 mg of d-asparagic acid. 20 mg d, l-alanine and 20 mg 1-histidine. This mixture was dissolved in a solvent which consisted of one volume of butanol, two volumes of isopropanol and one volume of 0.1N hydrochloric acid. The total volume of the solution was 10 ml. It was applied to the top of the column and allowed to flow through the column, careful attention being paid that the liquid level was above the top of the filling consisting of the derivatives. After the batch had been filled in and without exposing the upper edge of the derivative filling, the eluting solvent was applied to the column, u. between. With a throughput rate of 3 ml in 25 min.
The solvent had the same composition as that which had been used to prepare the slurry and it was now used to cause the amino acids to migrate through the column at different rates of migration and in this way to develop the chromatogram. The liquid emerging from the column was collected in fractions of 3 ml each using a standard fraction collector.
The fractions were analyzed in the following manner. First a ninhydrin reagent was prepared in the form of a 0.1% solution in a citrate buffer. The citrate buffer was made in the way
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that the mixture had a pH of 5.0. Each 3 ml fraction collected was mixed with 1 ml of the ninhydrin reagent, and the mixture was placed in boiling water for 20 minutes. The appearance of a blue color indicated the presence of the amino acid, while the absence of the blue color indicated the absence of such an acid.
The qualitative values determined in this way are compiled in the following table:
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<tb>
<tb> Group <SEP> No. <SEP> test results
<tb> 1-30 <SEP> negative
<tb> 31-81 <SEP> blue
<tb> 82-89 <SEP> negative
<tb> 90 <SEP> - <SEP> 119 <SEP> blue
<tb> 120 <SEP> - <SEP> 150 <SEP> negative
<tb> 151 <SEP> - <SEP> 179 <SEP> blue
<tb> 180 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> negative
<tb>
With regard to fraction groups No. 31-81, it should be noted that the blue color in the initial fractions of this group was less intense, but gradually became more intense and then remained less intense again, with the middle fractions exhibiting the most intense color. The same phenomenon was also found in parliamentary groups Nos. 90-119 and 151-179.
It was assumed that the intensity of the coloration of a fraction was proportional to the concentration of the amino acid contained in it. The attempt indicated. that the fractions of No. 31 - 81 the d-asparagine
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contained.
The above-described series of experiments was repeated using known carboxymethyl cellulose as adsorbent in the column with the difference that only 10 mg instead of 20 mg of each amino acid were used. The amino acid content was deliberately set lower, since it was assumed that this would increase the sensitivity of the mixture for the separating capacity of the adsorbent. In addition, a higher flow rate, namely 3 ml in 5 min, was maintained with the known derivative. However, there was no separation of the amino acid, but the following qualitative test results were obtained:
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<tb>
<tb> Fraction <SEP> No. <SEP> test result
<tb> 1-20 <SEP> negative <SEP>
<tb> 21-39 <SEP> blue
<tb> 40 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> negative <SEP>
<tb>
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As already mentioned, the exchange column of the previous example was used for the separation. The column was first flushed with a mixture that consisted of one volume of butanol, two volumes of isopropanol and one volume of 0, In hydrochloric acid. After such a rinse, the rinse liquid was displaced from the column by adding a mixture consisting of one volume of butanol, two volumes of isopropanol and one volume of water, a step that can be referred to as "equilibrating" the column.
The feed material consisting of the casein hydrolyzate was then added to the top of the column and, when the liquid level of the feed coincided with the upper edge of the adsorbent in the column, the eluent was added, as which the same solvent was used as in the previous example came into use. The solvent flow rate was also the same as in the previous example, and the eluate was collected in the form of 3 ml fractions and analyzed for amino acid content using the method described in the book by Snell and Snell "Colorimetric Methods of Analysis ", 3rd edition, Van Nostrand Co., Inc. [1954], pp. 107-108.
This method is a quantitative method in which the intensity of the color is measured with a spectrophotometer, and the intensities thus determined are used to calculate the optical density, as described in detail in the reference literature cited above. The optical density is a measure of the light absorption by the amino acids; more precisely, it is the negative logarithm of the percentage of light transmitted.
