What factors determine whether a compound will precipitate from solution?

A compound's solubility depends on three key factors: ionic strength of the solution, pH, and temperature. By manipulating these conditions, you can make a dissolved compound become insoluble and fall out of solution as a solid precipitate. Understanding these factors allows chemists to selectively remove target compounds from mixtures.

How does the isoelectric point relate to protein precipitation?

The isoelectric point (pI) is the pH at which a protein's net charge becomes zero. At this pH, the protein cannot interact with the polar solution and aggregates into a solid precipitate. For casein protein in milk, the isoelectric point is 4.6, making pH adjustment an effective method for protein separation and isolation.

What is the salting-out technique and why is it used for protein isolation?

Salting-out increases salt concentration in a solution, causing water molecules to preferentially hydrate the salt ions rather than dissolved proteins. With fewer water molecules available to stabilize proteins, they aggregate and precipitate out. This technique is commonly used to isolate proteins from complex biological mixtures.

How can counter ions be used to precipitate compounds from solution?

Introducing a counter ion can cause precipitation by forming an insoluble compound. For example, mixing silver nitrate with sodium chloride produces insoluble silver chloride, which precipitates out. The counter ion replaces the original ion, creating a solid that can be separated from the liquid phase.

What separation methods are used after a precipitate forms in solution?

After precipitation occurs, the insoluble solid initially forms a suspension dispersed throughout the solution. The precipitate can then be separated using filtration, centrifugation, or sedimentation. Each method removes the solid from the liquid phase, with filtration and centrifugation being most common in laboratory settings.

How does temperature affect the solubility of solids and precipitation rates?

Higher temperatures increase the solubility of most solids, keeping compounds dissolved. Conversely, decreasing temperature causes dissolved compounds to re-solidify and precipitate. The rate of solid formation at lower temperatures determines the relative purity of the recovered precipitate, making temperature control critical for separation efficiency.

What applications does precipitation have beyond basic mixture separation?

Precipitation is used to prepare nano-scale solids for nanotechnology applications and to synthesize polymeric ligands for drug delivery. In these applications, rapid cooling and solvent addition trigger precipitation, allowing recovery by centrifugation. The recovered solids can then be analyzed using nuclear magnetic resonance nmr spectroscopy.

فصل المخاليط عن طريق الترسيب

0 مشاهدة08:02 دقيقة

1. هطول الأمطار من CaCO₃

تحضير 5 مل من 1 م CaCl₂.
تحضير 5 مل 1 م Na₂CO₃.
في أنبوب طرد مركزي صغير (1.5 مل) ، أضف 750 ميكرولتر من CaCl₂ و 750 ميكرولتر من Na₂CO₃.
انتظر 2 دقيقة حتى يحدث رد الفعل. يجب أن يتحول الحل إلى غائم.
الطرد المركزي الخليط على حرارة 10,000 × جم لمدة 5 دقائق.
صب المادة الطاففة.
أضف 1 مل من الماء البارد إلى الحبيبات.
أعد تعليق الحبيبات عن طريق الخلط في خلاط دوامة لمدة 10 ثوان.
الطرد المركزي الخليط على حرارة 10,000 × جم لمدة 5 دقائق.
صب المادة الطاففة.

