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        氨基酸紙層析展層溶劑初探

        2019-07-23 07:42:46楊繼業(yè)陳書明姬翔宇武怡荷
        山西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年7期
        關(guān)鍵詞:點樣層析正丁醇

        楊繼業(yè) ,高 佳 ,陳書明 ,劉 慈 ,張 林 ,姬翔宇 ,王 寧 ,衛(wèi) 陽 ,武怡荷

        (1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,山西太谷030801;2.山西省畜牧遺傳育種中心,山西太原030027)

        紙層析是典型的分配層析,具有操作簡單、所需樣品量少、分辨率一般能達到要求等優(yōu)點,是氨基酸等生物小分子分離、鑒定常用的方法[1-3]。紙層析用濾紙作為支持物,以濾紙纖維的結(jié)合水為固定相,沿濾紙流動的有機溶劑為流動相,根據(jù)混合樣品中各組分在兩相中分配系數(shù)的不同,從而達到混合樣品中各組分快速、高效分離的目的[4-6]。如果將定量的各氨基酸樣品點在濾紙上,當(dāng)流動相沿濾紙經(jīng)過樣品時,樣品點上的氨基酸在水和有機相之間不斷進行分配。隨著流動相的移動,各種氨基酸按其各自的分配系數(shù)不斷得到分配,從而使各種氨基酸得到分離[7-10]。應(yīng)用紙層析法分離鑒定氨基酸是生物化學(xué)分析中常用的方法,也是生命科學(xué)、畜牧和獸醫(yī)等相關(guān)專業(yè)本科生教學(xué)大綱要求的必修實驗之一。

        在科研過程中或本科生開展紙層析法分離鑒定氨基酸實驗過程中,由于班級及人數(shù)較多,實驗室空間有限,所以必須分組,各組在不同時間段完成實驗。在此過程中,發(fā)現(xiàn)靠后做實驗的小組出現(xiàn)氨基酸層析斑點擴散、分離效果差及Rf值減小等問題。究其原因可能是由于多次重復(fù)實驗過程中,層析溶劑(又稱展層溶劑)中部分有機溶劑揮發(fā),使層析溶劑中有機溶劑與水的比例發(fā)生改變[11-14],從而導(dǎo)致層析效果不理想。以往我們將使用5 d(或重復(fù)使用5次)后的層析溶劑倒掉,重新配制新溶劑。但這會引起實驗成本升高與環(huán)境污染問題。

        本試驗在重復(fù)使用5次后的層析溶劑中,分別續(xù)加不同體積的正丁醇與80%甲酸混合液(體積比5∶1),然后與新配制的層析溶劑進行氨基酸紙層析對比試驗,以期解決層析溶劑多次重復(fù)使用后實驗效果差的問題。

        1 材料和方法

        1.1 材料

        標(biāo)準(zhǔn)氨基酸溶液:稱取賴氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸和谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)品各10 mg溶于10 mL 0.01 mol/L的HCl中,配成質(zhì)量濃度為1 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)氨基酸溶液[15]。

        混合氨基酸溶液:將上述4種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸溶液等濃度混合,使各標(biāo)準(zhǔn)氨基酸質(zhì)量濃度達1mg/mL[15]。

        展層溶劑:按正丁醇∶80%甲酸∶水=15∶3∶2(體積比)的比例配制300 mL,分別放入3個層析缸中,每個層析缸100 mL,并標(biāo)記為1號液、2號液和3號液。在學(xué)生重復(fù)使用5次后,待第6次實驗前,按照正丁醇∶80%甲酸=5∶1(體積比)的比例配制混合液,取該混合液0,6,12 mL分別添加在上述1號液、2號液和3號液中;同時,按照正丁醇∶80%甲酸∶水=15∶3∶2(體積比)再配制100 mL新層析溶劑放入另一層析缸內(nèi),標(biāo)記為對照組,然后進行氨基酸紙層析對比試驗。