By plotting the optical density against the fraction numbers, a curve was obtained which had a very high, sharp apex at fraction No. 40 (optical density 0.61), with the
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showed only a low, but gradually increasing optical density, which was in the order of magnitude of 0.03 to 0.21., The values for the optical densities for the fractions of the numbers 35 - 57 were the following:
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<tb>
<tb> fraction <SEP> no. <SEP> optical <SEP> density <SEP> fraction <SEP> no. <SEP> optical <SEP> density
<tb> 35 <SEP> 0.03 <SEP> 47 <SEP> 0, <SEP> 28 <SEP>
<tb> 36 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 48 <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP>
<tb> 37 <SEP> 0, <SEP> 31 <SEP> 49 <SEP> 0, <SEP> 22 <SEP>
<tb> 38 <SEP> 0, <SEP> 46 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 17
<tb> 39 <SEP> 0, <SEP> 57 <SEP> 51 <SEP> 0.15
<tb> 40 <SEP> 0, <SEP> 61 <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP>
<tb> 41 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP> 53 <SEP> 0, <SEP> 09 <SEP>
<tb> 42 <SEP> 0, <SEP> 46 <SEP> 54 <SEP> 0.05
<tb> 43 <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP> 55 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP>
<tb> 44 <SEP> 0, <SEP> 38 <SEP> 56 <SEP> 0.02
<tb> 45 <SEP> 0, <SEP> 31 <SEP> 57 <SEP> 0.01
<tb> 46 <SEP> 0,
<SEP> 30 <SEP>
<tb>
The material in the fractions numbered 35-57 consisted mainly of glutamic acid in addition to some aspartic acid. More specifically, fractions numbered 35-46 contained mainly glutamic acid and fractions numbered 46-57 mainly contained aspartic acid.
Fraction No. 40 contained about 4% by weight of the amino acid content of the original casein.
Example 3: 2 ml of impure lauric acid (Eastmans technical grade) in ethanol (0.1 g of lauric acid to 25 ml of ethanol) were placed in a column (0.8 × 30 cm), the equilibrium of which was established using ethanol. The filling material of the separation column consisted of the reaction product of the cellulose crystallite aggregates with triethanolamine and epichlorohydrin in the presence of caustic soda; it can be assumed that the material contained basic groups provided by the triethanolamine. The
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Sample was then eluted with ethanol under a pressure of 2.27 kg nitrogen. The throughput rate was 2 ml per 5 minutes. The concentrations of the fractions were monitored with the aid of a BricePhoenix differential refractometer, model BP-1, 000-V.
This instrument made it possible to read the difference in the refractive indices of a sample of the eluent and a sample of the fraction. Passed z. B. both samples from ethanol, the instrument showed the value zero. If the sample of the fraction contained a small amount of an eluted impurity, the instrument could read the refractive index difference, which indicated that some component, e.g. The impurity in which fraction was present. The higher this difference in refractive index, the greater the content of the component in the fraction. More specifically, the refractive index difference is proportional to the component concentration in the fraction.
EMI8.1
<tb>
<tb>
Fraction <SEP> no. <SEP> difference <SEP> of <SEP> fraction <SEP> no. <SEP> difference <SEP> of
<tb> refractive indices <SEP> refractive indices
<tb> 1. <SEP> 0 <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 094 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 0, <SEP> 123 <SEP> 12'0, <SEP> 037 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 046 <SEP> 13 <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 0 <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 018 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 0 <SEP> 15 <SEP> 0. <SEP> 030 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 0, <SEP> 049 <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 021 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 0.045 <SEP> 17 <SEP> 0
<tb> 8 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> 18 <SEP> 0, <SEP> 006 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 0.133 <SEP> 19-30 <SEP> 0
<tb> 10 <SEP> 0, <SEP> 214
<tb>
If one were to enter the values given above in a coordinate system, one would obtain a curve which shows the variation of the fraction no. as a function of the difference in the refractive indices;
the first two peaks of these curves represent impurities made up of organic compounds containing fewer than 12 carbon atoms per molecule. The third peak, which corresponds to fraction No. 10, is the highest, and it represents pure lauric acid. Two later smaller peaks represent impurities composed of organic compounds containing more than 10 carbon atoms.
Example 4: 2 ml of impure myristic acid (Bastman) in ethanol (0.1 g of myristic acid per 25 ml of ethanol) was applied to a separating column (0.8 × 30 cm), the equilibrium of which had been established with ethanol. The packing material of the separation column was the same as that used in Example 3. The sample was eluted with ethanol under a pressure of 2.27 kg (5 lbs.) Nitrogen. The throughput rate was 2 ml in 5 minutes. The concentrations of the fractions were monitored with the aid of the Brice-Phoenix differential refractometer.
EMI8.2
<tb>
<tb>
Fraction <SEP> no. <SEP> difference <SEP> of <SEP> fraction <SEP> no. <SEP> difference <SEP> of
<tb> refractive indices <SEP> refractive indices
<tb> 1 <SEP> 0 <SEP> 19 <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 0 <SEP> 20 <SEP> 0. <SEP> 075 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 0 <SEP> 21 <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 0 <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 0, <SEP> 028 <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 089 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 0 <SEP> 24 <SEP> 0, <SEP> 084 <SEP>
<tb>
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continuation
EMI9.1
<tb>
<tb> Fraction <SEP> No. <SEP> Difference <SEP> of <SEP> fraction <SEP> No.