< p class = "jove_title" >2. ترسيب بروتينات الحليب

يسكب الحليب في دورق ويضاف لوح التقليب.
سخني الحليب برفق حتى 40 درجة مئوية في طبق ساخن مع التحليق. لا تسخن أكثر من 40 درجة مئوية.
تحضير 15٪ (حجم / حجم) من حمض الأسيتيك عن طريق خلط 7.5 مل من حمض الأسيتيك وتخفيفه في كمية كافية من الماء للوصول إلى 50 مل.
اغمر قطب مقياس الأس الهيدروجيني في الحليب الدافئ ، وراقب درجة الحموضة.
أضف حمض الأسيتيك إلى الحليب حتى تصل إلى درجة حموضة 4.6.
ترشيح الحليب
1. قم بطلاء قطعة من ورق الترشيح وضعها في قمع.
2. ضع القمع في قارورة ، واسكب محلول الحليب المحمض في القمع.
3. أثناء سكب المحلول ، قد ينسد ورق الترشيح. باستخدام قضيب التحريك ، قم بتحريك المحلول وورق الترشيح من حين لآخر لفك السداد. إذا لم يحسن مرور المحلول ، فقم بتغيير ورق الترشيح.
4. ضع ورق ترشيح جديد على سطح المنضدة وانقل أكبر قدر من المادة الصلبة المبللة إلى ورق الترشيح الجديد. يجب أن يمتص هذا المزيد من الماء من المواد الصلبة.
5. إذا أصبح ورق الترشيح الجديد مبللا جدا، فاستمر في تغييره حتى يكون هناك الحد الأدنى من البلل على ورق التصفية. اضغط عليه برفق لامتصاص المزيد من الماء إذا لزم الأمر.
6. خذ المادة الصلبة المجففة وأعد تعليقها في حوالي 70٪ من الإيثانول. قم بتصفية المادة الصلبة مرة أخرى باتباع الخطوات من 2.6.1 إلى 2.6.5.
الطرد المركزي للحليب (كبديل للترشيح)
1. انقل 50 مل من أجزاء الخليط إلى أنابيب طرد مركزي سعة 50 مل.
2. جهاز طرد مركزي عند 4,500 × جم لمدة 10 دقائق ، ثم صب المادة الطافية.
3. أضف 50 مل 70٪ إيثانول إلى الحبيبات.
4. باستخدام قضيب التحريك ، أعد تعليق الحبيبات في الإيثانول.
5. جهاز الطرد المركزي هذا التعليق بعد الخطوة 2.7.2.
أعد تعليق الحبيبات في المخزن المؤقت لمزيد من التحليل مثل SDS-PAGE، وإلا قم بتخزينها عند 4 درجات مئوية.

فئة

3. إعادة بلورة KCl

تزن 50 جم من KCl في قارورة Erlenmeyer ، وأضف 100 مل من الماء
سخني الخليط حتى يغلي الماء. تأكد من إذابة مسحوق KCl بالكامل. قد لا تذوب بعض الشوائب في الماء.
سخني قارورة إرلينماير أخرى (فارغة) مع الخليط واتركيها دافئة جدا.
ضع قمعا بورق ترشيح في القارورة الدافئة الفارغة.
صب المحلول من خلال ورق الترشيح لإزالة الشوائب غير المذابة. يتم الاحتفاظ بقارورة الاستقبال دافئة للتأكد من عدم حدوث أي تغيرات في درجة الحرارة أثناء الترشيح ، وإلا سيتشكل راسب خام. إذا حدث ذلك ، أعد تسخين الخليط حتى يذوب كل الرواسب.
قم بإزالة القارورة مع المحلول من الحرارة.
احتفظ بها في مكان بارد في الغرفة واتركها تبرد ببطء لمدة 30 دقيقة تقريبا ، أو حتى تختفي الدفء عند لمسها.
بمجرد أن تبرد إلى درجة حرارة الغرفة ، ضع القارورة في حمام جليدي لخفض درجة الحرارة بشكل أكبر. بدلا من ذلك ، يمكن للمرء ترك القارورة داخل الثلاجة أو غرفة يتم التحكم في درجة حرارتها عند 4 درجات مئوية.
يمكن حصاد البلورات عن طريق الترشيح كما في الخطوات 3.4-3.5 (استخدم قارورة وقمع في درجة حرارة الغرفة).

هطول الأمطار هو تقنية تستخدم لفصل خليط بناء على قابلية ذوبان مكوناته. تعتمد قابلية ذوبان المركب على القوة الأيونية للمحلول ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة. يمكن أن يتسبب التلاعب بهذه العوامل في أن يصبح المركب مادة صلبة غير قابلة للذوبان ، ويسقط من المحلول. وهذا ما يسمى هطول الأمطار.

