Pobierz w formacie PDF

Komentarze

Transkrypt

Pobierz w formacie PDF
Laboratoryjne systemy uzdatniania wody
System HLP - idealne źródło wody do metod chromatograficznych
www.hlpolska.pl
Spis treści
Słowo wstępne
REACH – obowiązki,
które mogą nas dotyczyć..................................4
Zrównoważona chemia....................................9
Chemia a wynalazki.......................................12
Ogólnopolskie Sympozjum „Nauka
i przemysł – metody spektroskopowe
w praktyce, nowe wyzwania
i możliwości”...................................................16
D-Tagatoza – prosty cukier
o ogromnym potencjale aplikacyjnym........20
Perspektywy wykorzystania
psychrozymów w biotechnologii..................23
Modelowanie w chemii.................................27
Ciecze jonowe - przyszłość chemii?.............31
Proekologia w peptydach
- w ogóle możliwa?.........................................36
Zielona chemia w analityce...........................40
Przystępniejszy HPLC
– zalety programu LP-chrom........................44
Adres redakcji i skład osobowy
Lipopharm.pl
ul. Kościelna 16A
83-210 Zblewo
tel. 58 7322364
fax. 58 7322366
[email protected]
Gwałtowny rozwój przemysłu w XX wieku
oraz związana z tym produkcja masowa dóbr
i usług uczyniła nasze życie łatwym i wygodnym. Wygoda ta jednak przeważnie jest realizowana kosztem środowiska naturalnego,
a wielu ekologów eksploatację środowiska
nazywa nawet „walką z przyrodą”, upatrując
marnotrawienia zasobów i surowców naturalnych w imię postępu cywilizacyjnego. Postęp
w ochronie środowiska naturalnego oraz racjonalnym dysponowaniu zasobami dotyczy
już każdego etapu funkcjonowania społeczeństwa. Powszechnie mówi się o oszczędzaniu
energii i wykorzystywaniu źródeł odnawialnych, stosuje się biopaliwa, ale i tworzy odpowiednie akty prawne dotyczące produktów
chemicznych (znane pod nazwą REACH).
Zaspokojenie potrzeb obecnych pokoleń bez
naruszenia możliwości przyszłych pokoleń
do zaspokojenia swoich potrzeb leży u podstaw teorii zrównoważonego rozwoju. Jedną
z najbardziej wpływających na przyrodę gałęzi
gospodarki jest przemysł chemiczny, dlatego
w strategii do roku 2025, opracowanej przez
Europejską Platformę Zrównoważonej Chemii,
wskazuje się trzy podstawowe kierunki działań.
Należą do nich nowe technologie materiałowe,
poszukiwanie nowych szlaków syntetycznych
z użyciem procesów katalitycznych oraz postępy w dziedzinie nauk biotechnologicznych.
Niniejsze wydanie kwartalnika Laborant
prezentuje wybrane zagadnienia związane z racjonalnym wykorzystywaniem chemii zarówno
w procesach przemysłowych jak i małych laboratoriach naukowych. Nie bez znaczenia jest
poszukiwanie procesów alternatywnych dla
klasycznej chemii. Wszystko po to, aby żyło się
nam lepiej i w myśl zasady zrównoważonego
rozwoju zachować środowisko dla potomnych.
Redaktor naczelny:
dr hab. Wojciech Kamysz
[email protected]
Redaktor techniczny:
mgr Bartłomiej Kraska
[email protected]
dr hab. Wojciech Kamysz
redaktor naczelny
3
Prawo
REACH – obowiązki, które mogą nas dotyczyć
Agata J. Wilczyńska-Piliszek, Sławomir Piliszek
Doradza ISOTOP s.c.
Wstęp
REACH jest akronimem pochodzącym od
pierwszych liter brzmienia Rozporządzenia (WE)
nr 1907/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals (REACH) to brzmienie
angielskie części tytułu rozporządzenia. Oznacza ono rejestrację, ocenę, udzielanie zezwoleń
i stosowanych ograniczeń w zakresie chemikaliów. Rozporządzenie REACH weszło w życie
dnia 1 czerwca 2007 roku i zaczęło obowiązywać
bezpośrednio, to znaczy bez potrzeby wprowadzania odrębnym aktem do polskiego porządku prawnego.
Cele rozporządzenia
Celem rozporządzenia REACH jest zapewnienie
wysokiego poziomu ochrony zdrowia i środowiska, w tym propagowania alternatywnych metod oceny zagrożeń stwarzanych
przez substancje, a także swobodnego obrotu substancjami na rynku wewnętrznym przy
jednoczesnym
wsparciu
konkurencyjności
i innowacyjności. Rozporządzenie REACH oparte
jest na zasadzie, zgodnie z którą do producentów,
importerów i dalszych użytkowników należy zagwarantowanie, że substancje, które produkują,
wprowadzają do obrotu lub stosują, nie wpływają
w sposób szkodliwy na zdrowie człowieka ani na
środowisko. Przepisy rozporządzenia REACH
opierają się na zasadzie ostrożności.
Samo rozporządzenie REACH dzieli te obowiązki
w zależności od zaklasyfikowania chemikaliów do
określonej grupy, przypisania określonej roli w systemie. Przedsiębiorca może pełnić rolę producenta,
importera lub dalszego użytkownika. W odniesieniu do niektórych substancji przedsiębiorca
może pełnić więcej niż jedną rolę w systemie.
Wymienione role pociągają za sobą określone
obowiązki. One natomiast pociągają za sobą
określone konsekwencje, również finansowe. Jednym z głównych obowiązków jest rejestracja substancji. Bez przeprowadzenia procesu rejestracji
substancji chemicznej nie można jej produkować,
importować, ani w inny sposób wprowadzać do
obrotu.
Podstawowe definicje
Zanim przejdziemy do szczegółowego wyjaśniania
obowiązków należy wyjaśnić podstawowe definicje związane z substancją oraz ich mieszaninami.
Należy zdawać sobie sprawę, że pojęcia stosowane w
rozporządzeniu REACH posiadają ścisłe definicje
i znaczenia, które nie zawsze odpowiadają ich rozumieniu w innych dziedzinach.
I tak zgodnie z artykułem 3 rozporządzenia
REACH substancja oznacza pierwiastek chemiczny lub jego związki w stanie, w jakim występują
w przyrodzie lub zostają uzyskane za pomocą procesu produkcyjnego, z wszelkimi dodatkami wymaganymi do zachowania ich trwałości oraz wszelkimi zanieczyszczeniami powstałymi w wyniku
zastosowanego procesu, wyłączając rozpuszczalniPodstawowe role i obowiązki
ki, które można oddzielić bez wpływu na stabilność
Rozporządzenie REACH jest aktem prawnym, i skład substancji.
który obowiązuje we Wspólnocie już ponad 4 lata. Mieszanina oznacza mieszaninę lub roztwór
Jednak doświadczenia wskazują, że firmy istniejące składający się z dwóch lub większej liczby subna rynku mają wiele wątpliwości, a nawet część stancji.
z nich nie zdaje sobie sprawy, że mogą ich dotyczyć Substancja wprowadzona oznacza substancję,
pewne obowiązki wynikające z tego aktu prawnego. która spełnia co najmniej jedno z następujących
4
Laborant Nr 3/2011
kryteriów:
a)
jest zamieszczona w Europejskim
wykazie istniejących substancji o znaczeniu komercyjnym (EINECS);
b) przynajmniej raz w ciągu 15 lat
poprzedzających wejście w życie
rozporządzenia została wyprodukowana na terytorium Wspólnoty lub
krajów, które przystąpiły do UE, lecz
nie została wprowadzona do obrotu
przez producenta lub importera, pod
warunkiem że producent lub importer dysponuje pisemnym dowodem
potwierdzającym ten fakt;
c)
była wprowadzona do obrotu przez
producenta lub importera na terytorium Wspólnoty lub w krajach
przystępujących do UE przed wejściem
w życie rozporządzenia i była uznana za
zgłoszoną zgodnie z dyrektywą 67/548/
EWG lecz nie spełnia wymogów
określonych w definicji polimeru zawartej w niniejszym rozporządzeniu,
pod warunkiem że producent lub importer dysponuje pisemnym dowodem
potwierdzającym ten fakt, w tym dowodem, że substancja ta została wprowadzona przez jakiegokolwiek producenta lub importera do obrotu między
dniem 18.IX.1981 r. a dniem 31.X.1993
r. włącznie.
Reklama
Prawo
Czy to może nas dotyczyć?
Obowiązki wynikające z przepisów
rozporządzenia REACH mogą również
dotyczyć naszej firmy. Zobowiązania takie mogą wystąpić wtedy gdy prowadzimy
syntezy chemiczne lub podczas tworzenia
mieszanin celem stworzenia nowego produktu. Ogólna zasada mówi o tym, że substancje
chemiczne lub substancje w mieszaninach
oraz substancje zawarte w wyrobach (dodatkowe zastrzeżenia) rejestrujemy wyłącznie
wtedy, jeżeli przekroczą one ilość 1 tony/rok.
Na dzień dzisiejszy mamy już za sobą
pierwszy etap rejestracji. A więc tych substancji wprowadzonych, które są produkowane lub importowane w ilości powyżej 1000
ton/rok. Substancji zaklasyfikowanych jako
www.czasopismolaborant.pl
5
Prawo
działające bardzo toksycznie na organizmy wodne,
które mogą powodować długo utrzymujące się
niekorzystne zmiany w środowisku wodnym
(R50/53) w ilości co najmniej 100 ton/rok. Substancji zaklasyfikowanych jako rakotwórcze, mutagenne lub działające szkodliwie na rozrodczość,
kategorii 1 i 2, które zostały wyprodukowane lub
importowane w ilości co najmniej 1 tony/rok.
Należy tutaj podkreślić to, że rejestracja wstępna
dotyczy wyłącznie substancji wprowadzonych
(patrz definicje). Dokonując rejestracji wstępnej
opóźnionej jesteśmy upoważnieni do skorzystania z tak zwanych okresów przejściowych.
Potencjalni rejestrujący, którzy po raz pierwszy
produkują lub importują substancję wprowadzoną
w ilości co najmniej 1 tony/rok, która będzie
wymagała rejestracji, uprawnieni są do skorzystania z okresów przejściowych pod warunkiem,
że przedłożą do Europejskiej Agencji Chemikaliów (ECHA) odpowiednie wymagane informacje
w ciągu sześciu miesięcy od pierwszej produkcji, importu w ilości co najmniej 1 tony/rok i nie
później niż w ciągu 12 miesięcy przed upływem
odpowiednio określonego terminu (Tabela 1).
Obowiązek rejestracji może dotyczyć organizacji wtedy, gdy importuje substancje do produkcji
mieszanin. Import w rozumieniu rozporządzenia
REACH oznacza fizyczne wprowadzenie na
obszar celny Wspólnoty. Obszar celny Wspólnoty
obejmuje następujące państwa: Austrię, Belgię,
Bułgarię, Cypr, Czechy, Danię (z wyjątkiem terytorium Grenlandii oraz Wysp Owczych), Estonię,
Finlandię (w tym Wyspy Alandzkie), Francję
(w tym Monako i departamenty zamorskie
– Gujanę Francuską, Gwadelupę, Martynikę i Reunion, bez obszarów zamorskich Saint-Pierre
i Miqelon oraz Majotta), Grecję, Hiszpanię
(z wyjątkiem Ceuty i Melilli), Holandię (część europejska), Irlandię, Litwę, Luksemburg, Łotwę,
Maltę, Niemcy (z wyjątkiem obszaru Busingen oraz
wyspy Helgoland), Polskę, Portugalię, Rumunię,
Słowację, Słowenię, Szwecję, Węgry, Włochy
(z wyjątkiem enklaw celnych Livogno i Campione
d’Italia), Zjednoczone Królestwo Wielkiej Brytanii i Irlandii Północnej (w tym Wyspy Kanałowe
oraz Wyspa Man). A więc import z tych krajów
uważany jest za „nabycie wewnątrzwspólnotowe”
i nie powoduje przypisania roli importera w rozumieniu rozporządzenia. Od 2008 roku wymagania zawarte w rozporządzeniu REACH zaczęły
funkcjonować również w państwach EOG-EFTA to jest w Islandii, Lichtensteinie i Norwegii.
Importujący substancje z tych krajów będzie
uważany za dalszego użytkownika. W pozostałych
przypadkach będziemy traktowani jako importerzy ze wszystkimi obowiązkami na nas ciążącymi.
Istotnym dodatkowym obowiązkiem jest proces
notyfikacji substancji chemicznych. Notyfikacja
jest zgłoszeniem substancji do wykazu klasyfikacji i oznakowania. Wynika ona z obowiązków
nałożonych rozporządzeniem CLP (1272/2008).
Obowiązek notyfikacji dotyczy wszystkich produkowanych bądź importowanych niebezpiecznych
substancji niezależnie od ich ilości, a także tych,
które podlegają obowiązkowi rejestracji zgodnie
z REACH. A więc, jeżeli substancja nie będzie
substancją niebezpieczną, a przeprowadzimy
dla niej proces rejestracji wstępnej opóźnionej to
Tabela 1. Wymagane terminy rejestracji pełnej w odniesieniu do substancji wprowadzonych
Sposób klasyfikacji substancji wprowadzonej
6
Masa graniczna
Obowiązujący termin
dokonania rejestracji pełnej
Pozostałe substancje
> 1000 ton/rok
Działająca bardzo toksycznie na organizmy wodne,
która może powodować długo utrzymujące się
niekorzystne zmiany w środowisku wodnym
(R50/53)
> 100 ton/rok
Rakotwórcza, mutagenna lub działająca szkodliwie
na rozrodczość, kategorii 1 i 2
> 1 tony/rok
Pozostałe substancje
> 100 ton/rok
1.VI.2013
Pozostałe substancje
> 1 tony/rok
1.VI.2018
1.XII.2010
Laborant Nr 3/2011
Prawo
musimy ją notyfikować.
Wyłączenia z obowiązku rejestracji
Rozporządzenie REACH uwzględnia pewne
wyłączenia z obowiązku rejestracji. Przepisy
rozporządzenia dotyczące rejestracji nie obejmują
zastosowania substancji w produktach leczniczych stosowanych u ludzi lub do celów weterynaryjnych. Gdy te same substancje stosowalibyśmy
w celu otrzymania kosmetyków, to zwolnienia
te nie obowiązują i w związku z tym substancje
podlegają obowiązkowi rejestracji.
Organizacje prowadzące działania badawczorozwojowe ukierunkowane na produkt i proces produkcji (PPORD) mogą także korzystać
ze zwolnień z rejestracji. Przepisy dotyczące
rejestracji nie mają zastosowania przez okres 5
lat w odniesieniu do substancji produkowanej na
terytorium Wspólnoty lub importowanej w celu
prowadzenia działalności badawczo-rozwojowej
ukierunkowanej na produkt i proces produkcji, prowadzonej przez producenta lub importera
osobiście lub we współpracy z nabywcami wyszczególnionymi na liście nabywców. Produkcja musi
odbywać się również w ilościach ograniczonych.
W celu skorzystania z niniejszego zwolnienia
należy przedłożyć do ECHA odpowiednie informacje zgodnie z rozporządzeniem REACH oraz
uiścić opłatę. Przedkładanie informacji do ECHA
odbywa się wyłącznie drogą elektroniczną.
Wyłączeniom z obowiązku rejestracji podlegają
także substancje wymienione w odpowiednich
załącznikach (IV oraz V) rozporządzenia REACH.
Substancje zawarte w załączniku IV podlegają
zwolnieniom, ponieważ istnieje wystarczająca ilość
informacji, że ich swoiste właściwości powodują
minimalne ryzyko (Tabela 2).
Wyłączeniom z obowiązku rejestracji podlegają
także substancje scharakteryzowane w załączniku
V. Ich rejestrację uznaje się za niewłaściwą lub
niepotrzebną i wyłączenie ich z przepisów tytułów
II (rejestracja), V (dalsi użytkownicy) i VI (ocena)
nie powoduje uszczerbku dla celów rozporządzenia
REACH (patrz cele rozporządzenia). Są to między
innymi substancje, które powstają w wyniku reakcji chemicznej zachodzącej jako skutek uboczny
kontaktu innej substancji lub wyrobu z czynnikami środowiskowymi - powietrzem, wilgocią,
mikroorganizmami lub światłem słonecznym.
Również hydraty substancji lub jony hydratowane powstające w wyniku asocjacji cząsteczek
substancji i wody, jednak w tej sytuacji należy
Tabela 2. Wybrane substancje podlegające zwolnieniu z rejestracji wymienione w załączniku IV rozporządzenia
Numer CAS
Numer EINECS
Nazwa/Grupa
50-70-4
200-061-5
D-glucitol C6H14O6
50-81-7
200-066-2
Kwas askorbinowy C6H8O6
50-99-7
200-075-1
Glukoza C6H12O6
57-48-7
200-233-3
Fruktoza C6H12O6
56-87-1
200-294-2
L-lizyna C6H14N2O2
59-23-4
200-416-4
Galaktoza C6H12O6
123-94-4
204-664-4
Stearynian gliceryny, czysty C21H42O4
124-38-9
204-696-9
Ditlenek węgla CO2
137-08-6
205-278-9
Pantotenian wapnia, forma D C9H17NO5.1/2Ca
1338-43-8
215-665-4
Oleinian sorbitanu C24H44O6
7439-90-9
231-098-5
Krypton Kr
7732-18-5
231-791-2
Woda, destylowana, o czystości do pomiarów przewodności
elektrolitów lub podobnej H2O
61788-59-8
262-988-1
Estry metylowe kokosowych kwasów tłuszczowych
65996-61-4
265-995-8
Masa celulozowa
www.czasopismolaborant.pl
7
Prawo
spełnić warunek, aby substancja ta została wcze- wprowadzania do obrotu i obowiązek natychmiaśniej zarejestrowana przez producenta lub impor- stowego wycofania oraz zutylizowania wprowatera, który skorzystał z niniejszego zwolnienia.
dzonego produktu znajdującego się na rynku.
Niedopełnienie obowiązków wiąże się również
Podsumowanie
z konsekwencjami karnymi zarówno pozbawienia
Biorąc pod uwagę wielkości samych rozporządzeń, wolności jak i nałożenia grzywny. Nieznajomość
gdzie rozporządzenie REACH w oryginale posiada przepisów nie zwalnia nas z odpowiedzialności.
blisko 800 stron, dodatkowo sprostowanie oraz wiele
rozporządzeń zmieniających i dostosowujących.
Natomiast rozporządzenie CLP w oryginale składa Piśmiennictwo:
się z ponad 1350 stron, dodatkowo sprostowanie
Rozporządzenie (WE) nr 1907/2006 Parlamentu
oraz rozporządzenia zmieniające i dostosowujące.