<SEP> difference <SEP> of
<tb> refractive indices <SEP> refractive indices
<tb> 7 <SEP> 0 <SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 072 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 0, <SEP> 046 <SEP> 26 <SEP> 0.079
<tb> 9 <SEP> 0.022 <SEP> 27 <SEP> 0, <SEP> 039 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 0 <SEP> 28 <SEP> 0, <SEP> 070
<tb> 11 <SEP> 0, <SEP> 208 <SEP> 29 <SEP> 0, <SEP> 048 <SEP>
<tb> 12 <SEP> 0, <SEP> 304 <SEP> 30 <SEP> 0.075
<tb> 13 <SEP> 0.219 <SEP> 31 <SEP> 0, <SEP> 020 <SEP>
<tb> 14 <SEP> 0.060 <SEP> 32 <SEP> 0
<tb> 15 <SEP> 0, <SEP> 036 <SEP> 33 <SEP> 0
<tb> 16 <SEP> 0, <SEP> 067 <SEP> 34 <SEP> 0
<tb> 17 <SEP> 0, <SEP> 043 <SEP> 35 <SEP> 0
<tb> 18 <SEP> 0, <SEP> 099 <SEP>
<tb>
If the numerical values given above are entered in a coordinate system. thus the curve obtained here has its highest peak value for fraction No. 12, and this peak value corresponds to pure myristic acid.
Smaller peaks that occur before or after the highest maximum correspond to organic impurities that contain fewer than 14 carbon atoms or more than 14 carbon atoms per molecule.
On the whole, the derivatives of the crystallite aggregates have generally proven to be technically outstandingly useful for the separation, isolation and / or purification of mixtures and compositions of substances of various types. So you can z. B. be used to separate materials such as racemates, fats and fat-like substances (lipids), antihistamine preparations, straight-chain and branched-chain compounds, rare earths. With their help you can also use organic acids such as citric acid, ascorbic acid, tartaric acid and the like. Like. Acids from the waste liquors and residues from the processing of citrus fruits win and clean, as well as higher molecular weight unsaturated and saturated fatty acids, such as linoleic acid and linolenic acid, oleic acid, ricinoleic acid, stearic acid, palmitic acid and the like. like m.
With their help, amino acids and vitamins can also be extracted from the waste liquors in food processing, as well as enzymes from natural raw materials, metals from treatment baths, such as. B. pickling baths and anodizing baths, copper from the spinning solutions of copper ammonia silk, precious metals such as silver, can be obtained from photographic baths. The invention is also of technical importance for the purification of antibiotics, chemical intermediates, tannins, nitrites, hexose phosphates, complex alcohols, hormones, toxins, agents for regulating plant growth, higher molecular weight fatty alcohols, dyes and the like. like m. Likewise, alkaloids, which consist of natural nitrogen-containing organic bases, generally of tertiary amines, can be purified.
Vegetable dyes can be isolated from natural mixtures containing them; in this way z. B. Carotenes are separated from other vegetable pigments. Furthermore, impurities consisting of heavy metals, such as copper and iron, can be removed from wines, and the wine can also be improved in terms of its purity, its organoleptic and other properties. Whiskey can be improved in the same way. Furthermore, water can be plasticized or completely deionized.
It goes without saying, of course, that in these operations a derivative of the nature of a cation exchanger is used when it is a question of adsorbing cationic substances, and that on the other hand a derivative of the nature of an anion exchanger is used when it is a question of adding anionic substances adsorb. It should also be noted that in some of the applications listed above, e.g. B. when softening or deionizing water
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water, or in the demineralizing treatment of solutions with the aim of removing or removing impurities of a mineral nature from these solutions.
To recover precious metals, the general method of working is to feed the feed mixture, that is to say the mixture from which the impurities are to be removed, onto the column filled with the adsorbent. The liquid emerging from the separation column then represents the demineralized charge, while the mineral or metallic impurities can be retained in the column and recovered therefrom in a known manner.
The following experiment, which was carried out with a dye mixture, is also of technical importance. About 50 mg of each of the following three water-soluble dyes were mixed with one another in 250 ml of water: Parakeet Yellow No. 5, Parakeet Red No. 2 and Parakeet Green No. l. Two separation columns were then set up, one of which contained the known carboxymethyl cellulose in fiber form and the other the carboxymethyl derivative of the cellulose crystallite aggregates present in particle-like, non-fibrous form. On each separation column, the same amount of the mixture of dyes was added to the top at the same time, and the solution was simply allowed to pass down by its own gravity. The separation columns were examined after about 2 hours.
In the column which contained the known cellulose derivative, the lowest part of the column, which made up about 1/5 of the length of the column, was not wetted; immediately above it a yellow band had formed, which made up about 2/5 of the column and above this band was a green band, which also made up about 2/5 of the column.