        顯色劑:0.5%茚三酮乙醇溶液。

        1.2 方法

        1.2.1 層析濾紙的準(zhǔn)備 裁剪層析濾紙(18 cm×18 cm)12張,在濾紙頂部分別標(biāo)記對照組、1號液、2號液、3號液(每組設(shè)置3個重復(fù)),并在距濾紙下邊緣2cm處用鉛筆輕輕劃一條線,在線上每隔3cm畫一小圓點作為點氨基酸樣品的標(biāo)記[16]。

        1.2.2 點樣 將準(zhǔn)備好的濾紙懸掛在點樣架上,濾紙垂直桌面,用潔凈毛細管(或裁剪了尖頭的牙簽)蘸取氨基酸樣品,與濾紙垂直方向輕輕碰觸點樣標(biāo)記點中心,使氨基酸樣品吸附在濾紙上,點樣點擴散直徑控制約2 mm,自然晾干(或冷風(fēng)吹干),再重復(fù)點第2次樣品,如此重復(fù)點樣3次[17-18]。對裁剪好的12張層析濾紙均用相同的方法進行點樣,點樣量以每種氨基酸含5~20 μg為宜,第3次點樣后,自然晾干(或冷風(fēng)吹干),再進行層析。

        1.2.3 層析 在點好氨基酸樣品的濾紙頂端兩側(cè),用2個拉有線繩的曲別針夾住,用雙手捏住線繩,將濾紙垂直放入標(biāo)記好的層析缸中(特別注意層析溶劑不能淹沒點樣線,濾紙上的溶劑浸濕線要與濾紙上的點樣線平行),蓋緊層析缸,進行層析。當(dāng)層析溶劑到達濾紙另一端的曲別針處時,取出層析濾紙,用吹風(fēng)機熱風(fēng)吹干,用鉛筆標(biāo)出溶劑前沿線,然后進行氨基酸顯色。

        1.2.4 顯色 用顯色劑將層析濾紙溶劑前沿線下方區(qū)域噴濕,再用熱風(fēng)吹干,層析濾紙上即顯示出藍紫色斑點,然后測定各個氨基酸的比移值(Rf)[19]。

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        采用SPSS 21.0對試驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和Duncan多重比較,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

        2 結(jié)果與分析

        4種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸和混合氨基酸溶液的紙層析結(jié)果如圖1所示。在圖1中,混合氨基酸溶液分離出4 個斑點,分別為 AA1、AA2、AA3 和 AA4,點樣線上“賴”表示賴氨酸,“苯丙”表示苯丙氨酸,“丙”表示丙氨酸,“谷”表示谷氨酸。

        由圖1可知,對照組中混合氨基酸的4個色斑均清晰可見,無明顯偏離以及拖尾現(xiàn)象,表明分離效果良好,符合試驗預(yù)期;而1號液組和2號液組中混合氨基酸色斑不清晰,且AA2和AA3有重疊現(xiàn)象,分離效果較差;3號液組中混合氨基酸的4個色斑較清晰,分離效果較好。

        根據(jù)圖1的紙層析結(jié)果,可測量并計算出各氨基酸的Rf值,其結(jié)果列于表1。由表1可知,4種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸中除苯丙氨酸外,其余3種氨基酸在1號液組和2號液組的Rf值均顯著低于對照組和3號液組(P<0.05);但對照組與3號液組相同氨基酸的Rf值差異均不顯著(P>0.05)。此外,對照組和3號液組中混合氨基酸的Rf值均與4種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸Rf值差異不顯著(P>0.05),表明混合氨基酸AA1為苯丙氨酸;AA2為丙氨酸;AA3為谷氨酸和AA4為賴氨酸。

        上述試驗結(jié)果表明,在重復(fù)使用5次后的層析溶劑中補加正丁醇與80%甲酸(體積比為5∶1)混合液12 mL,再進行氨基酸紙層析試驗,對混合氨基酸分離效果良好,與新配制層析溶劑所得試驗結(jié)果差異不顯著。