Europejskiego i Rady w sprawie rejestracji, oceny, udzielania zezwoleń i stosowanych ograniczeń
Artykuł ten jest jedynie wstępem do określenia
w zakresie chemikaliów (REACH), utworzenia Eurowymagań zawartych w rozporządzeniu REACH.
pejskiej Agencji Chemikaliów, zmieniającego
Europejska Agencja Chemikaliów dodatkowo
dyrektywę 1999/45/WE oraz uchylającego rozpow celu pomocy zainteresowanym stronom publikurządzenie Rady (EWG) nr 793/93 i rozporządzenie
je poradniki w odniesieniu do niektórych wymagań
Komisji (WE) nr 1488/94, jak również dyrektywę
Rady 76/769/EWG i dyrektywy Komisji 91/155/EWG,
rozporządzeń. Jednak należy sobie zdawać z tego
93/67/EWG, 93/105/WE i 2000/21/WE z późn. zm.
sprawę, że własna interpretacja wymagań nie
Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady
zawsze jest trafna i korzystanie z doświadczonych
(WE) nr 1272/2008 z dnia 16 grudnia 2008 r.
konsultantów wydaje się być naturalnym biew sprawie klasyfikacji, oznakowania i pakowania sugiem rzeczy. W wyniku błędów interpretacyjnych
bstancji i mieszanin, zmieniające i uchylające dyrektywy 67/548/EWG i 1999/45/WE oraz zmieniające
wymagań nałożonych rozporządzeniem REACH
rozporządzenie (WE) nr 1907/2006 z późn. zm.
może dojść do sytuacji, że zostanie nałożony zakaz
Reklama
8
Laborant Nr 3/2011
Chemia
Zrównoważona chemia
Michał Burdyński
Laboratorium Badawczo - Rozwojowe, Lipopharm.pl
Wyzwaniem stojącym przed przemysłem
chemicznym w XXI wieku jest wdrożenie zasad
zrównoważonej chemii. Pojęcie zrównoważonej
chemii powstało na przełomie XX i XXI wieku po
opublikowaniu w 1987 r. raportu „Nasza Wspólna Ziemia” komisji H.Brundtland prezentującego
nową koncepcję „zrównoważonego rozwoju”.
W 2000 roku OECD zdefiniowała pojęcie
„zrównoważonej chemii” jako rozwinięcie pojęcia
„zrównoważonego rozwoju”. Oznacza ono projektowanie, wytwarzanie i wykorzystywanie w procesach chemicznych produktów pozwalających
na osiąganie dużych korzyści ekonomicznych
i jednocześnie przyjaznych środowisku. W trakcie projektowania i prowadzenia procesów chemicznych należy zmniejszać ilość zużywanej energii, surowców nieodnawialnych i wody. Koncepcja „zrównoważonej chemii” nakazuje również
redukować ilość wytwarzanych zanieczyszczeń
i odpadów na każdym etapie produkcji oraz
produkować takie produkty chemiczne, które
mogą być użyte ponownie lub poddane recyklingowi.
Głównymi zaletami idei „zrównoważonej chemii”
jest zmniejszenie ilości produkowanych oraz
w dalszym etapie wycofanie z produkcji substancji kumulujących się w środowisku i organizmach żywych. Korzystne jest zmniejszenie zapotrzebowania na surowce nieodnawialne oraz
zwiększenie wykorzystania surowców wtórnych.
Koncepcja „zrównoważonej chemii” zakłada
oprócz zmniejszenia wpływu na środowisko,
również zmniejszenie kosztów utylizacji odpadów
poprzemysłowych, promowanie i wdrażanie technologii zwiększających innowacyjność i konkurencyjność przemysłu.
Projekt „zrównoważonej chemii” porusza także
aspekt edukacyjny - poszukiwanie nowych szlaków
syntez, wykorzystanie substancji bezpieczniejszych
www.czasopismolaborant.pl
dla środowiska niż dotychczas używane. W analizie chemicznej za istotne uznano wykorzystywanie
odczynniko- i energooszczędnych metod analitycznych1,2.
Pojęcie „zrównoważonej chemii” obejmuje dodatkowo analizę czynników ekonomicznych
i społecznych produktu i procesu chemicznego w odróżnieniu od „zielonej chemii”, której
zakres obejmuje właściwie opracowanie przyjaznego środowisku procesu lub produktu. Szersze spojrzenie na finalny produkt chemiczny
spowodowała, że istotna stała się analiza całego
cyklu życia produktu (LCA). Okazało się, bowiem, że nie tylko wytwarzanie produktu generuje
niekorzystny wpływ na środowisko, ale również
użytkowanie gotowego produktu przez konsumenta i procesy utylizacji zużytego produktu.
Analiza LCA obejmuje jakościową i ilościową
ocenę wpływu procesu chemicznego w następujących aspektach:
wyczerpywanie surowców nieodnawialnych,
wpływ na efekt cieplarniany,
wpływ na warstwę ozonową,
użyźnianie zbiorników wodnych,
udział w powstawianiu kwaśnych deszczów,
udział w emisji lotnych związków,
toksyczność dla człowieka i organizmów
żywych.
Analiza LCA pozwala na syntetyczne i całościowe
określenie zagrożeń i elementów, w których można
przez wprowadzenie zmian, zmniejszyć wpływ
procesu na środowisko3.
Oprócz analizy LCA dokonuje się określenia
ilościowych wskaźników procesu, takich jak czynnik środowiskowy E, współczynnik środowiskowy
EQ, wydajność atomową, efektywność masową,
lecz taka analiza pozwala jedynie ocenić jego
wpływ na środowisko w dość wąskim zakresie4.
Społeczny aspekt „zrównoważonej chemii” obej9
Reklama
Chemia
ZAMRA¯ARKI
NISKOTEMPERATUROWE
- PIONOWE ORAZ POZIOME
- OPATENTOWANY SYSTEM
“GREEN LINE”
-OPTYMALNE POJEMNOŒCI
ZMYWARKI
LABORATORYJNE
- DWA NIEZALE¯NE
POZIOMY MYCIA
- SZEROKI WYBÓR
KOSZY I WK£ADÓW
-WYRÓ¯NIENIE NA TARGACH EUROLAB 2009
PIECE
LABORATORYJNE
- KOMOROWE, MUFLOWE
- RUROWE
- WYSOKOTEMPERATUROWE
- SZEROKI WYBÓR AKCESORIÓW
(RÊKAWICE, TYGLE, TACE, RURY)
W OFERCIE
FIRMY DANLAB
DANLAB
TEL. 85 661 28 66
FAX. 85 662 73 79
- SUSZARKI
- CIEPLARKI
- ZMYWARKI
- £A–NIE WODNE
-ZAMRA¯ARKI
-CH£ODZIARKI
- NACZYNIA DEWARA itp...
www.danlab.pl
e-mail: [email protected]
10
muje rzetelne informowanie społeczeństw
o wpływie projektowanego lub istniejącego
produktu na środowisko, a także promowanie
współpracy pomiędzy ośrodkami naukowymi, przemysłem i organami państwowymi
w celu przyspieszenia wdrażania innowacyjnych pomysłów. Celem społecznym
jest również zmiana sposobu postrzegania
przemysłu z zorientowanego na wykorzystywanie ropy naftowej na przemysł używający
surowców wtórnych lub pochodzących ze
źródeł odnawialnych3.
Zrównoważona chemia w Europie
Przemysł chemiczny jest w Unii Europejskiej trzecim co do wielkości sektorem
przemysłu. Zatrudnia ok. 1,7 miliona pracowników i wytwarza 28 % światowej produkcji chemikaliów. Wartość wytworzonych substancji i produktów stanowi 2,4 % PKB UE.
W związku z odgrywaną rolą w gospodarce
europejskiej została opracowana strategia
rozwoju sektora chemicznego uwzględniającą założenia „zrównoważonej chemii”.
Celem strategii „zrównoważonego rozwoju”
przemysłu chemicznego UE jest:
Opracowanie nowych metod syntezy
produktów chemicznych,
Dopracowanie technologii katalizatorów i otrzymywania półproduktów,
Opracowanie i wdrożenie nowych materiałów kompozytowych i membran,
Opracowanie nowych bardziej przetworzonych związków chemicznych oraz
metod otrzymywania półproduktów
pozwalających na lepsze wykorzystanie
możliwości syntezy przemysłowej w ramach Wielkiej Syntezy Chemicznej,
Opracowanie nowych produktów
przemysłu petrochemicznego oraz metod ich otrzymywania.
Kolejnym ważnym obszarem działań w ramach zrównoważonej chemii jest poszukiwanie nowych sposobów przyspieszania i katalizy procesów chemicznych,
umożliwiających pełniejsze wykorzystanie
posiadanych urządzeń i maszyn. Założenia
„zrównoważonej chemii” mają zastosowanie
w chemikaliach stosowanych w rolnictwie –
Laborant Nr 3/2011
Chemia
planowane jest opracowanie nowych innowacyjnych metod otrzymywania wieloskładnikowych
produktów.
Aspekt ekologiczny strategii „zrównoważonej
chemii” zakłada coraz większe wykorzystanie
surowców wtórnych w syntezie chemicznej. Istotne jest znalezienie metod recyklingu odpadów
chemicznych, polimerów oraz utylizacji urządzeń
produkcyjnych.
Ważnym zagadnieniem w ramach strategii
„zrównoważonej chemii” UE jest analiza i opracowanie metod transportu i składowania produktów chemicznych Dotyczy to głównie sposobu
wykorzystania istniejących i projektowanych
rurociągów oraz wykorzystania transportu rzecznego. Intensywne wykorzystywanie kawern do
magazynowania ropy naftowej, produktów petrochemicznych i gazu ziemnego powoduje, że istotne
jest zbadanie oddziaływania takich obiektów na
otaczające środowisko, jak również optymalizacja
wykorzystania istniejących zbiorników.
Ostatnim aspektem poruszanym przez europejską strategię rozwoju zrównoważonej chemii jest
dostosowanie programów kształcenia nowych
pracowników do zmieniającego się przemysłu chemicznego.
W ramach strategii zrównoważonego rozwoju
chemii powołano Polską Platformę Technologiczną
Zrównoważonej Chemii.
Zadaniami powstałej instytucji jest udział w pracach europejskiej platformy technologicznej
zrównoważonej chemii, promowanie polskich
inicjatyw w zakresie zrównoważonej chemii oraz
koordynacja badań nad innowacyjnymi rozwiązaniami5.
Wdrażanie zasad zrównoważonego rozwoju
chemii
Przykładem wdrażania zasad zrównoważonego
rozwoju są programy recyklingu polichlorku
winylu. W 2000 roku firmy produkujące
PCV zobowiązały się do wprowadzenia zasad
zrównoważonej produkcji w programie Vinyl 2010.
Wiązało się to z zorganizowaniem punktów odbioru i przetwarzania PCV. Do 2010 roku moce przerobowe pozwalały przerobić 250 tys. ton zużytego
PCV. Po zakończeniu z sukcesem programu Vinyl
2010, wdrożono program VinylPlus, którego celem
jest prawie 4-krotne zwiększenie ilości odzyskiwawww.czasopismolaborant.pl
nego PCV do 2020 roku, z czego przynajmniej 100
tys. ton będzie przetwarzane innowacyjnymi metodami. Plany obejmują również wydawanie certyfikatów VinylPlus oraz znakowania produktów
objętych tym programem6. W przypadku pojedynczych firm także osiągnięto postęp w zakresie
wdrażania zasad zrównoważonego rozwoju. Firma
KNAUF wyprodukowała wełnę mineralną w technologii ECOSE, która zmniejsza ilość zużywanej
energii i surowców. Do produkcji wykorzystano
szkło z recyklingu. Wełna otrzymała deklarację
środowiskową III typu, nadaną przez Instytut Techniki Budowlanej, która potwierdza, że produkt nie
wpływa negatywnie na środowisko7.
Chemia polimerów jest kolejną dziedziną chemii,
w której dokonał się duży postęp we wdrażaniu
zasad zrównoważonego rozwoju. W produkcji polimerów coraz szerzej stosuje się surowce
odnawialne i półprodukty otrzymywane z roślin
i zwierząt zamiast nieodnawialnej ropy naftowej.
W trakcie syntezy stosuje się katalizatory metalocenowe oraz enzymy. Silny nacisk kładzie się na
wykorzystywanie bezpiecznych dla środowiska
rozpuszczalników takich jak ciecze jonowe i ciecze
w stanie nadkrytycznym. Istotnym elementem
w pracach badawczych dotyczących polimerów jest
ich biodegradowalność i możliwość ponownego
użycia8.
Literatura:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Sustainable
Chemistry,
Environmental
Directorate
OECD,
http://www.oecd.org/dataoecd/16/25/29361016.pdf
OECD Need for research and development programmes in sustainable chemistry , http://www.oecd.
org/dataoecd/16/25/42784720.pdf
B. Burczyk, Zielona chemia – zrównoważona chemia:
perspektywy rozwoju, Przemysł Chemiczny 84/3
(2005)
J. Namieśnik, J. Płotka, M. Tobiszewski, A. Sulej, T.
Chmiel, Zielona Chemia, Referat, Ogólnopolskie
Sympozjum “Nauka i Przemysł”, Lublin 2011
Polska Platforma Technologiczna Zrównowazonej
Chemii,
http://www.kpk.gov.pl/ppt/ppt.
html?id=816&sct=4
http://www.chemiaibiznes.com.pl/newsy/news/1238Przemysl_PCW_rozpoczyna_10_letnie_zobowiazanie_dot_zrownowazonego_rozwoju.html
http://www.chemiabudowlana.info/wiadomosci,art,3
021,,zrownowazona_srodowiskowo_izolacja_knauf_
insulation
H. Pińkowska, Zielona chemia polimerów, Polimery
2006, 51, 11-12
11
Chemia
Chemia a wynalazki
Kancelaria Prawno-Patentowa
Małgorzata Matyka
polski i europejski rzecznik patentowy
Przemysł chemiczny jako jedna z największych
gałęzi przemysłu światowego zaczyna inwestować
w zrównoważony rozwój i zaspokajanie potrzeb konsumentów poprzez dostarczanie coraz bardziej bezpiecznych produktów chemicznych, półproduktów
czy też sposobów ich otrzymywania oraz inwestycje
w ochronę środowiska poprzez redukowanie lub
eliminację zanieczyszczeń środowiska.
Duże zapotrzebowanie na lepsze i bezpieczniejsze
produkty stawia przed przemysłem chemicznym
wiele wyzwań.
Nowoczesne technologie chemiczne, innowacyjne
i selektywne syntezy z zastosowaniem w różnych
dziedzinach przemysłu od chemii poprzez farmację
do biotechnologii, zmniejszenie ilościowej produkcji do skali laboratoryjnej czy półtechnicznej, jest
również postępem naukowo-technicznym i może być
przedmiotem wynalazku.
Ustawa Prawo własności przemysłowej1 nie zdefiniowała pojęcia wynalazku, a jedynie wyznaczyła
zakres przesłanek, które powinien spełniać wynalazek aby uzyskać patent. I tak, patenty są udzielane,
bez względu na dziedzinę techniki, na wynalazki,
które są nowe, posiadają poziom wynalazczy i nadają
się do przemysłowego stosowania2.
Zatem patent to dokument urzędowy, który stwierdza własność wynalazku i daje jego posiadaczowi
wyłączność korzystania z niego na terytorium danego kraju, w którym ubiegał się o ochronę. Monopol
z wynalazku jaki uzyskuje uprawniony ma charakter
terytorialny.
Przykłady kategorii wynalazków chemicznych (sensu
largo), które mogą być chronione z tytułu uzyskania
patentu to:
- substancja chemiczna (produkt) – powinien być
12
zdefiniowany poprzez wskazanie struktury;
- sposób wytwarzania substancji chemicznej (proces/synteza) – powinien być zdefiniowany poprzez
wykonywanie kolejnych czynności w określonych
warunkach;
- kompozycja farmaceutyczna (np. skład tabletki) –
powinna być zdefiniowana poprzez podanie pełnego
składu jakościowego i ilościowego wszystkich
składników;
- sposób wytwarzania kompozycji farmaceutycznej (proces/technologia) – powinien być zdefiniowany poprzez wykonywanie kolejnych czynności
w określonych warunkach;
- forma farmaceutyczna (np. nowa forma tabletki
czy kapsułki itp.) - powinna być zdefiniowana poprzez postać;
- zastosowanie medyczne (pierwsze i kolejne zastosowania medyczne, czyli użycie w leczeniu danego
schorzenia, obejmujące dawkowanie i schemat podawania leku).
Zgłoszenie wynalazku odbywa się na wniosek złożony
do Urzędu Patentowego. Poza wnioskiem załącza się
opis wynalazku ujawniający jego istotę, zastrzeżenia
patentowe oraz skrót opisu. Gdy do lepszego zrozumienia istoty wynalazku potrzebne są rysunki to
powinny być dołączone do wniosku.
Aby dany wynalazek uzyskał patent musi on spełniać
przesłanki ściśle zdefiniowane w ustawie Prawo
własności przemysłowej. Do przesłanek tych należy
nowość wynalazku w skali światowej, poziom
wynalazczy oraz wynalazek musi nadawać się do
przemysłowego stosowania.
Charakteryzując poszczególne przesłanki trzeba
zacząć od najważniejszej, czyli nowości. Wynalazek
Dz.U. z 2003 r., nr 119, poz.1117 z późn.zm.
1
Art.24 p.w.p.
2
Laborant Nr 3/2011
Chemia
uważa się za nowy, jeśli nie jest on częścią stanu
techniki. Przez stan techniki rozumie się wszystko
to, co przed datą, według której oznacza się pierwszeństwo do uzyskania patentu, zostało udostępnione do wiadomości powszechnej w formie pisemnego
lub ustnego opisu, przez stosowanie, wystawienie
lub ujawnienie w inny sposób. Za stanowiące część
stanu techniki uważa się również informacje zawarte
w zgłoszeniach wynalazków lub wzorów użytkowych,
korzystających z wcześniejszego pierwszeństwa,
nieudostępnione do wiadomości powszechnej,
pod warunkiem ich ogłoszenia w sposób określony
w ustawie3.
Drugą przesłanką jest poziom wynalazczy, którego
synonimem jest nieoczywistość. Wynalazek posiada
poziom wynalazczy, jeżeli nie wynika dla znawcy,
w sposób oczywisty, ze stanu techniki. Wynalazek nie
może wynikać z rutynowej pracy wynalazcy i musi
być osiągnięty za pomocą konkretnych środków
technicznych4.
Trzecią przesłanką jest możliwość przemysłowego
zastosowania wynalazku, czyli uzyskany wytwór lub
wykorzystany sposób według wynalazku musi być
w rozumieniu technicznym odtwarzalny za każdym
razem. Ujawnienie istoty wynalazku w opisie poprzez cechy techniczne musi być wystarczające,
tak aby osoba trzecia, która jest specjalistą w danej
dziedzinie, mogła na podstawie ujawnionych informacji odtworzyć wynalazek bez wkładania w to dodatkowego wysiłku intelektualnego5. Istotne jest,
że zastosowanie to powinno być możliwe w jakiejkolwiek działalności przemysłowej, nie wykluczając
rolnictwa.
Bardzo ważne jest aby wynalazek spełniał wszystkie przesłanki łącznie. Niespełnienie jakiejkolwiek
przesłanki wyklucza możliwość udzielenia patentu.
Opisy patentowe nie zawsze posiadały zastrzeżenia
patentowe. Pierwsze zastrzeżenia wymagane aktem
prawnym pojawiły się w Stanach Zjednoczonych
w 1836 roku. Ciekawostką jest, że niektóre państwa
europejskie w swoich opisach patentowych nie miały
zastrzeżeń do 1970 roku.
Zastrzeżenia patentowe określają zakres przedmiotowy patentu, poprzez wskazanie jego cech
charakterystycznych. Wykładnią zastrzeżeń patentowych może być opis wynalazku i rysunki.
www.czasopismolaborant.pl
W Polsce ustawodawca dopuszcza możliwość
wykładni poprzez opis i rysunki, ale nie wprowadza
takiego obowiązku, w przeciwieństwie do Konwencji
o patencie europejskim, gdzie opis i rysunki służą do
interpretacji zastrzeżeń6.
