Study of the mass-transfer and adsorption processes for high-performance separation of biomolecules  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75717
Type K
Principal investigator Felinger, Attila
Title in Hungarian Bioaktív molekulák nagy hatékonyságú elválasztása során fellépő anyagátadási és szorpciós folyamatok vizsgálata
Title in English Study of the mass-transfer and adsorption processes for high-performance separation of biomolecules
Keywords in Hungarian kromatográfia, kapilláris electroforézis, királis molekulák, polipeptidek, fehérjék
Keywords in English chromatography, capillary electrophoresis, chiral molecules, polypeptides, proteins
Discipline
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)85 %
Ortelius classification: Instrumental analysis
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)10 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)5 %
Ortelius classification: Biochemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Analitical Chemistry and Environmental Chemistry (University of Pécs)
Participants Bacskay, Ivett Orsolya
Boros, Borbála
Kilár, Ferenc
Kiss, Ibolya
Lambert, Nándor
Starting date 2009-01-01
Closing date 2013-06-30
Funding (in million HUF) 19.428
FTE (full time equivalent) 6.65
state closed project
Summary in Hungarian
A kromatográfiás és elektroforetikus elválasztási folyamatok részleteinek megértéséhez nagy fontosságú az oszlopban lejátszódó fizikai-kémiai folyamatok feltárása, megértése, hiszen azok alapvetően befolyásolják a retenciót, a szelektivitást, illetve a csúcsok aszimmetriáját és szélesedését, és így az elválasztás hatékonyságát.

A biológiailag aktív molekulák viselkedésének jellemzése az elválasztási folyamatban, a nemlineáris adszorpciós és megoszlási izotermák meghatározása alapján felderíthető az egyes fázisokat jellemző felismerési mechanizmus. Az izotermák ismerete ahhoz is szükséges, hogy a biológiailag aktív molekulák preparatív tisztítását optimalizáljuk. Ennek segítségével dolgozhatók ki gazdaságos biotechnológiai tisztítások.

A kromatográfiás állófázis és az oszlopra juttatott minta molekulái közötti kölcsönhatást a leggyakrabban az oszlop túlterhelésével, a nemlineáris izotermák meghatározásával jellemzik. A kromatográfiás állófázisok sok esetben nagyon kis mennyiségben tartalmaznak erős kötőhelyeket. Ezek jellemzése célszerűbb lineáris (analitikai) kromatográfiával, megfelelő retenciós modellt felhasználva.

Kutatásunk célja az, hogy a nemlineáris és a lineáris kromatográfia, illetve a kapilláris elektroforézis területén jellemezzük a molekuláris kölcsönhatásokat.
Summary
To understand the fundamentals of the chromatographic and electrophoretic processes, it is of utmost importance to study the physical-chemical phenomena taking place in a separation capillary or chromatographic column. They control the retention, the selectivity, as well as the asymmetry, the broadening of the peaks, hence the separation efficiency, too.

The characterization of the behavior of biomolecules during their migration, and the determination of their nonlinear adsorption or partition isotherm will provide fundamental information to understand the nature of the recognition mechanisms. The knowledge of the isotherms is necessary to scale-up and optimize the industrial separation and purification of biologically active molecules. This allows an economical increase of productivity for the related biotechnological purifications.

In chromatography, the overloading of the column is most often used to investigate the chromatographic process. However, when the stationary phase contains high energy adsorption sites in low abundance, linear chromatography can offer a better characterization of the underlying phenomena.