        表1 4種氨基酸和混合氨基酸溶液的Rf值

        3 結(jié)論與討論

        層析技術(shù)是一種根據(jù)混合物中各組分理化性質(zhì)的差異,使混合物得以分離的技術(shù),被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和生物科學(xué)等領(lǐng)域。依據(jù)原理不同,層析技術(shù)種類又可分為吸附層析、分配層析、分子篩層析、離子交換層析和親和層析等[8]。其中,紙層析法屬于分配層析,主要用于各種單糖、維生素和氨基酸等小分子化合物的分離鑒定。

        在一定試驗條件下,每種氨基酸紙層析都有其固定的Rf值,Rf值是被分離氨基酸的特征性常數(shù)[20]。但隨著試驗條件的改變,氨基酸的Rf值也會發(fā)生改變。劉穎沙等[21]對紙層析法分離鑒定氨基酸試驗的層析溶劑進行了優(yōu)化,結(jié)果認(rèn)為,正丁醇、80%甲酸和水的體積比為15∶3∶2時,試驗效果最好。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)等很多本科專業(yè)都開設(shè)“紙層析法分離鑒定氨基酸”實驗,由于班級數(shù)以及實驗分組數(shù)很多,常會重復(fù)使用展層溶劑。而展層溶劑主要成分為正丁醇、甲酸和水,由于這3種成分沸點不同,揮發(fā)性能存在差異,所以長時間多次重復(fù)使用后,必然導(dǎo)致其中有機溶劑揮發(fā)較多,使展層溶劑中3種成分的比例發(fā)生改變,從而導(dǎo)致氨基酸Rf值發(fā)生改變,實驗效果變差。本研究根據(jù)氨基酸紙層析實驗原理及實驗現(xiàn)象,在重復(fù)使用多次的層析溶劑中加入不同體積正丁醇與80%甲酸(體積比5∶1)混合液,混勻,然后與新配制的層析溶劑進行氨基酸紙層析對比試驗,結(jié)果表明,在100 mL重復(fù)使用5次的層析溶劑中加入正丁醇與80%甲酸混合液12 mL,其試驗效果與用新配制層析溶劑所得試驗效果一致。結(jié)果表明,重復(fù)使用多次的層析溶劑可以不廢棄,只需添加一定量正丁醇與80%甲酸混合液即可繼續(xù)使用。這樣不僅節(jié)約了實驗成本,而且減少了實驗廢液的排放,既經(jīng)濟又環(huán)保。

        氨基酸紙層析Rf值除了與氨基酸自身結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)外,還與展層溶劑等多因素有關(guān)。有研究表明[21],氨基酸層析分離采用薄層板比采用濾紙分離效果更好。在紙層析法分離鑒定氨基酸實驗中,還應(yīng)注意幾點:試驗過程中應(yīng)保持層析濾紙干凈,盡量避免用手直接觸摸,帶一次性PE手套操作為好;點樣線(點)應(yīng)該用鉛筆畫,不能用油筆及中性筆,因為展層溶劑是含極性與非極性溶劑的兩相系統(tǒng),能溶解油筆及中性筆的標(biāo)記;點樣斑點直徑以2 mm為宜,若點樣斑點過大,會造成層析斑點因擴散更大并彼此連在一起,而使氨基酸難以分離,點樣斑點小,點樣量少,達不到氨基酸顯示的靈敏度(可以用吹風(fēng)機冷風(fēng)將點樣斑點吹干后,再重復(fù)點樣2次,這樣既可以保障點樣斑點小,又能保障氨基酸顯色需要的點樣量);點樣過程中,不能用吹風(fēng)機的熱風(fēng)吹,防止因溫度過高導(dǎo)致氨基酸與濾紙纖維緊密連接,造成氨基酸層析斑點拖尾而難以分離;展層時,應(yīng)注意展層溶劑不能淹沒點樣線,否則樣品會溶于展層溶劑中,造成實驗失敗,另外,層析濾紙要垂直,一個層析缸放多張層析濾紙時,不能相互靠在一起,否則相互影響,也會造成實驗失敗。

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