Charakterystyczne jest to, iż każdy opis patentowy
zawiera dwie kategorie zastrzeżeń. Są to zastrzeżenia
niezależne, które są obligatoryjne dla każdego opisu
wynalazku. Zastrzeżenia te definiują wynalazek poprzez podanie zestawu jego cech.
Drugą kategorią są zastrzeżenia zależne, które
uściślają zakres z zastrzeżenia niezależnego albo
zależnego. Poprzez odwołanie się do innego
zastrzeżenie precyzują wskazane tam cechy.
Przykład zastrzeżenia niezależnego7:
Sposób recyklingu wyrobu opartego na co najmniej jednym polimerze chlorku winylu lub chlorku
winylidenu, znamienny tym, że:
a) wyrób tnie się na fragmenty o średnich rozmiarach 1 cm do 50 cm w przypadku, gdy przekra-cza
on te rozmiary
b) fragmenty wyrobu kontaktuje się z azeotropową
lub pseudoazeotropową mieszaniną wody
i rozpuszczalnika wybranego spośród (…)
c) polimer rozpuszczony w rozpuszczalniku wytrąca
się (…)
d) zbiera się cząstki polimeru
Przykład zastrzeżeń zależnych8:
Sposób według zastrz.1, znamienny tym, że etap
rozpuszczania (b) prowadzi się w pojemniku,
w którym jest umieszczony perforowany bęben obrotowy.
Sposób według zaostrz.1, znamienny tym, że
Art.25 p.w.p.
Art. 26 p.w.p
5
Zob. A.Tadeusiak, Patentowanie wynalazków biotechnologicznych,
Warszawa 2003, s. 77
6
Zob. K. Szczepanowska-Kozłowska, Przedmiotowy zakres ochrony
patentowej na gruncie ustawy Prawo własności przemysłowe; Księga
pamiątkowa z okazji 85-lecia ochrony własności przemysłowej w
Polsce, s. 153
7
Zastrzeżenie nr 1 z opisu patentu PL 200695 B1, op.cit
8
Zastrzeżenie nr 2, 5 z opisu patentu PL 200695 B1, op.cit
3
4
13
Chemia
strącanie (c ) polimeru prowadzi się przez łączne
wtryskiwanie pary wodnej i ciekłej wody.
(…)
Każde zastrzeżenie patentowe, bez względu na
kategorię, powinno być ujęte jasno, w jednym zdaniu
lub równoważniku zdania. Powinno być w całości
poparte opisem wynalazku i określać w sposób
zwięzły i jednoznaczny, zakres żądanej ochrony
patentowej. Zastrzeżenia powinny zawierać cechy
techniczne wskazanego rozwiązania.
i stąd pochodzi ich nazwa.
Zastrzeżenia te chronią strukturę chemiczną
związku z wielokrotnością funkcyjnych ekwiwalentów wskazanych w jednym lub większej
części związku.
Konstrukcja tych zastrzeżeń oparta jest na schemacie:
„ ….. wybrane z grupy związków składających się z
A, B i C”
R1
Szczególną i zarazem nową formą zastrzeżeń dla
polskiego prawa patentowego są zastrzeżenia typu
szwajcarskiego (tzw. swiss claim), które stosuje się
w wynalazkach z dziedziny farmacji i medycyny.
Y
X
Z
2
Zastrzeżenia te obejmują swoim zakresem drugie
n
lub kolejne zastosowanie medyczne albo wskazanie
3
znanej substancji chemicznej lub kompozycji farmaceutycznej.
10
Nazwa „zastrzeżenia typu szwajcarskiego” została Rys 4. przykładowa struktura chemiczna Markusza .
przyjęta po tym jak z sukcesem po raz pierwszy
użyto tego typu zapisu zastrzeżeń w Szwajcarii.
Przykład zastrzeżenia typu Markusza:
Konstrukcja tych zastrzeżeń jest oparta o schemat
Związek o ogólnym wzorze (A) i jego farmaceutyi brzmi następująco:
„……użycie substancji X do wytworzenia leku do cznie dopuszczalne sole
leczenia schorzenia Y”.
R
R
Przykład zastrzeżenia typu szwajcarskiego:
Zastosowanie kwasu alendronowego lub jego farmaceutycznie dopuszczalnej soli lub ich mieszaniny do wytwarzania leku do hamowania resorpcji
kości w celu zapobiegania lub leczenia osteoporozy
u człowieka tego potrzebującego, przy czym lek
jest przystosowany do podawania doustnego zgodnie z ciągłym schematem dawkowania o odstępach
między dawkami wynoszących tydzień i jest
w postaci tabletki zawierającej około 70 mg kwasu
alendronowego lub jego farmaceutycznie dopuszczalnej soli w przeliczeniu na masę aktywnego
kwasu alendronowego9.
Drugą formą zastrzeżeń używanych w opisach
chemicznych są zastrzeżenia Markush’a. Po raz
pierwszy zostały one „użyte”, również z sukcesem,
w Stanach Zjednoczonych przez Eugene Markusha
14
R4
R3
R2
R1
O
N
X
w którym:
X oznacza –CONR5R6, -COOR7, -CO-R8 lub CN
R1 oznacza atom wodoru, alkil, aryl, heterocykloalkil, heteroaryl, atom chlorowca, hydroksyl,
grupę aminową, grupę nitrową lub grupę cyjanową;
9
zastrzeżenie nr 1 z patentu PL 195272, op.cit
zob. http://en.wikipedia.org/wiki/Claim_(patent)
10
Laborant Nr 3/2011
Chemia
R2, R3, R4 są takie same lub różne i niezależnie
oznaczają atom wodoru, atom chlorowca, hydroksyl, grupę aminową, grupę nitrową, grupę
cyjanową, acyl, acyloksyl, sulfony, sulfinyl, grupę
alkiloaminową (…);
R5, R6, R7 są takie same lub różne i niezależnie
oznaczają atom wodoru, hydroksyl, alkil, aryl, heterocykloalkil, heteroaryl, alkoksyl lub aryloksyl;
R8 oznacza atom wodoru, hydroksyl, ugrupowanie
tiolu, atom chlorowca, alkil, aryl, heterocykloalkil,
heteroaryl, grupę alkilotio lub arylotio11.
Przez uzyskanie patentu nabywa się prawo
wyłącznego korzystania z wynalazku w sposób
zarobkowy lub zawodowy na całym obszarze Polski
albo kraju, w którym patent został udzielony. Czas
trwania patentu wynosi 20 lat od daty dokonania
zgłoszenia wynalazku w Urzędzie Patentowym.
Uprawniony z patentu może zakazać osobie trzeciej,
niemającej jego zgody, korzystania z wynalazku
w sposób zarobkowy lub zawodowy. Dotyczy
to jakiejkolwiek komercji przejawiającej się,
w szczególności, w wytarzaniu, używaniu, oferowaniu, wprowadzaniu do obrotu lub importowaniu
produktu będącego przedmiotem wynalazku albo
produktu bezpośrednio otrzymanego sposobem
będącym przedmiotem wynalazku.
Podsumowanie:
Opracowanie nowoczesnych technologii chemicznych w warunkach zrównoważonego rozwoju
może być przedmiotem zastrzeżonego wynalazku.
Dlatego niemniej istotne jest również posiadanie
podstawowej wiedzy w zakresie prawa własności
intelektualnej.
Zastrzeżenie nr 1 z opisu wynalazku P. 359388, op.cit
11
Reklama
www.czasopismolaborant.pl
15
Sprawozdanie
Ogólnopolskie Sympozjum „Nauka i przemysł –
metody spektroskopowe w praktyce, nowe wyzwania i możliwości”
Dorota Kołodyńska
Komitet Organizacyjny
W dniach 8-10 czerwca br. na
Wydziale Chemii Uniwersytetu
Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie odbyło się Sympozjum
„Nauka i Przemysł – metody
spektroskopowe w praktyce,
nowe wyzwania i możliwości”.
W wydarzeniu tym uczestniczyło
ok. 140 osób z wyższych uczelni
i instytutów naukowych oraz laboratoriów przemysłowych z całej Polski. Ideą przewodnią konferencji, podczas której zaprezentowano ponad 55 wystąpień
ustnych, było wykorzystanie
różnorodnych technik spektroskopowych m.in. w takich
dziedzinach jak chemia, biologia,
biotechnnologia,
biochemia,
ochrona środowiska, medycyna
i farmacja.
Wśród zaproszonych przez
Przewodniczącego Komitetu Organizacyjnego Sympozjum Prof.
Zbigniewa Hubickiego gości
znalazło się wielu znamienitych
naukowców i specjalistów z w/w
dziedzin, a wśród nich m.in. prof.
Rajmund Dybczyński (IChITJ),
prof. Jacek Namieśnik (PG),
prof. Piotr Konieczka (PG), prof.
Katarzyna Pyrzyńska (UW),
prof. Michalski (IPIS PAN), prof.
Pawłeł Kościelniak z UJ i prof.
Elżbieta Filipek (ZUT). Tematyka prezentowanych wkładów
dotyczyła neutronowej analizy
aktywacyjnej i jej zastosowań,
układów przepływowych do
16
Dyskusja w trakcie obrad (fot. E. Zięba)
zatężania jonów metali, zastosowania metod spektroskopowych w chromatografii jonowej,
układów tlenkowych stanowiących podstawę nowych materiałów, zielonej chemii, pomiarów kinetyki adsorpcji z roztworów wodnych, czy zastosowania spektroskopii w podczerwieni w badaniach molibdenianów i molibdeniano-wolframianów.
W drugim dniu Sympozjum
jednym z ciekawych wykładów
było wystąpienie prof. Mariusza Gagosia z UP w Lublinie
dotyczące zastosowania metod
spektroskopowych w badaniach
organizacji molekularnej ksantohumolu w środowisku wodnym
i rozpuszczalnikach organicznych. W ostatnich latach coraz
większą popularność zyskują
specyficzne składniki chmielu, które stanowią potencjalne
źródło naturalnych substancji
aktywnych biologicznie mogących
znaleźć
zastosowanie
w przemyśle oraz medycynie.
Surowce chmielowe są bogatym źródłem flawonoidów,
olejków eterycznych, żywic,
terpenów oraz garbników. Na
szczególną uwagę, ze względu
na interesujące właściwości
z punktu widzenia współczesnej
medycyny i przemysłu browarniczego, zasługuje prenyloflawonoid – ksantohumol, stanowiący
80-90 % całkowitej masy
Laborant Nr 3/2011
Sprawozdanie
polifenoli zawartych w chmielu. Jego zawartość
waha się w zależności od odmiany chmielu od
0,2 do około 1,2%. Badania prowadzone w ostatnich latach wskazują, że może on znaleźć zastosowanie w profilaktyce chorób układu krążenia oraz
nowotworów. Mechanizm działania ksantohumolu opiera się na właściwościach antyoksydacyjnych poprzez hamowanie generacji wolnych
rodników. Ksantohumol w stężeniach µM wykazuje działanie antykarcynogenne w wyniku zaburzania aktywności nowotworowej na poziomie
mechanizmów komórkowych. Wykazuje również
działanie antywirusowe i przeciwbakteryjne.
Istnieje także możliwość zastosowania go jako
nowego naturalnego chemofarmaceutyku w infekcjach związanych z wirusem HIV-1.
Mgr Marta Hryniewicka z Uniwersytetu
w Białymstoku omówiła natomiast wykorzystanie nowych technik ekstrakcyjnych do wydzielania wybranych statyn z roztworów wodnych,
a w szczególności lowastatyny, fluwastatyny i atorwastatyny należących do grupy najczęściej stosowanych na całym świecie farmaceutyków
regulujących poziom lipidów. Są one zaliczane do
grupy statyn, będących reduktorami 3-hydroksy3-metyloglutarylokoenzymu A. Hamują powstawanie cholesterolu na etapie syntezy mewalonianu
i są stosowane w leczeniu hipercholesterolemii
przyczyniającej się do powstawania chorób układu
krążenia. Atorwastatyna jest ponadto jednym
z najczęściej kupowanych leków w USA i Europie.
Jak podkreśliła Prelegentka, powszechność stosowania tego typu związków wpływa na zwiększenie
poziomu ich stężeń w środowisku wodnym, co
uzasadnia potrzebę opracowania nowych technik
oznaczania pozostałości leków w wodach powierzchniowych. Najczęściej stosowane do tego celu
są metody chromatograficzne, a techniką służącą
wydzieleniu z próbki rzeczywistej jest ekstrakcja do
fazy stałej. Wzorem lat ubiegłych obradom Sympozjum towarzyszyła sesja posterowa. Tutaj także
nie zabrakło tematów związanych z biotechnologią.
W gronie wyróżnionych za najlepsze prace posterowe znaleźli się: dr Elżbieta Regulska z Uniwersytetu w Białymstoku - I miejsce; mgr Emilia Grek
z Politechniki Wrocławskiej - II miejsce; dr Agata
Malik z Politechniki Wrocławskiej - III miejsce.
Nagrodzono także dr Annę Przybył z Uniwersytetu
im. A. Mickiewicza, dr Dariusza Sternika z UMCS,
www.czasopismolaborant.pl
mgr Edytę Grzelak z UMCS oraz mgr Joannę
Wiśniewską z UMK. Wszyscy nagrodzeni, a także
prelegenci otrzymali okolicznościowe upominki, które ufundowały firmy INS, POCH, PWN,
DSM, Reinshaw, Linegal Chemicals, Vetagro, JarMag, Lanxess, Dow i Standard. Sesji posterowej
towarzyszyła prezentacja oferty handlowej firm
Candela, Perlan Technology, Shim-Pol, SpectroLab, hplc.com.pl oraz IPS. W tym dniu interesujący
wykład o identyfikacji bursztynów przedstawił dr
Ewaryst Mendyk z Laboratorium Analitycznego
UMCS, zaś mgr inż. Adam Jastrząb z firmy Candela i mgr Monika Stochaj-Yamani z Perlan Technologies omówili najnowsze osiągnięcia w zakresie spektrometrii. Wieczorem odbyła się uroczysta
kolacja w zajeździe „Jedlina” w Motyczu pod Lublinem.
W ostatnim dniu Sympozjum uczestnicy mogli
wysłuchać m.in. bardzo ciekawego wykładu prof.
Pawła Kościelniaka z UJ, lidera kierunku analityka sądowa pt. „Chemiczne badania identyfikacyjne i porównawcze śladów kryminalistycznych”.
Następnie
prof.
Irena
Malinowska (UMCS) przedstawiła wykład o zastosowaniu metody TLC w analizach biochemicznych. Pani Profesor podkreśliła, że
chromatografia stanowi doskonałe narzędzie do
monitorowania kinetyki reakcji biochemicznych,
określania składu mieszanin poreakcyjnych
Otwarcie Sympozjum (prof. dr hab. A. Dąbrowski, JM Rektor
UMCS) (fot. E. Zięba)
17
Sprawozdanie
z użyciem enzymów lub mikroorganizmów,
szybkości i selektywności przenikania substancji
aktywnych biologicznie przez membrany różnego
typu, badaniu składu jakościowego i ilościowego
różnych grup związków warunkujących prawidłowe funkcjonowanie organizmów żywych.
Tematyce biochemicznej poświęcone były także
wystąpienia: prof. Ireny Chomy z UMCS dotyczące
przeglądu testów aktywności biologicznej oraz
możliwości połączenia ich z metodami spektroskopowymi, jako wygodnego narzędzia do
uzyskiwania informacji o strukturze rozdzielonych analitów, jak i o ich aktywności biologicznej; prof. Andrzeja Gieraka z Uniwersytetu
Humanistyczno-Przyrodniczego w Kielcach o wykorzystaniu chromatografii cienkowarstwowej
w analizie substancji biologicznie aktywnych oraz
mgr Anety Sokół z Uniwersytetu w Białymstoku
o zastosowaniu metod chemometrycznych
w badaniu procesów fotodegradacji wybranych
leków w wodach rzecznych. Interesującym było
także wystąpienie mgr Agnieszki Chłopaś z UM
w Lublinie o intrygującym tytule „Amfetamina
w fenyloetyloaminie nielegalnego pochodzenia
– działanie celowe czy nieudana synteza?”. Inne
z pozostałych tematów znalazły swe omówienie
w przygotowanej pod red. prof. Zbigniewa Hubickiego obszernej monografii pt. „Nauka i Przemysł
– metody spektroskopowe w praktyce, nowe wyzwania i możliwości”, która została wydana z okazji
Sympozjum (ISBN 978-83-227-3227-4).
Tegoroczne, czwarte już Sympozjum w Lublinie
uczestnicy uznali za istotne w poszerzaniu wiedzy
związanej z metodami spektroskopowymi. Zdaniem organizatorów świadczyć o tym może także
liczba uczestników konferencji i waga poruszanych
w trakcie jej trwania tematów i problemów.
Dlatego wszyscy wyrazili też nadzieję na kolejne
spotkanie w czerwcu 2012 roku (informacje dostępne na stronie http://www.npms.umcs.lublin.pl).
Pamiątkowe zdjęcie (fot. E. Zięba)
18
Laborant Nr 3/2011
BLIRT S.A. (BioLab Innovative Research Technologies)
jest firmą badawczo-rozwojową, oferującą produkty
i usługi w obszarze life science: biotechnologii,
syntezie organicznej oraz powiązanej z nią analityce.
Własne laboratorium firmy, wyposażone w sprzęt
najwyższej jakości oraz zespół badawczy składający się
z wysokiej klasy specjalistów w swoich dziedzinach,
to podstawowe cechy, które zapewniają skuteczne
poszukiwanie nowych rozwiązań w zakresie inno
-wacyjnych technologii. Poza świadczeniem usług dla
przemysłu, istotnym obszarem działania firmy jest
realizacja własnych projektów badawczo-rozwojowych,
z nowym lekiem o zastosowaniu w terapii grzybic
układowych na czele.
Jednym z prężnie rozwijających się działów w BLIRT S.A.
jest Dział Syntez, który dzięki doświadczeniu i wiedzy
ekspertów, oferuje wachlarz usług skierowanych do
przemysłu
chemicznego,
w
szczególności
farmaceutycznego, z zakresu syntezy organicznej,
analityki oraz dziedzin interdyscyplinarnych. Oprócz
typowego zakresu oferty, obejmującej syntezę na
zlecenie (Custom Synthesis) oraz optymalizację
warunków reakcji i opracowywanie alternatywnych
szlaków syntetycznych, zespół wyspecjalizował się w
niezwykle istotnej dla przemysłu farmaceutycznego
dziedzinie - identyfikacji, syntezie oraz standaryzacji
zanieczyszczeń API oraz metabolitów leków. Dotyczy to
nowych lub niezwykle rzadkich związków chemicznych,
niezbędnych w przemyśle farmaceutycznym jako wzorce
analityczne, które są niedostępne na rynku komercyjnym
lub ich dostępność jest znacznie ograniczona.
Wśród interesujących, nowych obszarów działalności
firmy BLIRT S.A. znajduje się również dystrybucja
chemikaliów i biochemikaliów brytyjskiej firmy
MOLEKULA, która do tej pory jako marka była
praktycznie nieobecna na rynku polskim. Początkowo
odczynniki MOLEKULA wykorzystywane były jedynie
w ramach prac badawczo-rozwojowych realizowanych
w BLIRT S.A. Z czasem postanowiono jednak podzielić
się tą bogatą i korzystną cenowo ofertą również z innymi
laboratoriami naukowymi i przemysłowymi R&D. Katalog
odczynników MOLEKULA stanowi ciekawą alternatywę
w stosunku do innych dostawców - opiewa na ponad
50000 pozycji zebranych w postaci katalogu on-line
dostępnego na stronie internetowej www.molekula.com.