The objective of our study is to combine the tools of nonlinear and linear chromatography as well as capillary electrophoresis to characterize the molecular interactions in liquid phase separations.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Fordított fázisú töltetet tartalmazó HPLC oszlopokon szisztematikusan jellemeztük az oldószer és oldott anyag adszorpciós jellemzőit. A vizsgálatok lehetővé tették a szilanol aktivitás és a hidrofób kölcsönhatások nyomon követését. Többletizotermák meghatározásával megállapítottuk a fordított fázisú tölteteken az adszorbeált szerves módosító rétegvastagságát. A metanol adszorpciója során legfeljebb monomolekuláris borítottság alakul ki, míg acetonitril vagy tetrahidrofurán megkötődése során 3-4 adszorbeált molekuláris réteg is kialakulhat. A hidrofil kölcsönhatású kromatográfia adszorpciós tulajdonságait tanulmányozva megállapítottuk, hogy szoros a kapcsolat a szilikagél felületén adszorbeált víz mennyisége és a prolin adszorpciós kapacitása között. Ez az eredmény megerősíti azt a feltételezést, amely szerint HILIC elválasztásoknál a retenció mértékében fontos a felületen adszorbeált víz szerepe. Tanulmányoztuk a tömörmagvú töltetek anyagátadási tulajdonságait, és összehasonlítottuk azokat a teljesen porózus részecskék jellemzőivel. A számításaink megmutatták, hogyan határozható meg egy ekvivalens részecskeméret, amellyel a két állófázis diffúziós jellemzői közvetlenül összehasonlíthatók.
Results in English
We have systematically characterized solvent and solute adsorption on a number of reversed phase columns. The study allowed the tracing of silanol activity and hydrophobic interactions. We have determined – via excess isotherm measurement – the thickness of the layers of adsorbed organic modifier on the surface of reversed phase stationary phases. The adsorption of methanol barely leads to a monolayer, while in the case of acetonitrile of tetrahydrofuran 3-4 molecular layers are adsorbed. When studying the adsorption properties in hydrophilic interaction chromatography, we established a strong correlation between the amount of water adsorbed on the silica surface and the adsorption capacity for proline. This confirms the hypothesis that retention in HILIC is due to the water adsorbed on the silica surface. We have investigated the mass transfer properties of core-shell particles and compared those to fully porous particles. Our calculations showed how an equivalent fully porous particle size can be determined when the two types of phase are compared.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75717
Decision
Yes





 