تشكل المادة الصلبة غير القابلة للذوبان ، والتي تسمى الراسب ، في البداية تعليقا ، مما يعني أنها مشتتة جيدا في المحلول. عادة ما يتكتل الراسب ، ثم يتم فصله عن السائل عن طريق الترسيب أو الطرد المركزي أو الترشيح. سيقدم هذا الفيديو عدة طرق لفصل المركبات باستخدام هطول الأمطار ، ويوضح إجراء في المختبر.

يمكن ترسيب المركب المذاب خارج المحلول عن طريق إدخال أيون مضاد. على سبيل المثال ، يمكن ترسيب الفضة خارج المحلول في التفاعل بين نترات الفضة وكلوريد الصوديوم. يتم استبدال أيون النترات بأيون مضاد ، كلوريد ، مما يؤدي إلى تكوين كلوريد الفضة الصلب.

يمكن أن تؤدي زيادة تركيز الملح في المحلول أيضا إلى هطول الأمطار. هذه التقنية ، التي تسمى التمليح ، شائعة لعزل البروتينات. عند تركيز الملح العالي ، تنجذب جزيئات الماء بشكل أكبر إلى الملح المذاب ، مما يترك عددا أقل لتثبيت البروتين. نتيجة لذلك ، تتجمع جزيئات البروتين وتشكل مادة صلبة.

يمكن أن يحدث هطول الأمطار أيضا بسبب تغير في درجة الحموضة. عند درجة الحموضة العالية والمنخفضة ، يتم شحن البروتين وينجذب إلى المحلول القطبي. عند نقطة معينة، تصبح الشحنة الصافية للمركب صفرا. هذه هي النقطة متساوية الكهرباء ، أو pI. المركب غير قادر على التفاعل مع المحلول القطبي ، مما يتسبب في تجميعه وترسبه.

تؤثر درجة الحرارة أيضا على الذوبان ، حيث تزيد درجة الحرارة المرتفعة من قابلية ذوبان المواد الصلبة. عن طريق خفض درجة الحرارة ، يمكن أن تعيد المركبات الذائبة التصلب. يحدد معدل التكوين الصلب النقاء النسبي.

ستوضح التجارب التالية ترسيب بروتين الكازين من الحليب باستخدام الأس الهيدروجيني ، والمزيد من الفصل عن طريق طرق الترشيح والطرد المركزي.

لبدء هذا الإجراء ، أضف 250 مل من الحليب إلى دورق مع شريط تقليب. سخني الحليب برفق إلى 40 درجة مئوية على طبق ساخن مع التحلية. اغمر مقياس الأس الهيدروجيني في الحليب الدافئ ، وراقب درجة الحموضة. أضف حمض الأسيتيك إلى الحليب حتى يصل الرقم الهيدروجيني إلى نقطة الكازين المتساوية الكهربية ، 4.6. تترسب بروتينات الحليب غير القابلة للذوبان ، أو الخثارة ، من المحلول عند النقطة المتساوية الكهربية. قم بإزالة الخثارة من المحلول عن طريق الترشيح. إذا كان ورق الترشيح مسدودا ، فقم بخلطه بملعقة للمساعدة في تدفق المحلول. إذا لم يؤد ذلك إلى تحسين الترشيح، فقم بتغيير ورق الترشيح. انقل المادة الصلبة المبللة من ورق الترشيح المسدود إلى ورق الترشيح الجديد. يجب أن يمتص هذا المزيد من السائل ، أو مصل اللبن ، من المواد الصلبة. استمر في تغيير ورق الترشيح حتى يكون هناك حد أدنى من البلل. قد يساعد الضغط برفق على المواد الصلبة ورق الترشيح على امتصاص المزيد من مصل اللبن.