Jest to źródło odczynników warte przeanalizowania przez
każde laboratorium działające w obszarze life science.
Odczynniki chemiczne MOLEKULA są dostarczane
bezpośrednio od producenta, a BLIRT S.A. jako
dystrybutor kładzie duży nacisk na krótkie terminy
realizacji i sprawne dostarczanie zamawianych
produktów do klienta.
BLIRT S.A. jest jedną z najszybciej rozwijających się firm
innowacyjnych na polskim rynku a jej oferta stale się
poszerza o dodatkowe usługi i produkty.
Pod kątem chemicznym Dział Syntez specjalizuje się
w zakresie otrzymywania:
związków optycznie czynnych, w szczególności
nienaturalnych/niepeptydowych
aminokwasów
oraz poliamin;
związków
heterocyklicznych
oraz
makrocyklicznych;
peptydów (synteza ‘na nośniku stałym’ oraz
‘w roztworze’);
związków fosforoorganicznych;
Informacje na temat firmy dostępne są na stronie
internetowej www.blirt.eu, a wszelkie pytania można
kierować na adres:
BLIRT S.A.
ul. Trzy Lipy 3/1.38
80-172 Gdańsk
Tel. 58 739 61 50 / 661 601 809
Fax. 58 739 61 51
[email protected]
Chemia
D-Tagatoza
– prosty cukier o ogromnym potencjale aplikacyjnym
Marta Wanarska
Katedra Mikrobiologii, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska; Blirt S.A.
Właściwości i zastosowanie D-tagatozy
D-Tagatoza, podobnie jak D-glukoza czy D-fruktoza, jest cukrem prostym, jednak w odróżnieniu
od dwóch pozostałych występuje w przyrodzie
w niewielkich ilościach. Najbogatszym naturalnym
źródłem D-tagatozy jest polisacharyd wytwarzany przez tropikalne drzewo Sterculia setigera,
rosnące w niektórych krajach Afryki Północnej.
W niewielkich ilościach cukier ten znaleźć można
również w mleku sterylizowanym metodą UHT,
niektórych serach oraz jogurcie. Pod względem
chemicznym D-tagatoza jest ketoheksozą, epimerem D-fruktozy oraz izomerem D-galaktozy
(Rys. 1). Jest to związek dobrze rozpuszczalny
w wodzie, stabilny w pH 2-7 i wykazujący słodki
smak. Słodkość D-tagatozy wynosi 92% słodkości
sacharozy, jednak jej kaloryczność jest znacznie
niższa (37,5% wartości kalorycznej sacharozy).
Wysoka słodkość oraz niska wartość kaloryczna D-tagatozy sprawiają, iż stanowi ona atrakcyjny zamiennik nie tylko sacharozy, ale również
alkoholi cukrowych stosowanych w przemyśle
spożywczym jako niskokaloryczne środki słodzące.
Wartość kaloryczną i właściwości słodzące niektórych cukrów i alkoholi cukrowych przedstawiono w tabeli 1. Dodatkową zaletą D-tagatozy
Rys. 1. Wzory strukturalne D-fruktozy, D-galaktozy i D-tagatozy.
20
w porównaniu do alkoholi cukrowych jest fakt, iż
nie wywołuje ona biegunek, jak ma to miejsce przy
nadmiernym spożyciu polioli. Ponadto, cukier ten
działa synergistycznie z syntetycznymi słodzikami
takimi jak aspartam czy acesulfam K, wzmacniając
ich słodkość i jednocześnie obniżając powodowany przez nie gorzki posmak. D-tagatoza wzmacnia też smak miętowy, cytrynowy, śmietankowy
i toffi. Niska wartość kaloryczna D-tagatozy wynika z jej słabej absorpcji w jelicie cienkim człowieka. Większość spożytego cukru przechodzi
do jelita grubego, gdzie jest fermentowana przez
mikroflorę jelitową do krótkołańcuchowych
kwasów tłuszczowych, które są następnie
wchłaniane i metabolizowane. Spożywanie Dtagatozy intensyfikuje zatem rozwój prawidłowej
mikroflory jelitowej, a w konsekwencji ogranicza
rozwój bakterii chorobotwórczych, np. z rodzaju
Salmonella. Ponadto, D-tagatoza jest środkiem
słodzącym bezpiecznym dla diabetyków, ponieważ
jej spożycie nie powoduje gwałtownego wzrostu stężenia glukozy we krwi, jak ma to miejsce
w przypadku sacharozy. Dzięki swoim niezwykłym
właściwościom, a także statusowi substancji bezpiecznej (GRAS, ang. Generally Recognized As
Safe), D-tagatoza znaleźć może szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym, m. in. przy
produkcji niskokalorycznych słodyczy, napojów
(również gazowanych, gdyż jest stabilna w niskim
pH), dżemów czy płatków śniadaniowych. Można
ją również wykorzystać jako substytut sacharozy
w każdym gospodarstwie domowym, do słodzenia
kawy czy herbaty, a także pieczenia i gotowania,
gdyż jest odporna na wysoką temperaturę. Jako
środek słodzący D-tagatoza dopuszczona jest do
obrotu w USA, Australii, Nowej Zelandii, Brazylii,
Korei Południowej, Japonii oraz krajach Unii Europejskiej.
Potencjał aplikacyjny D-tagatozy jako środka
Laborant Nr 3/2011
Chemia
Typ związku
Nazwa
Sacharoza
D-fruktoza
D-tagatoza
D-glukoza
D-galaktoza
Laktoza
Wartość kaloryczna
[kcal/g]
4,0
4,0
1,5
4,0
4,0
4,0
Względna słodkość
[%]
100
114
92
69
63
39
Cukier
Alkohol cukrowy
Sorbitol
Ksylitol
Maltitol
Laktitol
Izomalt
Mannitol
Erytrytol
2,6
2,4
2,1
2,0
2,0
1,6
0,2
60
90
90
40
50
50
70
Tabela 1. Wartość kaloryczna i właściwości słodzące niektórych cukrów i alkoholi
cukrowych.
słodzącego nie ogranicza się tylko do produktów spożywczych.
Może być ona wykorzystana
również w przemyśle farmaceutycznym przy produkcji leków, a także w przemyśle kosmetycznym. Cukier ten nie jest
fermentowany przez bakterie
zasiedlające jamę ustną, dlatego
nie powoduje próchnicy, a ponadto redukuje płytkę nazębną,
może być zatem składnikiem
past do zębów oraz płynów do
płukania ust.
Największe nadzieje budzi jednak możliwość wykorzystania
D-tagatozy w leczeniu cukrzycy
typu 2 i otyłości. Obecnie trwa
trzecia faza badań klinicznych.
Cukrzyca typu 2 jest przewlekłą,
postępującą, metaboliczną chorobą o charakterze epidemicznym, powodującą bardzo duże
szkody ludzkie, społeczne i ekonomiczne. Według danych Światowej Organizacji Zdrowia 346
mln ludzi na świecie choruje
na cukrzycę, w tym 90% na
cukrzycę typu 2, która bardzo
często skojarzona jest z otyłością.
Epidemia cukrzycy dotyczy także
Polski. Szacuje się, że w Polsce na
cukrzycę choruje ok. 2 mln ludzi.
W przyszłości D-tagatoza
może znaleźć jeszcze szersze
www.czasopismolaborant.pl
zastosowanie, zwłaszcza w przemyśle farmaceutycznym. Badania na zwierzętach wykazały
bowiem, że spożywanie tego
cukru zwiększa płodność i wpływa pozytywnie na rozwój płodu.
D-Tagatoza może być też przydatna w leczeniu anemii i hemofilii, gdyż zwiększa ilość
erytrocytów i fibrynogenu we
krwi. Ponadto, posiada ona
właściwości
antyoksydacyjne
i ochronne dla komórek, dlatego
też może znaleźć zastosowanie
w transplantologii przy przechowywaniu organów.
Metody produkcji D-tagatozy
Na skalę przemysłową D-tagatoza może być produkowana
dwiema metodami, chemiczną
1
i enzymatyczną. Metoda chemiczna, opracowana i opatentowana przez amerykańską firmę
Biospherics, polega na izomeryzacji D-galaktozy do D-tagatozy
w warunkach silnie zasadowych, poprzez dodatek wodorotlenku wapnia i w obecności
katalizatora, np. chlorku wapnia.
Wytrącający się w reakcji kompleks
Ca(OH)2•tagatoza•H2O
jest następnie neutralizowany
kwasem, co powoduje uwolnienie tagatozy. Powstająca w tym
etapie nierozpuszczalna sól wapnia jest usuwana poprzez
filtrację, a pozostająca w roztworze D-tagatoza jest zagęszczana
i krystalizowana. Reakcja izomeryzacji jest silnie egzotermiczna i wymaga intensywnego chłodzenia, ponieważ w wysokiej temperaturze powstają
niepożądane produkty uboczne.
Metoda enzymatyczna polega natomiast na izomeryzacji D-galaktozy do D-tagatozy
z wykorzystaniem izomerazy arabinozowej, występującego u bakterii enzymu katalizującego
konwersję pięciowęglowego cukru L-arabinozy do L-rybulozy. Wykazano jednak, że enzym ten jest również zdolny do
przeprowadzenia reakcji izomeryzacji sześciowęglowego cukru
D-galaktozy do D-tagatozy. Dotychczas otrzymano i scharakteryzowano kilkanaście izomeraz
arabinozowych pochodzących
z bakterii mezofilnych, np. Escherichia coli czy Bacillus halodurans oraz termofilnych z rodzaju Geobacillus, Thermotoga, Thermus czy Thermoanaerobacter. Niedawno opisano
również izomerazę arabinozową
pochodzącą z zimnolubnych
bakterii Lactobacillus sakei
23K. Najwyższą efektywnością
konwersji
D-galaktozy
do
D-tagatozy charakteryzują się
enzymy pochodzące z termofili, wykazujące maksymalną
aktywność w podwyższonej
temperaturze i alkalicznym pH.
Reakcja izomeryzacji wymaga
zatem znacznych nakładów energetycznych na ogrzewanie
mieszaniny reakcyjnej. Ponadto, enzymy te do zachowania
wysokiej aktywności i stabilności
wymagają obecności jonów
21
Chemia
metali ciężkich, manganu lub/i kobaltu, które
muszą być później usuwane z finalnego produktu.
W każdej z opisanych metod przed właściwym
etapem izomeryzacji D-galaktozy konieczne jest jej
otrzymanie. Ponieważ D-galaktoza nie występuje
w przyrodzie w postaci wolnej, uzyskuje się ją na
drodze enzymatycznej hydrolizy dwucukru laktozy zawartej w serwatce, ubocznym produkcie
przemysłu mleczarskiego. W tym celu wykorzystywane są zazwyczaj komercyjnie dostępne preparaty
β-galaktozydazy. Kolejnym mankamentem opisywanych technologii jest konieczność rozdzielenia
powstających na drodze hydrolizy cukrów prostych D-glukozy i D-galaktozy, jeszcze przed reakcją
izomeryzacji. Monocukry rozdzielane mogą być
metodą chromatografii cieczowej lub poprzez
selektywną fermentację glukozy z wykorzystaniem drożdży Saccharomyces cerevisiae. Proces
fermentacji musi być jednak ściśle monitorowany
i zakończony w momencie wyczerpania glukozy
w płynie hodowlanym. Wszystko to sprawia, że
produkcja D-tagatozy jest mało wydajna, skomplikowana i kosztowna.
W Europie D-tagatoza produkowana była metodą
chemiczną przez firmę SweetGredients GmbH &
Co. KG, spółkę joint venture Arla Foods Ingredients
(Dania) i Nordzucker AG (Niemcy), jednak w 2006
r. ze względu na wysokie koszty produkcja została
wstrzymana. W bieżącym roku belgijska firma
Nutrilab zadeklarowała gotowość do rozpoczęcia
produkcji D-tagatozy na skalę przemysłową, 5 tys.
ton rocznie, metodą enzymatyczną.
W wyniku współpracy firmy Blirt z Katedrą
Mikrobiologii Politechniki Gdańskiej opracowana
została jednoetapowa biotechnologiczna metoda
produkcji D-tagatozy, oparta na aktywności enzymatycznej izomerazy arabinozowej pochodzącej
z wyizolowanych z gleby antarktycznej zimnolubnych bakterii Arthrobacter sp. 22c oraz aktywności metabolicznej rekombinantowego szczepu
drożdży Pichia pastoris produkującego zewnątrzkomórkowo β-galaktozydazę Arthrobacter chlorophenolicus. Skonstruowany metodami inżynierii genetycznej szczep drożdży
zdolny jest do wzrostu w pożywce zawierającej
laktozę jako jedyne źródło węgla, np. serwatce. Podczas hodowli laktoza hydrolizowana jest
przez wydzielaną do pożywki β-galaktozydazę.
Powstająca D-glukoza jest metabolizowana, zaś
D-galaktoza pozostaje w płynie hodowlanym.
Ponadto, izomeraza arabinozowa Arthrobacter sp. 22c wykazuje wysoką aktywność w warunkach wzrostu drożdży P. pastoris, tj. 30°C i pH 6,0
oraz nie wymaga obecności jonów manganu czy
kobaltu do zachowania aktywności i stabilności.
Hodowla zmodyfikowanych genetycznie drożdży
produkujących β-galaktozydazę w serwatce,
będącej dla nich pełnowartościową pożywką,
w obecności izomerazy arabinozowej prowadzi
zatem do hydrolizy laktozy, przy czym D-glukoza
jest wykorzystywana przez mikroorganizmy jako
źródło węgla i energii, zaś D-galaktoza jest izomeryzowana do D-tagatozy. Opisana metoda jest
obecnie w trakcie patentowania.
Reklama
22
Laborant Nr 3/2011
Biotechnologia
Perspektywy wykorzystania psychrozymów
w biotechnologii
Hubert Cieśliński
Katedra Mikrobiologii, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska
Enzymy produkowane przez
wybrane
gatunki
bakterii,
drożdży lub pleśni pełnią
kluczową rolę w produkcji dóbr
konsumpcyjnych w przemyśle
spożywczym, chemicznym, farmaceutycznym, tekstylnym, kosmetycznym oraz agrochemicznym. Według opublikowanej
w 2010 roku prognozy, światowy
rynek enzymów, głównie stosowanych jako przemysłowe
biokatalizatory, osiągnie w roku
2013 wartość 7 mld dolarów
amerykańskich. Ogromną większość stosowanych w tym celu
enzymów stanowią hydrolazy, enzymy przeprowadzające
reakcję rozcinania wiązań chemicznych z zaangażowaniem
cząsteczek wody. Do tej grupy
enzymów należą m.in. takie
hydrolazy jak: lipazy, proteazy, celulazy, ksylanazy, β-Dglukozydazy, β-D-galaktozydazy,
α-amylazy. Przykłady konkretnych zastosowań wybranych
hydrolaz w poszczególnych
gałęziach przemysłu zostały
przedstawione w tabeli 1.
O powszechnym wykorzystaniu enzymów jako przemysłowe
biokatalizatory decyduje m. in.:
(a) wysoka sprawność katalityczna pozwalającą na używanie
bardzo małych ilości enzymów
do przerobu znacznie większej
ilości substratu katalizowanej
reakcji chemicznej, (b) wysoka
www.czasopismolaborant.pl
specyficzność substratowa połączona ze zdolnością enzymów do syntezy związków chemicznych w postaci jednego
z możliwych enancjomerów
oraz (c) reakcje chemiczne katalizowane przez enzymy na ogół
przebiegają w warunkach fizykochemicznych tj. temperatury, pH,
ciśnienia, które można określić
jako „łagodne” w porównaniu
z warunkami prowadzenia wielu
reakcji chemicznych z wykorzystaniem katalizatorów nieenzymatycznych.
Na dzień dzisiejszy źródłem
większości komercyjnie dostępnych enzymów, wykorzystywanych w przemyśle, są organizmy mezofilne. Optymalna
temperatura wzrostu i rozwoju tych organizmów mieści się
w granicach od 30°C do
40°C. W praktyce oznacza
Enzym
Gałąź Przemysłu
Zastosowanie
Lipazy
Przemysł Chemiczny
Produkcja proszków do prania
Przemysł Spożywczy
Produkcja tzw. tłuszczów
strukturalnych
Produkcja substytutów naturalnych
tłuszczów
Produkcja serów typu Chedar
Przemysł
Produkcja Ibuprofenu
farmaceutyczny
Esterazy
Przemysł Chemiczny
Produkcja kwasu kawowego, kwasu
ferulowego, kwasu para-kumarowego
Proteazy
Przemysł Chemiczny
Produkcja proszków do prania
Przemysł Chemiczny
Produkcja hydrolizatów białkowych
/Spożywczy/Produkcja
Pasz
β-D-galaktozydazy
Przemysł Chemiczny
Produkcja peptydów
Przemysł Spożywczy
Produkcja Aspartamu (słodzik)
Przemysł Spożywczy
Hydroliza laktozy w mleku
Produkcja GOS, dodatki funkcjonalne
do żywności
β-D-glukozydazy
Przemysł Spożywczy
Poprawa smaku i właściwości
odżywczych np. soków
α-amylazy
Przemysł Spożywczy
Produkcja syropów skrobiowych
Ksylanazy
Przemysł Papierniczy
Produkcja Papieru
Tabela 1. Przykłady wybranych zastosowań enzymów w produkcji przemysłowej
23
Operational Simplicity is a trademark, Chromeleon and UltiMate
are registered trademarks of Dionex Corporation, PIN 988
UHPLC czy HPLC
Po co wybierać?
Nowe rewolucyjne technologie
zintegrowane w systemach UltiMate™
3000 RSLC firmy Dionex
stanowią kompleksowe rozwiązanie
dla wszystkich technik opartych
na chromatografii cieczowej.