List of publications

  
Szymon Bocian, Péter Vajda, Attila Felinger, Bogusław Buszewski: Excess Adsorption of Commonly Used Organic Solvents from Water on Nonend-Capped C18-Bonded Phases in Reversed-Phase Liquid Chromatography, Anal. Chem. 2009, 81, 6334–6346, 2009
Ibolya Kiss, Ivett Bacskay, Ferenc Kilár, Attila Felinger: The Examination of the Mass Transfer Coefficients on Stationary Phases of Different Geometry in Reversed Phase Liquid Chromatography, Book of Abstracts, 8th Balaton Symposium, ISBN 978-963-06-7878-0, p79, 2009
Péter Vajda, Szymon Bocian, Boguslaw Buszewski, Attila Felinger: Effect of the End-Capping on the Retention of Organic Modifiers in RPLC, Book of Abstracts, 8th Balaton Symposium, ISBN 978-963-06-7878-0, p89, 2009
Csilla Páger, Ferenc Kilár: Possibilities of Modification of Sandwich Injection Set-up in CIEF Analysis with MS detection, Book of Abstracts, 8th Balaton Symposium, ISBN 978-963-06-7878-0, p111, 2009
Borbála Boros, Ivett Bacskay, Ágnes Farkas, Ferenc Kilár, Attila Felinger: Datura Floral Nectar as a Potential Source of Intoxication: Quantitative Determination of Atropine and Scopolamine by LC-MS, Book of Abstracts, 8th Balaton Symposium, ISBN 978-963-06-7878-0, pp177-178, 2009
Szymon Bocian, Péter Vajda, Attila Felinger, Bogusław Buszewski: Effect of End-Capping and Surface Coverage on the Mechanism of Solvent Adsorption, Chromatographia, 71, S5, 2010
Alberto Cavazzini, Attila Felinger: Nonlinear Liquid Chromatography, Handbook of HPLC, 2nd Ed., D. Corradini, T. M. Phillips, Eds.; pp277--308; CRC Press., 2010
Ibolya Kiss, Ivett Bacskay, Ferenc Kilár, Attila Felinger: Comparison of the mass transfer in totally porous and superficially porous stationary phases in liquid chromatography, Anal Bioanal Chem 397:1307–1314, 2010
Borbála Boros, Ágnes Farkas, Silvia Jakabová, Ivett Bacskay, Ferenc Kilár, Attila Felinger: LC-MS Quantitative Determination of Atropine and Scopolamine in the Floral Nectar of Datura Species, Chromatographia, 71, S43, 2010
Bogusław Buszewski, Szymon Bocian, Gerhard Rychlicki, Péter Vajda, Attila Felinger: Study of solvent adsorption on chemically bonded stationary phases by microcalorimetry and liquid chromatography, Journal of Colloid and Interface Science, 349, 620–625, 2010
Péter Vajda, Attila Felinger, Alberto Cavazzini: Adsorption equilibria of proline in hydrophilic interaction chromatography, Journal of Chromatography A, 1217, 5965–5970, 2010
Borbála Boros, Silvia Jakabová, Ágnes Dörnyei, Györgyi Horváth, Zsuzsanna Pluhár, Ferenc Kilár, Attila Felinger: Determination of polyphenolic compounds by liquid chromatography–mass spectrometry in Thymus species, Journal of Chromatography A, 1217, 7972–7980, 2010
Péter Vajda, Szymon Bocian, Boguslaw Buszewski, Attila Felinger: Examination of the surface heterogeneity of reversed-phase packing materials with solvent adsorption, Journal of Separation Science, 33, 3644–3654, 2010
Ivett Bacskay, Attila Felinger: Rapid estimation of overall mass-transfer coefficients in liquid chromatography, Analytical Methods, 2, 1989–1993, 2010
Attila Felinger: Estimation of chromatographic peak shape parameters in Fourier domain, Talanta, 83, 1074–1078, 2011
Péter Vajda, Szymon Bocian, Bogusław Buszewski, Attila Felinger: Effect of polar interactions on the nonlinear behavior of phenol and aniline in reversed phase liquid chromatography, J Chromatogr A, 1228, 155-164, 2012
Violeta Ivanova, Marina Stefova, Borimir Vojnoski, Ágnes Dörnyei, László Márk, Violeta Dimovska, Trajče Stafilov, Ferenc Kilár: Identification of polyphenolic compounds in red and white grape varieties grown in R. Macedonia and changes of their content during ripening, Food Research International, 44, 2851–2860, 2011
Attila Felinger: Diffusion time in core–shell packing materials, J Chromatogr A, 1218, 1939-1941, 2011
Péter Vajda, Szymon Bocian, Boguslaw Buszewski, Attila Felinger: Influence of the solvation process on solute adsorption in reversed phase liquid chromatography, Journal of Chromatography A, 1218, 1954-1965, 2011
Silvia Jakabová, Lajos Vincze, Ágnes Farkas, Ferenc Kilár, Borbála Boros, Attila Felinger: Determination of Tropane Alkaloids Atropine and Scopolamine by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry in Plant Organs of Datura Species, J Chromatogr A 1232: 295-301, 2012
Boguslaw Buszewski, Szymon Bocian, Attila Felinger: Artifacts in liquid phase separations - system, solvent, and impurity peaks, Chemical Reviews, 2012
Péter Vajda, Attila Felinger, Georges Guiochon: Evaluation of surface excess isotherms in liquid chromatography, J CHROMATOGR A 1291: 41-47, 2013
Boros B, Jakabová S, Madarász T, Molnár R, Galambosi B, Kilár F, Felinger A, Farkas Á.: Validated HPLC method for simultaneous quantitation of bergenin, arbutin, and gallic acid in leaves of different Bergenia species, CHROMATOGRAPHIA, 2014




 

Events of the project

  
2012-12-12 14:24:12
Résztvevők változása



Back »