background image

1

 

 

Lecture 5 

Dr. Nihal Ezzat

 

 

           Introduction to Chromatography    

  

 

  

       Chromatography  is  a  set  of  techniques  that  separate  the  molecules,

 

components in a mixture

 based on their partitioning between a stationary 

and  a  mobile  phase.

  Chromatographic  columns  are  part  of  the 

instrumentation that is used in chromatography  

 

Definition

 

of  

Chromatography 

 

    

A method for separation of chemical compounds by partition between 

two media one is stationary and the other is mobile.The stationary may be 

liquid or solid while the mobile may be gas or liquid.

 

The substance is distributed between the two phases.  

Different molecules are distributed to different degree. 

There  are  three  types  of  chromatography  based  on  the  mechanism  of  

separation which are:  

1-  Adsorption as in ion exchange. 

2-  Partition as in paper and thin layer. 

3-  Permiation as in gel filtration. 

Aplications: 

Different chromatography used for : identification, isolation, purification, 

quantitation  of  individual  compounds  and  in  some  cases  for  molecular 

weight detrmination by comparing as in gel filtration chromatography. 

1-Ion exhange chromatography 

 A  technique  for  separation  of  different    molecules  according  to  the 

charge.    

Ion exchange columns are used to separate ions and molecules that can be 

easily ionized. Separation of the ions depends on the ion's affinity for the 

stationary phase, which creates an ion exchange system. Only  positively 


background image

2

 

 

or negatively charged complexes can interact with their respective cation 

or anion exchangers. 

  Separation  depends  on  the  relative  balance  between  the  affinity  of  the 

compounds for the adsorbent and their solubility in the solvent. 

Two  types  of  ion  exchange:  1-  Cation  exchangers(Having  negative 

charge) as in Carboxy methyl(CM), phospho, sulphopropyl…., and 

 2-  Anion  exhangers(Having  posative  charge)  as  in  amino  ethyl(AE), 

DEAE, …….(NH

2

+

 ). 

The conditions of separation can be varified by: 

1-  The pH. 

2-  Ionic strength. 

Ion  exchange  chromatography  is  perhaps  the  most  commonly 

employed  chromatographic  method  for  separating  the  proteins, 

polypeptides,  nucleic  acids,  and  other  charged  molecules.  The 

principle  underlying  ion  exchange  chromatography  is  the 

reversible  exchange  of  the  charged  molecules  (ions)  present  in 

the  solution  with  those  electrostatically  bound  to  the  insoluble 

support 

medium. 

The 

molecules 

in 

ion 

exchange 

chromatography, therefore, get separated based on their charge.  

2-Partition chromatograghy: 

  Two  phases  are  used,  the  phase  that    is  bound  to  the  inert  support  is 

called stationary phase . The other is mobile (Eluent). The substances are 

separeted by differential soubility between the two liquid phases. 

R

f

 value( Retention factor) = Distance moved by the solute / distance 

moved by the solvent. 

(Paper and Thin layer chromatography(TLC)). 

 

3- permiation chromatograghy (Gel filtration) 


background image

3

 

 

 A  technique  for  separatin  of  different    macro-molecules  according  to 

their  size  and  molecular  weights  where  a  large  molecular  sieves such  as 

sephadex (cross-link polydextrans)are used.  

 

Figure 1: Schematic of a size exclusion column. The larger particles will 

elute first because they are too big to fit inside the pores. The smallest 

particles will elute last because they fit very well inside the pores. This 

figure was created with Microsoft Paint

Modifications of 

Chromatography

 

1- HPLC….2- GC…..3- Affinity chrom.  4- Reverse phase. 

 

 

 

Types of 

Chromatography                           

 


background image

4

 

 

1-Thin Layer Chromatography  ( 

TLC

).                        