Discover Dionex Innovations
www.polygen.com.pl
Kolumny flash do 330 g
Gradient: 2-składnikowy
Ciśnienie: do 10 barów
Przepływ: do 150 ml/min
Kolumny flash do 1,6 kg
Kolumny półpreparatywne LC
Kolumny preparatywne LC do 80 mm id
Gradient: 4-składnikowy
Ciśnienie: do 30 barów
Przepływ: do 200 ml/min
Kolumny flash do 1,6 kg
Kolumny półpreparatywne LC
Kolumny preparatywne LC do 80 mm id
Gradient: 4-składnikowy
Ciśnienie: do 50 barów
Przepływ: do 250 ml/min
Kolumny flash powyżej 1 kg
Gradient: 2-składnikowy
Ciśnienie: do 10 barów
Przepływ: do 800 ml/min
Nowa seria systemów PuriFlash
do chromatografii typu flash
Biotechnologia
to, że enzymy wyizolowane z organizmów mezofilnych wykazują maksymalną aktywność
enzymatyczną w temperaturach mieszczących się
w zakresie pomiędzy 45-55oC, natomiast w temperaturach poniżej 30oC ich sprawność katalityczna jest znacząco ograniczona. Efektem tej
zależności jest zastosowanie enzymów mezofili w biotechnologiach gdzie temperatura procesów jednostkowych wykorzystujących enzymy
wynosi od 30oC do 60oC. Oczywiście, enzymy
te też mogą być stosowane do katalizowania reakcji chemicznych w niższych temperaturach, jednak wiąże się to z wydłużeniem procesu produkcyjnego, wzrostem kosztów procesu produkcji, a w przypadku biotechnologii przemysłu
spożywczego zwiększeniem ryzyka zanieczyszczenia niepożądaną mikroflorą potencjalnie chorobotwórczą. Stąd w ostatniej dekadzie, nastąpił
wzrost liczby projektów badawczych oceniających
możliwość wykorzystania w przemyśle psychrozymów. Psychrozymy to enzymy wykazujące
wysoką sprawność katalityczną w zakresie temperatur powyżej 10-15oC, a maksymalną aktywność
enzymatyczną w zakresie temperatur pomiędzy
30oC a 40oC. Enzymy te są produkowane przez
organizmy należące do grupy psychrofili i psychrotrofów, powszechnie występujących w glebach
i wodzie regionów polarnych i wysokogórskich
Ziemi oraz wodach mórz i oceanów. W zastosowaniu w przemyśle adaptowanych do zimna hydrolaz upatruje się następujących korzyści:
wysoka aktywność enzymatyczna w stosunkowo niskich temperaturach (15-20oC)
pozwala ograniczyć koszty procesu dzięki
unikaniu potrzeby grzania bioreaktorów
(energooszczędność),
w niższej temperaturze spada szybkość
reakcji
chemicznych
przebiegających
bez udziału enzymu, prowadzących do
niepożądanychproduktów ubocznych (lepsze wykorzystanie substratu),
niska temperatura pozwala na ograniczenie
strat powstałych na skutek degradacji termolabilnych substratów i/lub produktów
reakcji,
psychrozymy na ogół ulegają szybkiej denaturacji termicznej po podniesieniu temperatury o 10oC powyżej temperatury
zapewniającej maksymalną aktywność
www.czasopismolaborant.pl
enzymatyczną psychrozymu – pozwala to na
kontrolowanie czasu trwania reakcji enzymatycznej,
w przemyśle spożywczym dzięki stosowaniu
psychrozymów obniżamy ryzyko rozwoju
mezofilnej flory bakteryjnej (patogennej lub
mogącej zepsuć właściwości organoleptyczne produktu), której źródłem np. mogą być
pracownicy zatrudnieni przy produkcji.
Na dzień dzisiejszy, adaptowane do zimna lipazy
i proteazy są powszechnie stosowane jako dodatek
enzymatyczny w proszkach do prania i w środkach
do czyszczenia powierzchni. Proszki do prania
z zastosowaniem psychrozymów pozwalają na efektywne usuwanie zanieczyszczeń w niskiej temperaturze, co ogranicza zużycie energii (grzanie wody)
oraz ogranicza tempo zużycia włókien materiałów
stosowanych do produkcji odzieży. Prowadzi się
także badania nad możliwością zastosowania innych psychrozymów w przemyśle. Szczególnie
dużo projektów badawczych skupia się nad zastosowaniem adaptowanych do zimna β-D-galaktozydaz
do usuwania laktozy z mleka. Obecna w mleku
i niektórych produktach jego przetwarzania laktoza jest częstą przyczyną „alergii” pokarmowej
u spożywających ją osób dorosłych, wywołanych
utratą przez komórki jelita cienkiego zdolności
do produkcji endogennej β-D-galaktozydazy.
Obecnie do usuwania laktozy z mleka na etapie
jego przechowywania i transportu w chłodniach
stosuje się mezofilną β-D-galaktozydazę drożdży
Kluyveromyces lactis. Zastosowaniem w tym
samym celu enzymu adaptowanego do zimna pozwoli na ograniczenie czasu trwania procesu hydrolizy w warunkach chłodniczych oraz zmniejszy ryzyko kontaminacji niepożądaną mezofilną
florą bakteryjną. Intensywne badania mające na
celu znalezienie odpowiedniego do tego celu psychrozymu były jak dotąd prowadzone m.in. w USA,
Japonii, Belgii, Chinach, a także w Polsce w Instytucie Biochemii Technicznej Politechniki Łódzkiej
i w Katedrze Mikrobiologii Politechniki Gdańskiej
gdzie do dnia dzisiejszego wyizolowano i scharakteryzowano przydatność adaptowanych do zimna β-D-galaktozydaz wyizolowanych z bakterii
z rodzaju Pseudoalteromonas sp. oraz Arthrobacter
sp. Wyniki uzyskane przez różne ośrodki naukowe
wskazują na znaczne różnice we właściwościach
enzymatycznych β-D-galaktozydaz izolowanych
25
Biotechnologia
z różnych gatunków psychrofili i psychrotrofów.
Niestety, żaden z tych psychrozymów nie spełnia
wszystkich wymogów stawianych przed idealnym
biokatalizatorem przydatnym do zastosowania
w przemysłowym procesie usuwania laktozy z mleka. Najczęściej występujące problemy to inhibicja
enzymu jonami Ca2+ lub produktami hydrolizy
laktozy (D-glukoza i D-galaktoza), albo zbyt niska
wydajność produkcji enzymu w komórkach natywnego gospodarza, co czyni produkcję psychrozymu nieopłacalną na dużą skalę wymaganą dla
zaspokojenia potrzeb przemysłu. Rozwiązania napotkanych problemów upatruje się w zastosowaniu
metody „ewolucji in vitro” oraz doborze właściwego
organizmu gospodarza pozwalającego na wydajną
produkcję rekombinantowej wersji psychrozymu. Obiecującym gospodarzem dla wydajnej
produkcji rekombinowanych β-D-galaktozydaz są
drożdże gatunku Pichia pastoris, co potwierdzają
wyniki uzyskane dla rekombinowanej adapto-
wanej do zimna β-D-galaktozydazy Artrobacter sp.
32 c. Wspomniana powyżej, metoda „ewolucji in
vitro” pozwala na modyfikacje sekwencji genów
znanych psychrozymów. Następnie na drodze racjonalnej selekcji możliwe jest wybranie biokatalizatora spełniającego wymagania stawiane przez
biotechnologię hydrolizy laktozy w mleku. Warto
zaznaczyć, że dzięki zastosowaniu tej metody uzyskano adaptowane do zimna hydrolazy odporne
na denaturujące działanie detergentów obecnych
w proszkach. Uważa się, że to rozwiązanie
w niedalekiej przyszłości zaowocuje stworzeniem konkurencyjnego do obecnie stosowanego
w przemyśle mezofilnego enzymu, β-D-galaktozydazy Kluyveromyces lactis. Podsumowując,
psychrozymy stanowią grupę enzymów będących
nowym i ważnym źródłem unikalnych biokatalizatorów. Dlatego też, poszerzanie wiedzy na temat
tej grupy biokatalizatorów jest istotne dla dalszego
rozwoju współczesnej biotechnologii.
Reklama
26
Laborant Nr 3/2011
Chemia
Modelowanie w chemii
Dawid Jagieła, Sylwia Łuczak
Zakład Modelowanie Molekularnego, Wydział Chemii, Uniwersytet Gdański
Chemia od początków swego istnienia operuje
modelami, którymi tłumaczymy zachodzące procesy chemiczne. Chcąc zobrazować przebieg reakcji
chemicznej, czyli zrywanie lub tworzenie się wiązań
chemik mówi o modelu atomowym zbudowanym
z dodatnio naładowanego jądra atomowego, oraz
krążących wokół niego ujemnie naładowanych elektronów. Organizacja tych elementów na poziomie
kwantowym w układy o niższej energii jest właśnie
siłą napędową reakcji chemicznej. Jednak nie
zawsze chemicy traktują cząsteczki na takim poziomie złożoności. Najczęściej wystarczy posłużyć
się modelem cząsteczki, w której atomy traktowane
są, jako sztywne kule, a wiązania chemiczne, jako
mniej lub bardziej rozciągliwe sprężyny łączące je.
Za pomocą takiego podejścia można tłumaczyć
wiele zjawisk np. zmiany konformacji cząsteczek
oraz dlaczego pewne konformacje bywają bardziej
uprzywilejowane od innych. Badając złożone
układy tj. kwasy nukleinowe, czy też proteiny stosuje się jeszcze inne modele, w których najmniejszą
częścią układu jest pojedynczy nukleotyd lub aminokwas. Jak widzimy w zależności od poziomu, na
którym rozpatrujemy problem badawczy można
zastosować inny model, który przy obecnym stopniu rozwoju technik komputerowych przekłada się
to na zastosowanie odpowiedniego oprogramowania. Na szczęście w obecnych czasach dostęp do
mocy obliczeniowej nie stanowi większego problemu, tak, więc możliwości, jakie daje to podejście są olbrzymie.
Projektowanie związków aktywnych biologicznie
Niewątpliwie jednym z motorów napędowych
współczesnej chemii jest przemysł farmaceutyczny. Mimo sporych nakładów finansowych, jakimi dysponują koncerny farmaceutyczne nadal
głównym kryterium decydującym o sukcesie jest
czas, gdyż wprowadzenie na rynek nowego leku
www.czasopismolaborant.pl
Rysunek 1: Farmakofor zbudowany na podstawie czterech ligandów
zawierających pierścień aromatyczny(miejsce oddziaływań hydrofobowych), grupę aminową (donor protonu) oraz karbonyl (akceptor
protonu).
27
Chemia
trwa średnio 30 lat. Stosując komputerowe wspomaganie projektowania leków (computer aided
drug design) można obniżyć koszty oraz znacząco
przyspieszyć proces projektowania farmaceutyku.
Istnieją dwie podstawowe gałęzie projektowania
leków w zależności od tego, jakie informacje posiadamy. Pierwsza to projektowanie oparte o strukturę
znanych ligandów (ligand based design), którą stosuje się, wtedy kiedy nie posiadamy informacji na
temat miejsca wiążącego receptora, a jedynie znamy budowę innych ligandów z nim oddziałujących.
Druga metoda to projektowanie oparte o strukturę
receptora (receptor based design), którą stosuje
się, wtedy kiedy posiadamy dane na temat budowy
receptora, oddziaływań występujących w miejscu
wiążącym oraz zmianach konformacyjnych, jakim
on ulega (często zmiana konformacji receptora
np. poprzez fosforylację prowadzi dopiero do jego
aktywacji). Projektowanie oparte o strukturę
znanych ligandów sprowadza się do zbudowania farmakoforu, czyli modelu zawierającego
przestrzenne relacje pomiędzy grupami wspólnymi dla znanych ligandów (Rys. 1). Posiadając bazę
danych ligandów możliwe staje się wyszukanie
potencjalnych kandydatów na lek dzięki porównaniu związków z bazy pod kątem zgodności z farmakoforem. Sam farmakofor można również wykorzystać do wygenerowania ligandów de novo
w oparciu o bazę fragmentów molekularnych.
Niezależnie od postępowania otrzymuje się potencjalnych kandydatów na związki wiodące
(lead compounds), które następnie przechodzą
etap wnikliwej analizy oraz szereg modyfikacji tj. zmiana podstawników mających na
celu optymalizację działania farmaceutyku.
Rysunek 2: Przykładowe miejsce wiążące ligand(morfinę). Kolorem
oznaczono odpowiednio reszt hydrofobowych (szare), aromatycznych
(pomarańczowe), polarnych(zielone) oraz ujemnie naładowanych
(czerwony)
28
Kieszeń wiążąca, a projektowanie związków
Dobrym podejściem na poziomie modyfikowania związku wiodącego jest uzupełnienie
wiedzy o dodatkowe informacje na temat budowy
miejsca wiążącego (Rys. 2). Kiedy struktura receptora nie jest znana można posiłkować się modelowaniem homologicznym. To postępowanie
bazuje na podobieństwie w budowie białek u organizmów, które są ze sobą spokrewnione. Informacja na temat miejsca wiążącego w receptorze
jest istotnym czynnikiem wpływającym na proces
modyfikowania związku wiodącego. Znajomość
występujących oddziaływań oraz rozmiarów
kieszeni wiążącej pozwala na racjonalne modyfikowanie związków (nie ma przecież sensu wprowadzanie grup posiadających zawadę steryczną,
dzięki której związek nigdy nie zwiążę się z receptorem docelowym!). W celu oceny położenia oraz
siły oddziaływań liganda z receptorem stosuje się
metodę dokowania (komputerowe umieszczenie
liganda w miejscu wiążącym). Z reguły dokowaniu
poddaje się od kilku do nawet kilkunastu tysięcy
ligandów dla każdego wykonując je wielokrotne.
Każdy z powstałych kompleksów ocenia się pod
kątem założonych wcześniej czynników (energia oddziaływań, czy brak zawad sterycznych).
Dzięki wspomnianym powyżej metodom komputerowym znacząco zawęża się grupę potencjalnych leków, które po zsyntezowaniu z dużym
prawdopodobieństwem będą posiadały oczekiwane właściwości farmakologiczne.
Podejrzeć cząsteczkę
Jeżeli chcielibyśmy uchwycić jakiś piękny widok,
bądź podniosłe wydarzenie sięgniemy po aparat
fotograficzny lub kamerę video. Czy w przypadku
biomolekuły jest to możliwe? Mimo iż bez problemu dostaniemy wysokiej klasy aparat nawet
on nie będzie w stanie sfotografować momentu,
w którym cząsteczka morfiny przyłącza się do receptora. Z pomocą przychodzą tu wyrafinowane
metody pomiarowe tj. rentgenografia strukturalna,
która jest odpowiednikiem aparatu fotograficznego w świecie cząsteczek. Niestety nawet i najlepszy
dyfraktometr jest w stanie tylko uchwycić chwilę
z życia molekuły, ale nie pokaże jej dynamicznego
charakteru. Przypomina to próbę fotografowania
muchy w zamkniętym pomieszczeniu – na zdjęciu
widać ją zamrożoną w powietrzu, a nie widać
Laborant Nr 3/2011
Biotechnologia
www.czasopismolaborant.pl
21
Chemia
samej czynności latania. Robienie serii zdjęć, sekunda po
sekundzie, pozwala nam wnioskować tylko, że mucha częściej
przebywała w okolicach lampy na suficie, niż podłogi, ale
dalej nie wiemy jak mucha poruszała się po pokoju. Molekularnym odpowiednikiem serii stopklatek są techniki
magnetycznego rezonansu jądrowego (Nuclear Magnetic
Resonance). W wyniku skomplikowanych pomiarów NMR
oraz cyfrowej obróbki danych otrzymujemy zbiór położeń
cząsteczki, ale ciągle nie wiemy, co się z nią działo między
jednym stanem, a drugim. Pełen obraz możemy otrzymać
łącząc wiedzę o poszczególnych stanach cząsteczki z prawdopodobnym przejściem (ruchem), jaki mógł zajść pomiędzy
stanami – tu nieodzownym narzędziem jest dynamika molekularna. Sama metoda polega na przeprowadzeniu symulacji układu molekuł, w której iteracyjnie w danym kroku
czasowym obliczane są siły działające na poszczególne atomy wprawiające je w ruch. Z punktu widzenia chemii komputerowej numeryczne rozwiązywanie takiej symulacji
jest bardzo szybkie, gdyż w elementarnej wersji sprowadza się
do całkowania równań ruchu Newtona.
Tania dynamika molekularna
Jakie jest praktyczne zastosowanie dynamiki molekularnej?
Otóż można wymodelować np. zachowanie się wszelkiego
rodzaju związków amfifilowych w wodzie (Rys. 3). Rynek
produktów higieny osobistej szacowany jest na ok. 40 miliardów dolarów, z czego rynek szamponów to ok 10 miliardów dolarów. Znajomość procesów zachodzących na poziomie molekularnym pozwala na projektowanie lepszych
surfaktantów, czyli związków powierzchniowo czynnych. Symulacje tego typu są o tyle ciekawe, że w ciągu ostatnich kilku
lat modelarze otrzymali do rąk potężne narzędzie – możliwość
prowadzenia obliczeń na kartach graficznych. Porównując
dynamikę molekularną prowadzoną na klasycznie zwykłym
procesorze, która trwa kilka dni z tą samą symulacją prowadzoną
na karcie graficznej, która trwa godzinę uświadamiamy sobie, jaka moc obliczeniowa znajduje się w rękach posiadacza
komputera multimedialnego. Kolejnym przykładem zastosowania dynamiki molekularnej jest projektowanie antybiotyków. Działanie części z nich opiera się na zakłócaniu funkcjonowania struktur komórkowych np. błony komórkowej
bakterii, tak więc aby dany związek działał powinien posiadać pewne powinowactwo do błony. Możliwe jest zbudowanie modelu błony komórkowej, a następnie przeprowadzenie dynamiki molekularnej dla potencjalnego
antybiotyku, by sprawdzić czy aby, a jeśli tak to w jaki sposób następuje penetracja błony komórkowej. Takie podejście jest wielokrotnie tańsze niż żmudna synteza i oczyszczanie, a następnie testy biologiczne. Przykłady zastoso30
Rysunek 3: Przykładowe modele układów amfifilowych w wodzie
wania modelowania molekularnego
można wymieniać w nieskończoność,
a i tak nie pokazałoby to pełni
użyteczności tej techniki. Jest to szybkie, oszczędne i czyste narzędzie
w pracy naukowej nie tylko chemików.
Laborant Nr 3/2011
Chemia
Ciecze jonowe - przyszłość chemii?
Wojciech Mrozik
Katedra i Zakład Chemii Nieorganicznej, Gdański Uniwersytet Medyczny
Produkcja przemysłowa oraz zastosowanie konwencjonalnych rozpuszczalników organicznych
w różnych gałęziach gospodarki prowadzi do istotnego zanieczyszczania środowiska naturalnego.
Stosowane w przemyśle jako wszelkiego rodzaju
media reakcji chemicznych, a także występujące
jako odpady produkcyjne stałe czy ciekłe, zwykle charakteryzują się wysoką prężnością par, co
bezpośrednio przekłada się na ich emisje do atmosfery. Tego typu zanieczyszczenia mogą migrować na bardzo dalekie odległości i powodować
Klasa cieczy jonowych
Struktura
Klasa cieczy jonowych
R4
Czwartorzędowe sole
alkiloamoniowe
R3
N+
R2
XR1
R3
P+
R2
Struktura
Sole alkilopirolidiniowe
XR1
R2
Sole tiazoliowe
+
N
S
X-
R3
R3
R4
R4
S+
R1
X-
R1
Sole sulfonowe
R2
+N
R1
R4
Sole alkilofosfoniowe
skażenia w miejscach gdzie ich, teoretycznie,
w ogóle nie powinno być. Oprócz mobilności,
konwencjonalne rozpuszczalniki organiczne zwykle cechują się dużą toksycznością, a często także
mutagennością i rakotwórczością. Wymienione cechy sprawiają, że związki te stanowią duże
zagrożenie dla życia i zdrowia ludzkiego, ale także
dla środowiska naturalnego. Dlatego też w ostatnich latach podejmuje się próby projektowania
oraz tworzenia alternatywnych rozpuszczalników,
które charakteryzowałyby się przede wszystkim
X-
Sole triazoliowe
R1
+
R5
N
R2
N
N
X-
R4
Sole alkiloimidazoliowe
R2
+
N
N
X-
R1
Sole alkilopirydyniowe
+
N
X-
R1
gdzie: Xˉ = tetrafluoroboran – BF4ˉ, chlorek – Cl-, trifluorooctan – CF3COOˉ, heksafluoroantymonian - SbF6ˉ,
trifluorosulfooctan - CF3SO3ˉ, imidek bis(trifluorosulfonylowy) – (CF3SO2)2Nˉ.
Tabela 1. Najczęściej spotykane klasy cieczy jonowych3.
www.czasopismolaborant.pl
31
Chemia
niską lotnością, stabilnością chemiczną i fizyczną oraz szerokim zastosowaniem i możliwością
wielokrotnego wykorzystania. Tego typu myślenie
charakteryzuje tzw. „zieloną chemię” (ang. green
chemistry)1, czyli nowe podejście do zagadnienia syntezy i wykorzystania związków chemicznych, co ma na celu zmniejszenie zagrożenia dla
środowiska i zdrowia człowieka. Filozofia ta zakłada
m.in. obniżenie toksyczności oraz zwiększenie
podatności na degradację wytwarzanych związków
chemicznych w naturalnych systemach.
Ciecze jonowe (ang. ionic liquids) to nazwa soli,
których temperatury topnienia są niższe od 100oC,
a duża część przedstawicieli tej klasy wykazuje stan
ciekły już w temperaturze pokojowej. Ze względu na
swoje bardzo zróżnicowane i unikalne właściwości
fizyko-chemiczne, związki te postrzegane są w ostatnich latach jako bardzo obiecująca alternatywa
dla konwencjonalnych rozpuszczalników organicznych. Ponieważ jedną z ich cech jest zaniedbywalna prężność par, niska palność oraz wysoka stabilność termiczna, bardzo szybko nadano im mia-
no „przyjaznych środowisku”2. Jednak najważniejszą zaletą tych związków, z punktu widzenia przemysłu, jest możliwość „dostrajania” ich
do potrzeb konkretnej reakcji chemicznej
czy procesu separacyjnego.
Ciecze jonowe zbudowane są z dużych i niesymetrycznych kationów alkiloimidazoliowych,
alkilopirydyniowych lub alkilofosfoniowych oraz
mniejszych anionów nieorganicznych, a także
organicznych często zawierających atom fluoru
(np. tetrafluoroboran, heksafluorofosforan, imidek bis(trifluorometylosulfonylowy) i inne3,4.
Coraz częściej fragmenty alkilowe kationów
cieczy jonowych są dodatkowo podstawiane
różnymi grupami funkcyjnymi w celu uzyskania
wysokiej specyficzności powstałego związku dla
potrzeb konkretnej reakcji chemicznej czy procesu technologicznego, a także np. w celu obniżenia
toksyczności związku. W chwili obecnej komercyjnie dostępnych jest ponad 300 związków5,
teoretycznie jednak liczba możliwych kombinacji kation-anion o właściwościach typowych
Reklama
LCMS-8030 umożliwia szybką spektrometrię mas a w połączeniu z rynkowym liderem - chromatografem UHPLC
NEXERA, wysoką sprawność oraz wiarygodne i powtarzalne wyniki.




Z prędkością skanowania 15000 amu/s, szybkim przełączaniem polarności 15 ms i aż 500 przejściami MRM
na sekundę, jest w pełni przystosowany do UHPLC
Technologia UFsweeper efektywnie przyspiesza jony w komorze kolizyjnej i minimalizuje zakłócenia sygnału
tzw. „cross-talk”
Oprogramowanie LabSolutions pozwala na intuicyjne prowadzenie oznaczeń ilościowych i jakościowych oraz
automatyczną optymalizację warunków pomiaru
LCMS-8030 to idealne rozwiązanie dla farmacji, laboratoriów środowiskowych, żywnościowych i chemicznych
UHPLC NEXERA to chromatografia cieczowa bez żadnych kompromisów: UHPLC i HPLC w jednym aparacie.

Zakres ciśnienia pracy – do 130 MPa przy przepływie 3 mL/min oraz autosampler z nastrzykiem w 7,8 s czyni
przyrząd NEXERA najbardziej wydajnym UHPLC na rynku
„SHIM-POL A.M. Borzymowski”
E. Borzymowska-Reszka, A. Reszka Sp.J.
Ul. Lubomirskiego 5, 05-080 Izabelin
Tel. 22/722 70 48, faks: 22/722 70 51
e-mail: [email protected]
32
Laborant Nr 3/2011
Chemia
Tabela 2. Przykładowe zastosowania cieczy jonowych na skalę przemysłową5,8.
Firma
Proces
Użycie cieczy jonowej
Skala
środek pomocniczy
Komercyjna
Ekstrahent
Komercyjna
Basil™
BASF
Oczyszczanie kwasu
Cellionic™
BASF
Rozpuszczanie celulozy
Degussa
Produkcja farb
dodatek do farb
Komercyjna
Pionics
produkcja baterii
Elektrolit
Komercyjna
Central Glass Co., Ltd.
produkcja leków
Rozpuszczalnik
Komercyjna
dla tej grupy substancji może
sięgnąć nawet 1018 6. Liczba potencjalnych zastosowań cieczy jonowych rośnie bardzo
szybko. Głównym kierunkiem
aplikacyjnym stanie się synteza organiczna, a zwłaszcza
reakcje katalizowane przez meta-
le przejściowe. Do tej pory
potwierdzono przydatność cieczy jonowych dla przeprowadzenia reakcji: Friedela-Craftsa,
Dielsa-Aldera, dimeryzacji, oligomeryzacji, polimeryzacji olefin, depolimeryzacji, nitrowania,
oksydacji, katalitycznego uwodo-
rnienia, redukcji wodorkami
metali, jonowych redukcji, reakcji Heck’a, Suzuki, izomeryzacji i krakingu, epoksydacji, oraz
cyklopropanacji
i halogenowania. Z chemicznego punktu
widzenia, zasadnicze korzyści
wynikające ze stosowania cieczy
jonowych to przede wszystkim
wysokie wydajności reakcji, a także lepsza chemo-, regio-, stereoi enancjoselektywność w stosunku do rozpuszczalników konwencjonalnych. Dzięki zastosowaniu tych soli uzyskujemy selektywne wydzielanie produktów
reakcji i łatwe oddzielenie od
zastosowanego katalizatora7.
Ciecze jonowe znalazły także
zastosowanie w procesach biokatalityznych. Dzięki swoim właściwościom można je stosować
w układach jako czyste rozpu-
Rysunek 1. Obecne i przyszłe zastosowania cieczy jonowych
www.czasopismolaborant.pl
33
Chemia
szczalniki, mieszaninę rozpuszczalników czy jako
osobną fazę. Główną ich zaletą w tego typu reakcjach jest brak lub niewielka dezaktywacja stosowanych enzymów lub komórek. Stwierdzono także,
iż szereg hydrolaz i oksydoreduktaz pozostaje
aktywny w wybranych cieczach jonowych.
Hydrofobowe ciecze jonowe, mogą być z powodzeniem wykorzystane jednocześnie jako
rozpuszczalnik i elektrolit, wykazując szeroki
zakres stabilności elektrochemicznej, dobre przewodnictwo, termiczną stabilność oraz trwałość8.
Są także bardzo wydajnym i bezpiecznym
elektrolitem w bateriach litowych7, a także można
je wykorzystać jako superprzewodniki9.
Kolejnym polem zastosowań cieczy jonowych
jest wszelkiego rodzaju analityka. Wykazano przydatność tych związków elektrolitów
w elektroforezie kapilarnej, modyfikatorów faz
stałych w chromatografii gazowej, cieczowej czy
elektroforezie5,8.
Tak naprawdę możliwości zastosowania cieczy
jonowych właściwie są nieograniczone.
Dzięki swoim unikalnym właściwościom sole te
powoli wchodzą do użycia na skalę przemysłową.
Można się więc spodziewać, że w niedalekiej
przyszłości trafią one również do środowiska naturalnego. Spowodowane to może być niekontrolowanymi wyciekami podczas ich przemysłowego
wykorzystania i produkcji, transportu czy np.
awarii i wypadków. Pomimo swoich niewątpliwych
zalet okazało się, że ciecze jonowe nie są tak „przyjazne środowisku” jak to się na początku wydawało.
W związku z zaniedbywalną prężnością par, ich
emisja do atmosfery nie będzie stanowić żadnego
zagrożenia, jednakże tak wody, jak i środowisko
glebowe mogą ulec zanieczyszczeniu. Dodatkowo
Rozporządzenie UE w sprawie rejestracji, oceny,
udzielania zezwoleń i stosowanych ograniczeń
w zakresie chemikaliów (REACH), spowodowało
konieczność określania ryzyka dla środowiska
i zdrowia człowieka oraz badań właściwości wszystkich związków chemicznych, znajdujących się
w obrocie handlowym na terenie Wspólnoty.
Prospektywne badania wykazały, że ciecze
jonowe, po ewentualnej emisji do środowiska,
będą zachowywać się podobnie do niektórych
trwałych zanieczyszczeń organicznych (np. herbicydy parakwatowe)10. W zależności od struktury, stwierdzono silną sorpcję do gleb11 lub
34
możliwość infiltracji do wód gruntowych12, potencjalnie wysoką bioakumulację, ekotoksyczność
wobec roślin i mikroorganizmów13-15 czy bardzo
niski potencjał biodegradacji16,17. Dodatkowo wykazano, że związki te mogą także wykazywać
cytotoksyczność wyższą niż konwencjonalne
rozpuszczalniki organiczne18.
Czy to oznacza koniec kariery cieczy jonowych,
zanim tak na dobre się rozpoczęła? Absolutnie nie!
Dzięki takim właśnie prospektywnym badaniom
udało się wyeliminować związki, które mogłyby
stanowić największe obciążenie dla środowiska
naturalnego. Zaczęto też modyfikować ciecze
jonowe tak aby byłyby łatwiej biodegradowalne19-20,
a jednocześnie nadal wykazywały przydatność
w procesach przemysłowych. Unikalne właściwości
tych związków, a także praktycznie nieograniczona
możliwość kombinacji kation-anion pozwalają
na poszukiwania struktur, które będą mogły
być z powodzeniem zastosowane w przemyśle,
a jednocześnie nie będą stanowiły obciążenia dla
środowiska naturalnego. Powstają nowe generacje cieczy jonowych21,22, które rzeczywiście
można zacząć nazywać „przyjaznymi” środowisku.
Tak naprawdę, nowoczesna „zielona chemia”
oparta na tych fascynujących związkach zaczyna powstawać właśnie teraz, na naszych oczach.
Literatura:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
P.T. Anastas, J.C. Warner Green Chemistry: Theory and
Practice. Oxford University Press, New York (1998)
Eds. J.F. Brennecke, R.D. Rogers, K.R. Seddon, Ionic Liquids: Not Just Solvents Anymore, American Chemical Society, 2007.
A. Stark, K.R. Seddon, Kirk-Othmer Encyklopaedia of
Chemical Technology,
Ed. A. Seidel, J. Wiley and Sons, Inc., Hoboken, 2007, 26,
836.
H. Olivier- Bourbigou, L. Magna, J Mol Catalysis A: Chemical, 2002, 182, 419.
N.V. Plechkova, K.R. Seddon, Chem. Soc. Rev., 2008, 37,
123.
M.J Earle, K.R. Seddon, Pure Appl. Chem., 2000, 72, 1391.
Ed. P. Wasserscheid, T. Welton, Ionic Liquids in Synthesis,
WILEY-VCH, Weinheim, 2008.
N. Papagergiou, Y. Athanassov, M. Armand, P. Bonhote, H.
Patterson, A. Azam, M. Gratzel, J. Electrochem. Soc., 1996,
143, 3099.
R. Hagiwara, Electrochem., 2002, 70, 130.
B. Jastorff, R. Störmann, J. Ranke, K. Mölter, F. Stock, B.
Oberheitmann, W. Hoffman, J. Hoffmann, M. Nüchter, B.
Ondruschka and J. Filser, Green Chem. 5 (2003) 136.
P. Stepnowski, Aust. J. Chem. 58 (2005) 170.
W. Mrozik, C. Jungnickel, T. Ciborowski, W.R. Pitner, J.
Kumirska, Z. Kaczyński, P. Stepnowski, J. Soil Sediment,
Laborant Nr 3/2011
Chemia
13.
14.
15.
16.
2009, 9, 237.
K. Docherty, S.Z. Hebbeler, C.F. Kulpa Jr., Green Chem.,
2006, 8, 560.
A. Latała, P. Stepnowski, M. Nędzi, W. Mrozik Aquatic Toxicol., 2005,73, 91.
S. Stolte, J. Arning, U. Bottin-Webber, A. Muller, W.-R. Pitner, U. Welz-Bierman, B. Jastorff, J. Ranke, Green Chem.,
2007, 9, 760.
E.M. Siedlecka, W. Mrozik, Z. Kaczyński, P. Stepnowski, J.
Hazard. Mater., 2007, 154, 893.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
K. Docherty, Ch.F. Kulpa Jr., Green Chem., 2005, 7, 185.
A.C. Składanowski, P. Stepnowski, K. Kleszczyński, B. Dmochowska, Environ. Toxicol. Pharmacol., 2005, 19, 291.
N. Gathergood, M.T. Garcia, P.J. Scammells, Green Chem.,
2004, 3, 166.
N. Gathergood, P.J. Scammells, Austr. J. Chem., 2002, 55,
557.
H. Ohno, O. Fukumoto, Acc. Chem. Res., 2007, 40, 1122.
Y. Fukaya, Y. Iizuka, K. Sekikawa, H. Ohno, Green Chem.,
2007, 9, 1155.
Reklama
www.czasopismolaborant.pl
35
Chemia
Proekologia w peptydach – w ogóle możliwa?
Wojciech Kamysz
Laboratorium Syntezy Peptydów, Lipopharm.pl
Otrzymywanie peptydów jest drogie z definicji.
Zużywa się litry rozpuszczalników organicznych,
a otrzymuje się zaledwie kilka miligramów czystego peptydu. Nie jest to ani ekonomiczne, ani zbyt
przyjazne dla środowiska naturalnego. Czy istnieje możliwość bardziej proekologicznej metody
pozyskiwania tej grupy związków?
Peptydy należą do substancji o bardzo dużej
aktywności biologicznej. Zwykle do wywołania
spodziewanego efektu leczniczego wystarczą
ilości miligramowe a w zastosowaniach diagnostycznych nawet mikrogramowe. Powoduje
to, że przemysłowe otrzymywanie tych substancji
równoważne jest ze stosowaniem skali gramowej,
maksymalnie kilogramowej w skali świata.
Chemiczna synteza peptydów z powodzeniem
udaje się naukowcom od ponad stu lat. Pierwsze
polimery złożone z 3 reszt glicyny (Gly-Gly-Gly)
otrzymał już w roku 1902 Emil Fisher. Od tego
czasu z różnym powodzeniem otrzymuje się peptydy trzema niezależnymi sposobami. Jest to izolacja
ze źródeł naturalnych, jako pierwszy etap otrzymania biologicznie aktywnego związku chemicznego.
Typowa synteza chemiczna oraz metody biologiczne, stosujące techniki inżynierii genetycznej
to jednak jedne z najprężniej rozwijających się
sposobów pozyskiwania peptydów. W związkach
peptydowych postrzega się kandydatów na leki
dla szerokiego wachlarza schorzeń. Do chwili obecnej największy sukces zdobyły leki hormonalne.
W trakcie badań klinicznych jest jednak kilkadziesiąt nowych molekuł o znaczeniu aplikacyjnym.
Metody otrzymywania peptydów
Izolacja ze źródeł naturalnych, synteza chemiczna
36
(synteza w roztworze, synteza na nośniku stałym)
oraz synteza enzymatyczna to trzy główne sposoby
pozyskiwania peptydów.
Trwająca już ponad pół wieku era sukcesów, ale
i pasmo niespełnionych oczekiwań, otworzyło syntetyczne otrzymanie oksytocyny i wazopresyny
przez Vincent du Vigneaud’a w roku 1954. Dzięki
temu wzrosło ogromnie zainteresowanie chemią
peptydów. Krokiem milowym okazały się jednak
próby kotwiczenia pierwszych aminokwasów na
stałym nośniku. W roku 1955 Nicholls z powodzeniem otrzymał kilka pochodnych dipeptydów
przyłączając N-chronione aminokwasy do aminokwasów zakotwiczonych na wymieniaczu jonowym Dowex. Rozwinięciem tego podejścia było
kotwiczenie pierwszego aminokwasu w sposób
kowalencyjny. Kluczowym osiągnięciem okazał
się sposób Merrifileda, polegający przyłączeniu Cterminalnego aminokwasu do nierozpuszczalnego
nośnika. Metoda ta, zwana później od nazwiska
twórcy, metodą Merrifielda została uznana po
dwudziestu latach od opracowania na tyle ważna,
iż twórca jej otrzymał w roku 1984 nagrodę Nobla.
Właśnie metodą syntezy na nośniku stałym otrzymuje się współcześnie peptydy w laboratoriach
naukowych, ale i coraz chętniej w procesach typowo przemysłowych. Idea przyłączenia jednego
z substratów do nierozpuszczalnego nośnika została zaadoptowana powszechnie przez laboratoria
syntetyczne i jest coraz częściej postrzegana jako
jedna z najbardziej proekologicznych metod syntezy. Synteza na nośniku pozwala na miniaturyzacje syntezy, czy stosowanie nadmiarów reagentów
(jeśli trzeba). Nie bez znaczenia jest też możliwość
ograniczenia do minimum kontaktu z odczynnikami. Najbardziej toksyczne związki można w
sposób bezpieczny podawać np. mikropipetą lub
zastosować automatyczne syntezatory peptydów.
Laborant Nr 3/2011
Chemia
Urządzenia te, choć stosunkowo drogie, zapewniają jednak bezpieczeństwo oraz powtarzalność wyników w przypadku syntez cyklicznych.
Najważniejszą zaletą jest jednak
uniknięcie etapów pośrednich,
zwykle przeprowadzanych z użyciem ekstrakcji ciecz-ciecz. Podczas syntezy na nośniku nieprzereagowane reagenty oraz
produkty uboczne usuwa się
podczas zwykłego sączenia
z użyciem naczyń ze spiekiem
szklanym bez niepotrzebnej izolacji produktów pośrednich. Stopień acylowania bada się kolorymetrycznie z użyciem dostępnych testów na obecność wolnych grup aminowych. W przypadku testu pozytywnego reakcję
prowadzi się dalej, w przypadku
reakcji negatywnej przechodzi
się do następnego etapu.
W ostatnich latach na syntezę na
nośniku przeszedł też przemysł.
Pomimo, że jest to proces
odczynnikowo droższy niż synteza w roztworze, to daje wymierne efekty w zmniejszeniu
kosztów pracy.
Synteza peptydów na nośniku
stałym
Syntetyczne otrzymywanie peptydów jest zwykle trudne dla
niewprawionych
chemików.
Problemy pojawiają się zarówno
na etapie syntezy, odczepienia od
nośnika, ale przede wszystkim
podczas oczyszczania surowych
produktów. Sama synteza polega
na chemicznym przyłączeniu
pierwszego aminokwasu do nierozpuszczalnego polimeru oraz
www.czasopismolaborant.pl
Rys. 2. Schemat syntezy peptydów na stałym nośniku polimerowym (P – polimer/nośnik, R1,
R2 – łańcuchy boczne aminokwasów, Fmoc – osłona grupy α-aminowej aminokwasów)
cyklicznym przyłączaniu kolejnych elementów (tj. aminokwasów) i każdorazowej deprotekcji grupy ochronnej blokującej
budowany łańcuch peptydowy.
Wszystkie reakcje związane
z przyłączaniem kolejnych pochodnych
aminokwasowych,
deprotekcji osłon ochronnych
grupy N-α-aminowych oraz finalnej deprotekcji prowadzi się
w środowisku rozpuszczalników
organicznych. W trakcie acylowania oraz przemywań stosuje
się przeważnie dichlorometan
oraz dimetyloformamid. Podczas odszczepiania peptydu od
nośnika wraz z odczepieniem
osłon łańcuchów bocznych
wykorzystuje się rożne stężenia
kwasu trifluorooctowego, często
w obecności tioli. Wszystkie
wspomniane
rozpuszczalniki
stanowią duże zagrożenia dla
środowiska naturalnego i należy
je utylizować w wyspecjalizowanych firmach, a związki lotne
absorbować na właściwych
pochłaniaczach. Wysokie ceny
unieszkodliwiania
odpadów
postsyntetycznych są związane
głównie z obecnością rozpuszczalników chlorowcopochodnych. Około 1/10 kosztów
używanych do syntezy odczynników to właśnie utylizacja.
Alternatywą dla tych problemów
jest możliwość syntezy w roztworach wodnych, a pierwsze do37
Chemia
niesienia na ten temat pojawiły się już ponad 10 lat
temu. Na chwilę obecną pozostaje racjonalna gospodarka odczynnikami oraz próba optymalizacji
każdego z procesów wchodzących w skład całej,
często kilkudziesięcioetapowej syntezy.
Zmniejszenie nakładu energii związanej z mieszaniem żywicy (nośnika) i mieszaniny reakcyjnej,
ale i potrzebnego czasu można zmniejszyć poprzez wykorzystanie wynalazku ostatnich lat jakim
są nowoczesne syntezatory. Dużym udogodnieniem jest bowiem prowadzenie etapów acylowania w reaktorach mikrofalowych. Dzięki wykorzystaniu promieniowania mikrofalowego można
przyspieszyć reakcje nawet dziesięciokrotnie.
roczne potrzeby niektórych peptydów (np. oktreotydu, despopresyny) w skali świata wynoszą zaledwie 50-200kg.
Analiza peptydów
Peptydy zarówno w laboratoriach naukowych jak
i przemysłowych analizuje się ten sam sposób.
Czystość próbki określa się chromatograficznie,
tożsamość potwierdza z użyciem spektrometrii
mas. W analityce dominuje chromatografia cieczowa RP-HPLC w układzie gradientowym wodaacetonitryl z detekcją UV, zwykle przy długości
fali 214 lub 220m. Stosowanie wypełnień kolumn
o klasycznej średnicy porów uziarnienia (100A)
w zupełności wystarcza aby analizować nawet
Oczyszczanie peptydów
małe białka (do 5-6kDa). Często w trudnych przypadkach wykorzystuje się też detektor masowy,
Otrzymanie peptydów w postaci oczyszczonej jest który daje informacje o zawartych zanieczyprocesem często bardzo trudnym. Zanieczyszcze- szczeniach oraz jednocześnie potwierdza masę
nia wchodzące w skład próbki to często bardzo po- cząsteczkowa kluczowego składnika.
dobne związki chemiczne. Dlatego wyodrębnienie
czystego produktu pochłania więcej czasu i fun- W latach 90-tych próbowano wykorzystywać
duszy niż sama synteza. Obecnie najpopularniejszą elektroforezę kapilarną (CE), jednak bez
metodą oczyszczania peptydów jest wysoko- większych sukcesów. Obecnie CE, podobnie jak
sprawna chromatografia cieczowa w układzie faz chromatografię jonową stosuje się do oznaczania
odwróconych (RP-HPLC). Jako fazę stacjonarna przeciwjonów w peptydach.
stosuje się kolumny wypełnione krzemionką modyfikowana łańcuchami alkilowymi (C8 lub C18). Duże zasługi w określaniu struktury przestrzeJako eluent podaje się wodę oraz acetonitryl z do- nnej większych polipeptydów wnosi dwuwydatkiem 0,1% kwasu trifluorooctowego. Proces miarowy rezonans magnetyczny (NMR) oraz
oczyszczania prowadzi się gradientowo stopniowo badania dichroizmu kołowego (CD). W praktyce
zwiększając udział acetonitrylu w fazie ruchomej. przemysłowej jednak te analizy dotyczą peptyW skali laboratoryjnej, z wykorzystaniem typowe- dów zawierających więcej niż 20-30 reszt i nie są
go sprzętu analitycznego (HPLC z przepływem wymagane obligatoryjnie.
do 10ml/min), ale kolumną semipreparatywną
można z powodzeniem oczyszczać jednorazowo
ilości nawet do 200-500mg substancji. Odpowie- Przemysłowe podejście w syntezie
dnie frakcje analizuje się, a następnie po odparowaniu acetonitrylu suszy sublimacyjnie z użyciem Zgodnie z powszechnie panującym trendem
liofilizatora. Zarówno zlewki po oczyszczaniu jak dotyczącym proekologii, przemysł daje wiele
i odparowywaniu frakcji z acetonitrylu powinny rozwiązań jak syntezować ekologicznie a zarazem
być utylizowane (kiedyś były powszechnie wyle- skutecznie.
wane do kanalizacji!). Otrzymywanie peptydów w
przemyśle niewiele różni się od skali laboratoryjnej. Osadzenie na stosowanych nośnikach powinno być
Stosuje się większe średnice kolumn (a więc i większe maksymalne, w przypadku oligopeptydów nawet
przepływy), a acetonitryl zastępuje się etanolem 3mmol/g. Same nośniki powinny być odzyskiwane,
lub izopropanolem. Należy tutaj wspomnieć, że co możliwe jest w przypadku nośnika 2-chlorotri38
Laborant Nr 3/2011
Chemia
tylowego. Zużycie rozpuszczalników chlorowcopo- mnie HPLC. Sama elucja z kolumny następuje
chodnych ogranicza się do minimum.
w gradiencie soli nieorganicznej lub gradiencie pH.
Wszelkie etapy syntezy powinny być zoptymalizowane, a pod uwagę powinny być tez brane
takie czynniki jak zużycie energii elektrycznej
oraz pracochłonność etapów (gdyż pracownik też
kosztuje). W oczyszczaniu jako eluent powinno
stosować się etanol, co pozostaje też w zgodzie
z wytycznymi Amerykańskiej Agencji ds. Żywności
i Leków (FDA). Niestety stosowanie tego eluentu nie pozostaje bez wpływu na wzrost ciśnień
podczas rozdziałów. Dużą rolę w oczyszczaniu
przemysłowym odgrywa bardzo tania chromatografia jonowymienna oraz chromatografia metalopowinowactwa. Umożliwia ona ograniczenie do
minimum zastosowania rozpuszczalników organicznych, a ilości oczyszczane jednorazowo na kolumnie są nawet 2-5 krotnie większe niż na kolu-
www.czasopismolaborant.pl
Wielu ekspertów do niedawna skłaniało się ku poszukiwaniu metod biologicznych wykorzystujących
zdobyte osiągnięcia inżynierii genetycznej.
Pozyskiwanie peptydów niesie jednak za sobą
duże niebezpieczeństwa dla produktów farmaceutycznych, gdyż otrzymywane substancje zwykle zawierają ślady fragmentów drobnoustrojów,
w których następowała nadekspresja, co wiąże się
z opowiedzą układu odpornościowego w trakcie
stosowania takich leków. W obecności zawartych
też proteaz dodatkowo obniża się trwałość preparatów peptydowych. Jedyne co może zostać po
syntezie chemicznej i klasycznym oczyszczaniu
to ślady rozpuszczalników oraz eluentów, które
w sposób bardzo prosty można kontrolować
chromatografią gazową.
39
Chemia
Zielona chemia w analityce
Jarosław Szulfer
Polpharma SA, Badania i Rozwój
Fakt, że przemysł chemiczny oddziałuje niekorzystnie na środowisko jest oczywisty, dlatego nieodzowne jest świadome i konsekwentne minimalizowanie tego wpływu. Celem nadrzędnym jest
ograniczanie wytwarzania szkodliwych czynników
dla zdrowia człowieka. Za ojca „Zielonej chemii”
uznaje się amerykańskiego naukowca Paula Anastasa, który jest współtwórcą 12 zasad, których
przestrzeganie gwarantuje łagodzenie negatywnych
skutków działalności chemicznej. Chemia analityczna podlega tym samym regułom. Pojęcie „zielonej
chemii analitycznej” zostało ukute przez profesora
Politechniki Gdańskiej Jacka Namieśnika pod koniec
lat dziewięćdziesiątych.
Zazwyczaj zadania stawiane przed analitykami same
w sobie są dużymi wyzwaniami, stąd często dbałość
o wpływ analizy na środowisko wydaje się jednym z
ostatnich kryteriów oceny opracowywanej metody.
Sojusznikiem zielonej chemii bywa jednak niekiedy
ekonomia. Najlepiej uwidocznił to kryzys związany
z dostępnością acetonitrylu sprzed kilku lat. W
krótkim czasie cena tego rozpuszczalnika wzrosła
nawet dziesięciokrotnie, nie mówiąc o tym, że często
w ogóle był niedostępny. W wielu laboratoriach
zaczęto intensywne prace nad ograniczaniem jego
zużycia, bądź zamianą np. na etanol, co idealnie
wpisuje się w podstawowe założenia zielonej chemii
analitycznej.
Chromatografia cieczowa
W większości nowoczesnych laboratoriów analitycznych, techniki chromatograficzne stanowią
podstawę ich funkcjonowania, dlatego ograniczenie ilości stosowanych odczynników, a co za tym
idzie generowanych odpadów wydaje się być kluczowym aspektem. Najpopularniejszym rozpuszczalnikiem stosowanym w chromatografii cieczowej jest acetonitryl. Ze względu na jego właściwości
fizykochemiczne (m.in. mała lepkość, niska absorpcja w zakresie UV) wielu analityków preferuje
jego użycie jako odczynnika pierwszego wyboru
40
w przygotowywaniu fazy ruchomej. Jak wynika
z doświadczenia, w niektórych przypadkach faktycznie próby zastąpienia acetonitrylu innymi rozpuszczalnikami kończą się niepowodzeniem i jedynym
rozwiązaniem jest ilościowe ograniczenie jego użycia
w danej analizie. Można to uzyskać na dwa sposoby:
skrócenie analizy lub zmniejszenie przepływu fazy
ruchomej.
Od wielu lat na rynku dostępne są kolumny o mniejszej średnicy wewnętrznej w stosunku do standardowej, tj. 4,6 mm. Przykładem mogą być kolumny
o średnicy wewnętrznej 3,0 mm dedykowane dla
pracy ze zmniejszonym zużyciem rozpuszczalników.
Tak jak z powodzeniem, bez utraty sprawności
układu, możliwe jest skalowanie przepływu fazy ruchomej „w górę” np. w celach preparatywnych, tak
możliwe jest zmniejszanie średnicy kolumny, a co za
tym idzie przepływu. Ekwiwalent przepływu fazy ruchomej dla zmienionych wymiarów kolumny można
wyznaczyć posługując się wzorem:
oryginalny
docelowy
=
przepływ
przepływ
.
2
średnica docelowa
średnica 2oryginalna
W przypadku kolumny o średnicy wewnętrznej 3,0
mm zużycie fazy ruchomej będzie stanowiło około
40% zużycia obserwowanego dla kolumny o standardowej średnicy 4,6 mm. Niestety nie można pomijać
faktu, że kolumna o mniejszej średnicy zawiera mniej
złoża, a co powoduje, że można załadować mniej analitu. Może to być krytyczne, szczególnie w przypadku
próbek, w których oznacza się substancje na niskim
poziomie.
Komercyjnie dostępne są również kolumny o jeszcze mniejszej mniejszej średnicy np. 2,1 mm, 1,0
mm, a nawet 0,1 mm, ale ich zastosowanie w praktyce ogranicza się przede wszystkim do systemów
wyposażonych w detektory MS. W przypadku kolumn o średnicy 1,0 mm i poniżej, systemy powinny
być wyposażone w odpowiednie mikro- lub nanolitrowe pompy. Kilka lat temu na rynku pojawiały
Laborant Nr 3/2011
się kolumny z ziarnem o średnicy poniżej
2 µm, dzisiaj oferowane praktycznie
przez wszystkich producentów. Posiadają
one znacznie wyższą sprawność niż konwencjonalne kolumny z ziarnem 5 µm,
dlatego możliwe było ograniczenie ich
wymiarów tak średnicy, jak i długości bez
pogorszeni rozdziału. W konsekwencji,
przy zachowaniu stałego przepływu
liniowego standardowy współczynnik
przepływu dla kolumn o średnicy 4,6
mm wynoszący 1 ml/min, dla kolumny
o średnicy 2,1 mm, będzie wynosił 0,21
ml/min, co już daje 5-krotne ograniczenie zużycia rozpuszczalników. Dodatkowo, dzięki efektowi podniesienia
sprawność kolumny przez zmniejszenie
średnicy ziarna złoża, możliwe staje się
skrócenie długości kolumny przy zachowaniu odpowiedniej rozdzielczości
układu. Skrócenie długości kolumny
przy danym przepływie fazy ruchomej
powoduje proporcjonalne skrócenie
czasów retencji, a co za tym idzie czasu
analizy i ilości zużytych odczynników.
Na ryc.1 przedstawiono oszczędności
jakie można osiągnąć transferując
przykładową analizę z klasycznych
warunków HPLC do UHPLC.
Należy zwrócić uwagę, że bez straty
sprawności czas analizy skrócono około
siedmiokrotnie, a zużycie odczynników
około 15-krotnie!
Przy okazji kolumn ze zmniejszoną
średnicą ziaren warto wspomnieć o kolumnach z ziarnem o nieporowatym
rdzeniu, które, podobnie jak kolumny
z ziarnem o średnicy poniżej 2 µm,
dzięki zwiększonej sprawności umożliwiają efektywną pracę na krótkich
kolumnach, co daje pozytywny efekt
ograniczenia zużycia rozpuszczalników.
Kolumny tego typu, dzięki wąskiej dystrybucji wielkości ziaren, generują stosunkowo niskie ciśnienie wsteczne,
przez co, bez większych problemów,
można je stosować w klasycznych systemach HPLC. Niestety w takim przypadku ogromny wpływ na ostateczną
sprawność układów wyposażonych
w
kolumny
z
nieporowatym
www.czasopismolaborant.pl
Reklama
Chemia
Spektrometria mas
proteomika
analiza biomarkerów
metabolomika
farmakologia
analiza środowiska
Innovation with Integrity
41
Chemia
Chromatogram 1.
Waters Alliance 2695
kolumna: Atlantis T3
250x4,6 mm 5 µm
faza: H2O:ACN (40:60)
przepływ: 1,0 ml/min
temperatura kolumny: 25°C
detekcja: 254 nm
objętość nastrzyku: 10 µl
Nnaftalen= 19553
Rtoluen-naftalen= 8,1
Chromatogram 1.
Waters ACQUITY UPLC
kolumna: Acquity HSS T3
100x2,1 mm 1,8 µm
faza: H2O:ACN (40:60)
przepływ: 0,525 ml/min
temperatura kolumny: 25°C
detekcja: 254 nm
objętość nastrzyku: 0,8 µl
Nnaftalen= 19950
Rtoluen-naftalen= 8,7
Ryc. 1. oszczędności jakie można osiągnąć transferując przykładową
analizę z klasycznych warunków HPLC do UHPLC
rdzeniem mają efekty pozakolumnowe, dlatego przed ich użyciem
należałoby zoptymalizować układ
poprzez minimalizację objętości
martwych (wymiana kapilar, miksera, nastrzykiwacza, celi detektora).
Z punktu widzenia zielonej
chemii analitycznej w przypadku
chromatografii cieczowej nie tylko
zmniejszenie
zapotrzebowania
na rozpuszczalniki organiczne
przynosi pozytywne efekty. Zamiana acetonitrylu na inne,
bardziej przyjazne dla środowiska
rozpuszczalniki jak np. etanol,
wydaje się również korzystne, ze
względu tak na jego pozyskiwanie
jak i degradację.
Niestety do tej pory etanol,
ze względu na swoją wysoką
lepkość, nie jest rozpuszczalnikiem powszechnie stosowanym
42
w chromatografii. Sytuacja ta
może jednak ulec zmianie, ponieważ obecnie większość producentów systemów chromatograficznych
oferuje
sprzęt
zdolny pracować przy ciśnieniu
ponad 1000 barów, więc wspomniana lepkość wydaje się nie
być już takim problemem. Z doświadczenia wynika, że w wielu przypadkach zamiana acetonitrylu na metanol w składzie fazy
ruchomej zmienia selektywność
układu. Podobnie sprawa wygląda
w przypadku etanolu.
Chromatografia gazowa
Chromatografia gazowa, w porównaniu do cieczowej, ze względu na fakt, że ewentualne użycie
rozpuszczalników ogranicza się
jedynie do etapu przygotowania
próbek, już w założeniu posiada
bardziej zielony charakter. Jak
wiadomo technika ta wykorzystywana jest do badania substancji
lotnych i półlotnych.
Oczywiście, możliwe jest również
upochodnianie nielotnych substancji nadające im lotny charakter. Jednak w tym ostatnim przypadku z punktu widzenia zielonej
chemii, korzystniejsze byłoby
bezpośrednie oznaczanie np. przy
użyciu techniki LC/MS.
Istotnym zagadnieniem w chromatografii gazowej, z punktu
widzenia zielonej chemii, jest
wybór gazu nośnego. Obecnie najpopularniejszym gazem nośnym
jest hel, jednak jego pozyskanie jest
znacznie droższe od pozyskania
wodoru, który nie ustępuje helowi
w jakości rozdziałów chromatograficznych. Co więcej, ze względu
na właściwości wodoru, w porównaniu do analizy wykonanej przy
użyciu helu, uzyskując te same
rozdzielczości, analiza wykonana przy użyciu wodoru będzie
o około 30% krótsza. Ze względów
bezpieczeństwa, w większości
laboratoriów, nadal używa się
helu jako gazu nośnego, chociaż
nowoczesne generatory wodoru
gwarantują bezpieczeństwo, a dodatkowo, co jest bardzo korzystne
z punktu widzenia zielonej chemii,
do produkcji wodoru potrzebują
jedynie wody i energii elektrycznej. Dodatkowo, używanie generatora eliminuje potrzebę transportu zbiorników, co nie jest bez
znaczenia dla środowiska naturalnego. Inny z gazów – azot, mimo,
iż porównywalnie tani jak wodór,
w większości przypadków nie jest
alternatywą dla w/w gazów z powodu powolnego transportu masy
przez co analizy stają się znacznie
dłuższe.
Podobnie, jak w przypadku
chromatografii cieczowej, dzięki
zmniejszeniu średnicy wewnęLaborant Nr 3/2011
Chemia
trznej kolumny GC można uzyskać krótsze czasy
analizy. Zważywszy na fakt, że konsumpcja energii
elektrycznej w trakcie analiz GC jest znacząca, to
ograniczenie jej trwania korzystnie wpływa na zielony wymiar tej techniki. Dodatkowo, w odróżnieniu
do chromatografii cieczowej, w przypadku GC zmniejszenie średnicy wewnętrznej kolumny powoduje zwiększenie sprawności układu, dzięki czemu
możliwe jest użycie krótszej kolumny oraz skrócenie
czasu analizy bez straty rozdzielczości. Co więcej,
zmniejszając średnicę kolumny optymalna prędkość
liniowa przepływu gazu zwiększa się, co daje kolejną
możliwość skrócenia czasu analizy.
Chromatografia z fazą ruchomą w stanie
nadkrytycznym
Chromatografia z fazą ruchomą w stanie nadkrytycznym (SFC) to technika znana od ponad 25 lat, ale
dopiero od kilku lat na rynku dostępne są systemy,
które spełniają ostre wymagania stawiane między
innymi przez przemysł farmaceutyczny. Zasadniczą
zaletą tej techniki jest fakt, że jako faza ruchoma
w większości przypadków stosowany jest CO2
w stanie nadkrytycznym, a rozpuszczalniki organiczne stanowią wyłącznie rolę modyfikatorów fazy.
Oczywiście, naturalną obawą, jeśli chodzi o zgodność
tej techniki z zasadami zielonej chemii jest fakt, że
CO2 jest gazem powodującym efekt cieplarniany, ale
w rzeczywistości gaz stosowany w analizie odzyskiwany jest z procesów przemysłowych, więc ogólna jego pula się nie zwiększa. Co więcej, możliwa
jest praca w obiegu zamkniętym, gdzie po analizie
gaz jest odzyskiwany i ponownie sprężany, choć
opłacalne jest to dopiero w skali półpreparatywnej
i preparatywnej. Obecnie SFC stosowana jest głównie
do oznaczeń związków chiralnych, jak alternatywa
dla wyjątkowo toksycznych faz normalnych (heksan,
heptan, octan etylu, chlorowcopochodne). Dodatkowo, dzięki właściwościom CO2 w stanie nadkrytycznym, sprawność układu na tej samej kolumnie
jest wyższa, co pozwala na skrócenie czasu analizy.
Kilka miesięcy temu firma Waters zaprezentowała
nowy system tj. UPSFC (UltraPerformance SFC).
Wykorzystano w nim zdobycze technologii UHPLC tj. kolumny z ziarnem o średnicy poniżej 2 µm
i zoptymalizowany układ chromatograficznym pod
kątem minimalizacji objętości martwych. Tak jak w
przypadku chromatografii cieczowej pozwala on na
kilkakrotne skrócenie czasu analizy i zmniejszenie
zużycia odczynników. Zużycie najczęściej stosowanego modyfikatora fazy ruchomej – metanolu, na
www.czasopismolaborant.pl
jedną analizę nie przekracza 1 ml.
Kolejną ważną zaletą stosowania CO2 jest łatwość
usuwania fazy ruchomej w przypadku chromatografii
preparatywnej, w porównaniu do klasycznej chromatografii cieczowej, a szczególnie z zastosowaniem
faz odwróconych. Ograniczony został czas oraz ilość
energii potrzebnej na odparowanie rozpuszczalników. Wszystkie te czynniki pozwalają nadać technice SFC miano przyjaznej dla środowiska.
Przygotowywanie próbek
Na etap przygotowania próbek przeważnie zużywa
się największe ilości rozpuszczalników, a do tego
najczęściej są to substancje najniebezpieczniejsze
z punktu widzenia ekologii (w tym chlorowcopochodne), dlatego każda oszczędność w ich zużyciu
jest korzystna. Obecnie coraz popularniejsze są techniki, w których zmniejszono lub całkowicie wyeliminowano potrzebę używania rozpuszczalników
na etapie przygotowania próbek. Do takich technik
zaliczyć można m.in.: ekstrakcję do fazy stałej (SPE),
mikroekstrakcję do fazy stałej (SPME), dynamiczną
ekstrakcję do fazy stałej (SPDE), ekstrakcję z użyciem
ultradźwięków (UE), ekstrakcję płynem w stanie
nadkrytycznym (SFE), mikroekstrakcję z wykorzystaniem włókna z osadzoną fazą ciekłą (LPME),
mikroekstrakcję do fazy ciekłej wspomagana promieniowaniem mikrofalowym oraz wiele innych.
Podsumowanie
Zielona chemia stara się ograniczyć, a najlepiej
wyeliminować zanieczyszczenia u źródła w celu
ochrony zdrowia ludzkiego i środowiska naturalnego.
W artykule zaprezentowano kilka najnowszych
proekologicznych zdobyczy w dziedzinie chemii analitycznej, ale niestety rzeczywistość pracy analityka
jest zazwyczaj odmienna. Dysponuje on najczęściej
podstawowym wyposażeniem i wspomniane wyżej
techniki pozostają jedynie w sferze marzeń. Jakkolwiek także on może uczynić krok w stronę zielonej
chemii podejmując kilka prostych działań. Chodzi
przede wszystkim o świadome planowanie i prowadzenie eksperymentów, np. przygotowywanie
odpowiedniej ilości faz ruchomych, jeśli kolejne serie próbek badane są w dłuższych odstępach czasu
(np. co kilka godzin) zmniejszanie przepływu fazy
ruchomej, racjonalne czasy płukania i kondycjonowania aparatów. Ale chyba najważniejsza jest zasada,
aby badania wykonywać raz a dobrze, kontrolować
przebieg analizy na bieżąco by móc jak najszybciej
interweniować.
43
Oprogramowanie
Przystępniejszy HPLC
– zalety programu LP-chrom
opracowane przez serwis hplc.com.pl
Wysokosprawny
chromatograf cieczowy jest dziś jednym
z podstawowych narzędzi pracy
w laboratorium analitycznym
oraz preparatywnym. Swój sukces zawdzięcza przede wszystkim częściowej bądź pełnej automatyzacji, nie tylko skracając
znacznie czas pracy, ale także
umożliwiając
wykonywanie,
w trakcie pomiaru bądź oczyszczania, innych czynności laboratoryjnych. Od chwili powstania pierwszego HPLC, producenci prześcigają się w udoskonalaniu swoich chromatografów, co obok pozytywnych
aspektów, zaczęło przysparzać
niemało kłopotów z coraz to
bardziej skomplikowaną obsługą oraz nieintuicyjnym interfejsem. Obok wzrostu cen
tych oprogramowań aby pokryć wysiłki programistów, konsekwencją stała się potrzeba
prowadzenia dłuższych szkoleń,
a pełna umiejętność obsługi
wiązała się ze zwiększoną ilością
czasu praktyk.
Naprzeciw tym problemom
stanęło oprogramowanie chromatograficzne LP-chrom®.
Innowacyjność programu
LP-chrom
Aby w pełni zrozumieć zalety
programu LP-chrom należy
wziąć pod uwagę do jakich celów
najczęściej wykorzystywane są
44
chromatografy cieczowe w laboratoriach. Praca laboratorium
preparatywnego, bez względu
czy jest to firma, instytucja naukowa czy uczelnia wyższa, polega głównie na otrzymywaniu
zarówno nowych związków
chemicznych, jak i już znanych
celem wykonania dodatkowych
badań lub wynalezienia nowej
metody syntezy. Do osiągnięcia
zamierzonego celu zwykle wystarcza zarejestrowanie chromatogramu przy ustalonych
wartościach składu fazy ruchomej oraz warunków monitorowania, możliwość archiwizacji danych, a także także
podstawowej integracji pozwa-
lającej odczytać istotne dane,
takie jak czas retencji. Analityk
natomiast, aby oznaczać substancje chemiczne, potrzebuje
przeważnie również tych samych
funkcji.
Tak więc oprogramowanie LPchrom koncentruje się wyłącznie
na najpotrzebniejszych funkcjach, ignorując przy tym
operacje czysto kosmetyczne.
Wymagania systemowe,
komunikacja i instalacja
LP-chrom to ważąca zaledwie
kilka megabajtów aplikacja,
działająca na platformie Windows, począwszy od wersji 98.
Niewielkie wymagania systeLaborant Nr 3/2011
Oprogramowanie
mowe umożliwiają instalację nawet na starszych
komputerach. Najniższa, przetestowana w warunkach laboratoryjnych konfiguracja komputera,
na której LP-chrom działał bez zarzutu to procesor Intel Pentium III 500MHz, 128MB pamięci
RAM, system Windows 2000 SP2 oraz port USB
w wersji 1.1 Niewykluczone jednak iż nie sprawiałby problemu na niższych konfiguracjach. Ponieważ
pliki metod oraz zapisanych chromatogramów są
niewielkich rozmiarów, wymagana ilość miejsca na
dysku jest minimalna. Niskie wymagania programu, osiągnięte przez programistów dzięki starannej optymalizacji kodu źródłowego, umożliwiają
także jednoczesne działanie na komputerach
obsługujący inny, wymagający sprzęt laboratoryjny
(lub nawet wiele urządzeń jednocześnie).
Program LP-chrom komunikuje się z urządzeniami poprzez miniaturowych rozmiarów, analogowo – cyfrowy przetwornik, podłączany do jednego tylko portu USB komputera, z którego jest też
zasilany. Niewielka waga przetwornika umożliwia
schowanie za obsługiwany sprzęt (np. poprzez
przytwierdzenie do obudowy). Dzięki temu wszelkie okablowanie nie zajmuje dużo miejsca, tak jak
dzieje się to w przypadku nowoczesnych urządzeń,
podpiętych do niemałego switcha lub routera.
Z niektórymi urządzeniami program łączy się poprzez dedykowane kable komunikacyjne. Każdy
nowy szczęśliwy nabywca oprogramowania otrzymuje w pakiecie przetwornik lub dedykowane kable, w zależności od potrzeb.
Instalacja oprogramowania trwa bardzo krótko, nie wymaga też od użytkownika żadnej
szerszej wiedzy o komputerach. Podczas instalacji, praktycznie jedyną opcją nad którą musi
zastanowić się użytkownik to czy utworzyć ikonę
skrótu na pulpicie. LP-chrom podczas instalacji automatycznie konfiguruje ustawienia w zależności
od sprzętu z którym będzie współpracować. Gdyby
zaś zaszła potrzeba przyłączenia innego chromatografu (lub automatyczna konfiguracja zawiodłaby),
wystarczy tylko w ustawieniach programu wybrać
obsługiwany sprzęt z rozwijanego menu. Prostota tych operacji czyni użytkownika całkowicie
niezależnym od serwisanta.
okien ukazuje się zaraz po uruchomieniu. Tak
więc użytkownicy przyzwyczajeni do takiego
widoku, uruchamiając program LP-chrom po raz
pierwszy mogą ulec raczej średniemu wrażeniu.
Okno główne LP-chrom zawiera bowiem tylko
kilka najważniejszych ikon przycisków, pozostałe
opcje znajdują się w menu głównym programu,
oraz pod prawym przyciskiem myszy (rys. 1). Takie rozwiązanie bardzo ułatwia pracę z HPLC. Tak
więc program prawdziwie docenia się dopiero po
wykonaniu pierwszych analiz.
Rys 1. Okno główne programu LP-chrom po uruchomieniu
Szerzej o możliwościach LP-chrom
a) Zbieranie danych
Poprzez przetwornik LP-chrom jest w stanie
zebrać dane z dowolnego urządzenia posiadającego
wyjście analogowe. Funkcja ta przydatna jest nie
tylko dla detektorów HPLC (UV, konduktometryczne, fluorescencyjne), ale także znajduje zastosowanie przy GC, chromatografii kolumnowej
oraz jonowymiennej. Jeżeli nie mamy pewności
czy dane urządzenie takie wyjście posiada, wystarczy wykonać przyzwoitej rozdzielczości zdjęcie
tyłu obudowy i wysłać za pomocą poczty elektronicznej zapytanie do producenta. Chromatogram rysowany jest na ekranie komputera w czasie
rzeczywistym i jednocześnie zapisywany na dysku
komputera, a rozpoczęcie monitorowania i zbierania danych uruchomić można ręcznie, lub poprzez
zewnętrzny sygnał (np. z dozownika).
Pierwsze wrażenie
Najnowsza wersja programu przechwytuje także
W wielu współczesnych, a także starszych programach do HPLC, mnóstwo kolorowych ikon oraz sygnał z wybranych detektorów cyfrowych.
www.czasopismolaborant.pl
45
Oprogramowanie
b) Sterowanie zestawami HPLC
LP-chrom należy do nielicznej grupy programów
w swojej klasie, umożliwiających obsługę wielu
wybranych modeli chromatografów cieczowych.
Obecnie skutecznie współpracuje ze starszymi
urządzeniami takich firm jak Knauer, Kontron,
Beckman (w tym Beckman System Gold) a także
Gilson. Jednym z głównych kierunków rozwoju
programu jest powiększanie listy obsługiwanych
zestawów HPLC, włączając w to komponenty opcjonalne, takie jak autosampler (obecnie LP-chrom
obsługuje m.in. autosampler firmy Waters). Co
więcej, już w chwili obecnej możliwe jest łączenie,
obsługiwanych przez program, komponentów
HPLC różnych firm co znacznie ułatwi skompletowanie własnego zestawu, oraz powołanie do życia
chromatografu, w którym trudna lub niemożliwa
jest naprawa drobnej usterki, np. pompy lub
mieszalnika. W tym miejscu warto nadmienić że
starsze modele HPLC niczym nie ujmują trwałości
i bezawaryjności obecnym modelom. Nawet po
Rys 2. Okno bezpośredniego sterowania pompami posiada przycisk szybkiego resetowania przepływu, a także, w zależności od
obsługiwanego sprzętu, możliwość ustawienia dolnego oraz górnego
limitu przepływu.
Rys 3. Okno ustawień detektora pozwala na włączenie oraz wyłączenie
lampy, ustawienie długości fali, wyzerowanie wskazań oraz, w razie
potrzeby, kalibrację.
46
Rys 4 . Różne możliwości przeglądania chromatogramów w programie
LP-chrom. U góry: widmo otwarte w oknie głównym; po środku: dwa
widma na podzielonym oknie głównym; u dołu: dodatkowa możliwość
wyświetlenia w nowym oknie.
Laborant Nr 3/2011
Oprogramowanie
nadmiernej eksploatacji, wystarczy (gdy zajdzie
taka potrzeba) wymienić elementy zużywalne,
takie jak uszczelki czy zawory, po czym cieszyć się
kolejnymi latami użytkowania.
c) Przeglądanie chromatogramów
Zarówno dla wygody jak i potrzeb użytkownika,
LP-chrom umożliwia otwarcie chromatogramu
w oknie głównym, lub zupełnie nowym (rys 4).
Widma można na siebie nakładać, i to również
w trakcie trwania pomiaru, pozwalając śledzić
zmiany w czasie rzeczywistym. Dzięki temu nie
trzeba czekać do zakończenia analizy aby porównać wybrane widma.
d) Operacje na widmach
Rysowane widmo automatycznie dopasowuje
się do okna programu. Gdy zajdzie taka potrzeba, użytkownik ma do dyspozycji możliwość
rozciągania, przesuwania a także powiększania
wybranego fragmentu chromatogramu, również
podczas trwania analizy. Operacji tych dokonać
można wybierając odpowiednie opcje z menu pod
prawym przyciskiem myszy (rys. 1), lub przesuwając
kursorem po osiach X oraz Y, z jednoczesnym
przytrzymaniem klawisza Ctrl dla rozciągania lub
Shift dla przemieszczania.
Użytkownik musi jedynie wprowadzić wartości
udziału procentowego składników fazy ruchomej
(tryb gradientowy) oraz przepływu w zależności
od zadeklarowanego czasu, praktycznie bez
ograniczeń w ilości kroków. W polu “Comments”
można również dodać opcjonalny komentarz.
Utworzone w ten sposób metody można zapisać
na dysku twardym komputera. Jeżeli do systemu
podłączony będzie wspomniany wcześniej autosampler, każdą próbkę można analizować w innej,
utworzonej wcześniej metodzie.
W trybie pracy izokratycznej z jednym tylko eluentem, jedynym parametrem który może zostać
poddany zmianie w czasie to wartość przepływu.
Natomiast jeżeli LP-chrom ma za zadanie zbierać
tylko dane, bez obsługi pomp, tworzenie metody
ogranicza się jedynie do zadeklarowania czasu
zbierania danych.
Rys. 6. Klasyczna tabela tworzenia metody.
f) Integracja
Program pozwala na podstawową integrację zarejestrowanych widm chromatograficznych. Wyniki integracji przedstawiane sa na wykresie, oraz w
tabeli raportów (tabela raportów znajduje się pod
oknem chromatogrmu, i domyślnie jest wyłączona.
Możliwość włączenia tabeli znajduje się w menu
głównym programu). W oknie opcji integracji
Rys. 5. Opcje znajdujące się pod prawym przyciskiem myszy można ustawic minimum wysokości sygnałów
pozwalające na rozciąganie widma, powiększanie wybranego obszaru które mają zostać zanalizowane. Pozwala to na odoraz przesuwanie na wykresie
filtrowanie wszelkich mniejszych zanieczyszczeń
oraz niedostatki zużywających sie kolumn chroe) Proste tworzenie metod
matograficznych. Możliwe jest także wybranie do
W programie do tworzenia metody zastoso- czterech niezależnych regionów na widmie, które
wano klasyczne rozwiązanie tabeli przyrostu czasu. będą integrowane.
www.czasopismolaborant.pl
47
Oprogramowanie
w formacie PDF, który jest najdoskonalszą metodą
przesyłania widm poprzez pocztę elektroniczną,
oraz umożliwia łatwe publikowanie w Internecie.
h) Eksport do .txt, .jpg
Opcja eksportu chromatogramu to pliku tekstowego pozwala na otwarcie i edycję w innych
programach. Natomiast pliki obrazkowe .jpg (lub
.tif, .bmp, .png) umożliwiają łatwe zamieszczenie w
publikacji bądź prezentacji multimedialnej.
Rys. 7. Okno opcji integracji w programi LP-chrom.
g) Drukowanie
Opcja drukowania pozwala na utworzenie archiwum w postaci papierowej, lub dołączenie widma
do pisemnych protokołów analiz. Użytkownik ma
do dyspozycji możliwość wydruku samego widma lub raportu, a także obu opcji jednocześnie.
Dodatkowo LP-chrom doskonale współpracuje
z zewnętrznymi wtyczkami do tworzenia plików
Rys. 8. W menu proramu LP-chrom wybrać można możliwość
wydruku samego widma lub raportu, oraz jednego i drugiego
jednocześnie.
i) Wiele instancji
Aby oszczędzić miejsce na stole laboratoryjnym i/lub fundusze na zakup nowego komputera,
LP-chrom może sterować do czterech urządzeń
jednocześnie. Jest to możliwe poprzez uruchomienie więcej niż jednej instancji programu. Na
popularnych dziś panoramicznych monitorach,
ustawienie dwóch okien programu obok siebie
praktycznie nie wpływa na wygodę użytkowania.
Rozwój LP-chrom
LP-chrom to niewątpliwie jeden z najszybciej
rozwijanych programów chromatograficznych
na świecie. Aktualizacje pojawiają się kilka razy
do roku. Głównym kierunkiem rozwoju jest
powiększanie gamy obsługiwanych urządzeń.
Drugim priorytetem jest dodawanie kolejnych
funkcji, zgodnie z życzeniami naszych dotychczasowych klientów.
Podsumowanie
LP-chrom w swoich pierwszych kompilacjach
dedykowany był głównie dla mało wprawionych
chromatografistów, rozpoczynających przygodę z
HPLC oraz na pracownię studencką. Obecnie może
być śmiało polecany do każdego laboratorium
do zastosowań półprofesjonalnych. Obecnie
LP-chrom wykorzystywany jest w wielu
placówkach naukowych oraz firmach.
Oferta specjalna
Kupując wybrane chromatografy cieczowe z serwisów
hplc.com.pl oraz hplc24.pl, program LP-chrom do
sterowania oraz zbierania danych otrzymają Państwo gratis
48
Laborant Nr 3/2011

Podobne dokumenty