In the column which contained the aggregate derivative according to the invention, the lowest part of the column, which made up about 1/5 of the column, was not wetted; Above it a broad blue band had formed, which made up about 1/5 of the column; over the latter band were three narrow bands, u. between a light green, a reddish brown and a light green band. A broad, light blue band had formed over the band mentioned last, which made up about 1/5 of the column. At the top of the separation column there was a green band of rather narrow width.
From this it can be clearly seen that the aggregate derivative according to the invention was able to separate the dye mixture into a larger number of components; In addition, this derivative did not cause channel formation and the bands had sharp edges, while the known cellulose derivative allowed channel formation and only provided blurred bands.
As already mentioned above, the use of such derivatives of cellulose-crystallite aggregates offers technical advantages which have ion-exchange capacity; In addition, there are of course other derivatives of crystallite aggregates which, due to the lack of ionizing groups, show no ion exchange effect, but are nevertheless of technical importance as adsorption material for separation, purification and isolation or for other treatment of the mixtures of substances described above. These latter derivatives are effective due to the actual adsorption capacity, hydrogen bonding and / or due to the Van der Waals forces, and they are produced according to Belgian patent specification No. 616198.
Any of the derivatives of crystallite aggregates falling within the scope of the invention can be ground in the presence of water to form a gel, and in this form it is useful for use in gel electrophoresis for the purpose of separating mixtures of substances, for purification of compounds containing impurities, for the isolation of the desired compounds and the like. like m.
A further advantage of the aggregate derivatives of the ion exchange type is the fact that the exchangeable ions are more easily accessible than those of ion exchangers of the synthetic resin type and of the materials consisting of the known cellulose derivatives. In the case of materials of the synthetic resin type, the exchanger usually does not consist of a long polymer chain, but rather it is far more often a three-dimensional, cross-linked polymer in which many exchangeable ions are arranged in the amorphous interior so that they are suitable for the ions to be exchanged and are difficult to access for the eluting medium. And with the known cellulose derivatives, the presence of the ionizable groups in the interior of the amorphous regions or the matrices is the reason that they are less easily accessible.
As a result, in the case of the aggregate derivatives, due to the fact that the ionizable groups are arranged more in their surface and are therefore more easily accessible, the exchange takes place at a greater rate.
Further advantages result from the tendency of the known materials to swell during use, and it is essential to point out that the aggregate derivatives swell far less in water than the derivatives of the known types of cellulose. Perhaps of even greater importance is the fact that the swelling of the latter derivatives is difficult, if not almost impossible, to control, a fact which - as can be assumed - with the presence of the amorphous regions in
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is related to the molecular chains of the derivatives. The disadvantage of this swelling is that, if it occurs to a large extent, an undesirable resistance to the flow of the charge or the eluent is formed.
But if the swelling is difficult to control, it is clear that the flow resistance can become a first disturbance factor.
In contrast to the exchanger materials of the synthetic resin type, the aggregate derivatives are inert to many solvents, and for this reason a large number of eluents and also of regenerants can be used. Since the derivatives of the aggregates are less exposed to the attack, they are also regenerated more easily than the materials of the synthetic resin type. In addition, due to the absence of amorphous regions, they can be regenerated with the aid of a far greater number of agents than the known cellulose derivatives. The latter derivatives, on the other hand, are exposed to attack by acidic regenerants because of the presence of the amorphous zones.
Of particular importance is the fact that the derivatives of the aggregates have a hydrophilic character. This is explained by the fact that the cellulose crystallite aggregates. from which the derivatives are obtained contain a large number of hydroxyl groups, at least some of which survive the transformation of the aggregates. Because of this hydrophilic character, the derivatives are of particular value for the separation of feed mixtures whose components contain amino groups.
The term "adsorption material" used in this description of the invention is intended to denote both those derivatives which contain ionizable groups and those which do not contain such groups.
The terms “liquid mixture” or “flowable mixture” are to be understood as meaning separable charge mixtures which are present in a liquid or liquefied or flowable state. They include solutions, colloidal solutions, colloidal suspensions and pasty masses. These terms also include molten mixtures if such mixtures are not liquid at normal temperatures. Colloidal suspensions also include suspensions of a separable virus, enzyme, protein, polypeptide and the like. like m. In addition, some liquid feed mixtures can also be introduced into the separation column without first being converted into a solution with the aid of a solvent.
PATENT CLAIMS:
1. Use of derivatives of cellulose crystallite aggregates with a degree of polymerization adjusted to an approximately uniform value, which have a degree of substitution of less than 1.0, preferably from 0.01 to 0.85, as adsorbents for separating at least two components liquid or substance mixtures present in solution.