 

 

 

    Thin  layer  chromatography,  abbreviated  as  TLC,  is  an  analytical  tool 

that  is  frequently  used  in  chemistry  laboratories  to  study  the  purity  of 

organic  compounds  or  to  separate  and  analyze  the  components  of 

complex mixtures. TLC is a solid-liquid form of chromatography i.e. the 

stationary  phase  is  a  solid  while  the  mobile  phase  is  a  liquid.  The 

stationary  phase  is  prepared  by  coating  a  very  thin  layer  of  a  polar 

adsorbent on a rectangular solid support. The solid support can be a glass, 

plastic,  or  a  metal  plate  such  as  Aluminum.  Silica  (SiO

2

·xH

2

O)  or 

alumina (Al

2

O

3

·xH

2

O) are the most commonly used adsorbents   and are 

coated as uniformly thin layers on the solid supports.                               

 

  The sample, either liquid or dissolved in a volatile solvent, is deposited 

as a spot on the stationary phase.  One edge of the plate is then vertically 

placed  in  a  solvent  reservoir  and  the  solvent  moves  up  the  plate  by 

capillary  action.  The  separated  spots  are  then  visualized  with  ultraviolet 

light or by a suitable reaction procedure.                                                                                                       

    After  a  separation  is  complete,  individual  compounds  appear  as  spots 

separated  vertically. Each spot has a retention factor (Rf) which is equal 

to  the  distance  migrated  over  the  total  distance  covered  by  the  solvent. 

The Rf formula is:  Retention Factor(Rf)                                                                                                                                                                      

Rf=distance traveled by sample 

distance traveled by solvent       

 

The Rf value can  be used  to  identify  compounds  due  to  their  uniqueness 

to each compound.  When comparing two different compounds under the 

same  conditions,  the  compound  with  the  larger Rf value  is  less  polar 


background image

5

 

 

because  it  does  not  stick  to  the  stationary  phase  as  long  as  the  polar 

compound, which would have a lower Rf value.                                     

 

      

                   

 

Paper and Thin layer chromatography(TLC). 

Advatages of TLC  over  paper  

1-  Greater  resolving  power.  2-  Greater  speed  of  separation.  3- 

Relatively  wide  choice  of  adsorbents.  These  factors  due  to  very 

fine  particles  size  and  high  surface  to  volume  ratios  of  the 

inorganic salts used in TLC. 

4-The fibrous nature of cellulose in paper chrom. produces   capillary 

diffusion which increases spot size. The inorganic salt used in TLC do 

not  have  a  fibrous  structure  so  capillary  diffusion  is  eliminated 

resulting in a smaller spots . 

5- Furthermore, the very high surface area of the adsorbent also increases 

the   flow rate  or (Retention      Factor)                                                                        

of  the solvent. Because of the relatively inert nature of the inorganic 

adsorbents. 

6- detecting reagents such as sulfuric acid, can be sprayed onto the plates, 

giving sensitive and simplified detecting system. 

 

2-High Performance LiquidChromatographicColumns(HPLC) 


background image

6

 

 

High performance liquid chromatography 

(HPLC) is aslo known as 

liquid 

chromatography

.  HPLC  uses  a  liquid  moblie  phase.  The  same  basic 

principals 

from 

gas 

chromatography 

are 

applied 

to 

liquid 

chromatography.   

The most common HPLC columns are made from stainless steel, but they 

can  be  also  made  out  of  thick  glass,  polymers  such  as 

polyetherethelketone,  a  combination  of  stainless  steel  and  glass,  or  a 

combination  of  stainless  steel  and  polymers.  Typical  HPLC  analytical 

columns are between 3 and 25 cm long and have a diameter of 1 to 5 mm. 

The columns are usually straight unlike GC columns. Particles that pack 

the  columns  have  a  typical  diameter  between  3  to  5  µm. Liquid 

chromatographic  columns  will  increase  in  efficiency  when  the  diameter 

of the packed particles inside the column decreases. 

 


background image

7

 

 

 

3-Gas Chromatographic Columns(GC).

 

In 

gas  chromatography

 the  mobile  phase  is  a  gas.  Gas  chromatographic 

columns are usually between 1 and 100 meters long. The liquid stationary 

phase  is  bonded  or  adsorbed  onto  the  surface  of  an  open  tubular 

(capillary) column, or onto a packed solid support inside the column. 

 

 

4- Gel filtration chromatography.   