أعد تعليق مواد الحليب المجفف الصلبة في 70٪ من الإيثانول لغسل الدهون الفوسفورية من الخثارة ثم كرر عملية الترشيح. كبديل للترشيح ، يمكن أيضا فصل المواد الصلبة البروتينية باستخدام الطرد المركزي. أجهزة الطرد المركزي 50 مل أجزاء من خليط الحليب وصب المادة الطافية. أعد تعليق الحبيبات في 50 مل من 70٪ إيثانول للمساعدة في إزالة الدهون الفوسفورية من الخثارة ، وكرر عملية الطرد المركزي.

يمكن بعد ذلك تخزين المواد الصلبة لبروتين الحليب أو إعادة تعليقها في محلول آخر لمزيد من التحليل ، مثل SDS-PAGE. لمزيد من المعلومات ، شاهد الفيديو الخاص بنا حول هذه التقنية. يظهر تحليل SDS-PAGE أن هطول الأمطار مكن من إزالة معظم الشوائب من مصل اللبن. تم العثور على كل الكازين في الحبيبات ، بينما لم يتم العثور على أي شيء في المادة الطافية.

هطول الأمطار هو تقنية شائعة الاستخدام ، والتي يمكن تطبيقها لفصل مجموعة متنوعة من الخلائط أو المحاليل.

يمكن ترسيب المركبات من محلول باستخدام أيون مضاد ، كما في هذا المثال لترسيب كربونات الكالسيوم.

كلوريد الكالسيوم وكربونات الصوديوم كلاهما قابل للذوبان في المرحلة المائية.

عندما يتم خلطهما ، يشكل الكالسيوم والكربونات مادة صلبة غير قابلة للذوبان ، والتي يمكن فصلها بالطرد المركزي. لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع ، انظر الفيديو التعليمي الخاص بنا حول قواعد الذوبان.

يمكن استخدام الترسيب في تحضير المواد الصلبة ذات الحجم النانوي الموجودة في مجموعة واسعة من التطبيقات في تكنولوجيا النانو. في هذا المثال ، تم استخدام البذور ذات المقياس النانوي للتحكم في نمو بلورات النانو.

تم تسخين السلائف ، وتفاعلت مع ثلاثي أوكتيل فوسفين سيلينيد ، ثم تم تبريدها بسرعة. تمت إضافة الميثانول إلى المحلول المبرد ، من أجل ترسيب المواد الصلبة. ثم تم استرداد البلورات عن طريق الطرد المركزي ، وتحليل التركيب البلوري باستخدام حيود الأشعة السينية.

يمكن أيضا استخدام الترسيب في تحضير الروابط البوليمرية لتطبيقات توصيل الأدوية. في هذا المثال ، يتم تصنيع الترابط وتصريفه مع البلاتين لاستخدامه كعلاج مضاد للسرطان. أولا ، تم تصنيع الترابط باستخدام تفاعل اقتران أميد. تسارع مع تقدم رد الفعل. ثم تم استرداده باستخدام الترشيح.

ثم تم تنقية المادة الصلبة باستخدام إعادة التبلور ، وتصفيتها مرة أخرى. ثم تم تجميع الترابط بمركب البلاتين ، وتجفيفه ، ثم تنقيته باستخدام الترسيب الجزئي من الماء مع الأسيتون. تم تأكيد اقتران البلاتين باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. يمكن بعد ذلك دراسة المركبات لفعاليتها وآثارها الجانبية كعوامل مضادة للسرطان.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لفصل الخلائط باستخدام هطول الأمطار. يجب أن تفهم الآن الطرق المختلفة لهطول الأمطار ، وكيفية إجراء هذه التجارب في المختبر.

شكرا للمشاهدة!

المصدر: مختبر الدكتورة آنا ج. غارسيا - سايز - جامعة توبنغن

معظم العينات ذات الأهمية هي مخاليط من العديد من المكونات المختلفة. ويزيل إعداد العينة، وهو…