 

 

   Gel  filtration  chromatography  is  also  known  as  gel  permeation, 

molecular  sieve,  and  size  exclusion  chromatography.  The  molecules  are 

separated  based  on  their  size.  The  column  matrix  is  made  up  of  small 

spherical  porous  beads.  The  smaller    molecules  can  enter  the  pores 


background image

8

 

 

present  in  the  beads  while  the  molecules  larger  than  the  maximum  pore 

size  of  the  bead  are  completely  excluded.  The  access  to  the  pores  is 

determined by both the shape and the molecular weight of the molecules; 

the separation, therefore, is based on the ability of the molecules to enter 

the porous beads.  

 

Gel  filtration  chromatography  separates  the  molecules  based  on 

their  size;  it  is  therefore  also  known  as  size  exclusion 

chromatography.   

. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 


background image

9

 

 

Lecture 6 

Dr. Nihal Ezzat

 

 

 

Electrophoresis 

It is a technique based on movement of charge molecules in an electric 

field. 

Mobility of charge molecule = Applied voltage      X     Net charge                  

/friction of the molecule 

Aplication:  

1- Purity of the molecule 

2-   Identification of the molecule 

3-  Comparative molecular weight determination 

4-  Separation of a protein. 

 

  

 

Basic Principle of Electrophoresis   

 

      Electrophoresis is the process of moving charged molecule in 
solution by applying an electric field across the mixture. 

Principle of Separation

 

(1) According to charge: 

     When charged  molecules are placed in an electric field, they migrate 
toward either the positive (anode) or negative (cathode) pole according to 
their charge. 

  (2) According to size:   

(1-Small  , 2-Large). 

Types of electrophoretic techniques 

1- 

Paper electrophoresis

 

2- 

 Cellulose acetate and cellulose nitrate electrophoresis

 

3- 

Gel electrophoresis (Agaroes -   polyacrylamide PAGE).

 

4- 

Sodium dodecyl sulphate (SDS).

  

 

1- Paper 

electrophoretic 

 


background image

11

 

 

     An  electrode  apparatus  consists  of  a  high-voltage  supply,  electrodes, 

buffer, and a support for the buffer such as filter paper, cellulose acetate 

strips,  polyacrylamide  gel,  or  a  capillary  tube.  Open  capillary  tubes  are 

used  for  many  types  of  samples  and  the  other  supports  are  usually  used 

for biological samples such as protein mixtures or DNA fragments. After 

a separation is completed the support is stained to visualize the separated 

components. 

 

 
 
 
 
 
 
 


background image

11

 

 

 

 
 
 
 
 

 

 
 

 


background image

12

 

 

2- 

Gel  electrophoresis: is  a  method  for  separation  and  analysis  of 

and their fragments, based on 

proteins

 

and

 

RNA

 

,

DNA

macromolecules (

their size and charge.                                                                                    

 

It is used in clinical chemistry to separate proteins by charge and /or size  

 ( 

agarose, 

essentially 

size 

independent) 

and 

in 

-

2

to  separate  a  mixed  population  of

 

molecular  biology

 

and

 

biochemistry

 

DNA

 

fragments  by  length,  to  estimate  the  size  of

 

RNA

 

and

 

DNA

 

Nucleic  acid 

 

by  charge.

 

proteins

 

te

fragments  or  to  separa

 

RNA

 

 

and

to  move  the 

 

electric  field

 

molecules  are  separated  by  applying  an

or  other 

 

agarose

 

negatively  charged  molecules  through  a  matrix  of

substances. Shorter molecules move faster and migrate farther than longer 

ones because shorter molecules migrate more easily through the pores of 

                                                         

 

     

the gel. This phenomenon is called sieving.

 

 

Agarose gel for DNA and RNA. 

Applications  of

  Electrophoresis                                                              

 

1- Estimation of the size of DNA molecules following restriction enzyme 

digestion, e.g. in 

restriction mapping

 of cloned DNA. 

2-Analysis 

of 

 

PCR

 

 products, 

e.g. 

in 

molecular 

genetic 

diagnosis

 or 

genetic fingerprinting

 

3-Separation of  restricted genomic DNA prior to 

Southern 

transfer

or of RNA prior to 

Northern transfer

 

 

 
 

 

 

 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Mena Alhaialy
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 245 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل