离子交换色谱
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离子交换色谱
Ion exchange chromatography,IEC
2018/6/8
内
容
一、离子交换色谱的基本原理
二、离子交换剂的基本性质
三、离子交换介质的选择原则
四、离子交换色谱的基本操作
一、基本原理
1、基本原理
以离子交换树脂等作为固定相，树脂上具有固定离子基 团及可交换的离子基团。当流动相带着组分电离生成的 离子通过固定相时，组分离子与树脂上可交换的离子基 团进行可逆变换。根据组分离子对树脂亲合力不同而得 到分离。
2、平衡常数
离子交换反应和其他化学反应一样，完全服从质量作用定律，且 离子交换剂与溶液中的离子或离子化合物所进行的离子交换反应 是可逆的。 阳离子交换剂RA，在溶液中解离出阳离子A+与溶液中的阳离子B+ 发生可逆交换反应：RA+B+ ⇋RB+A+
离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力，离子交换剂的 选择性可用平衡常数K表示：
2、缓冲液的选择
（1）对于两性蛋白质
+
等电点 蛋 白 质 净 电 荷 吸附阴离子交换剂 pH
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
来说，缓冲液的pH决定
蛋白质在该缓冲体系下 所带的电荷， 以一个pI为5的蛋白为 例：
吸附阳离子交换剂
-
图2 蛋白质静电荷与pH的关系
pH < pI（+） pH = pI（0） pH > pI（-）
中解离且较稳定的物质；弱型则适宜用来分离生物大分子，活性不
易丧失。 （3）在分离生物大分子物质时，由于亲水性基质对被分离物质的
吸附和洗脱都比较温和，生物活性不易破坏而常被选用。
（4）交换容量：通常选用离子交换剂与溶液中离子或离子化合物 进行交换能力较大的介质。
（5）交换速度：一般选用交换速度快的介质。
（2）在离子交换剂的交换容量固定的情况下，起始缓 冲液的浓度应尽可能的低
（3）缓冲液离子不影响被分离蛋白或干扰其活性，同 时不应影响目标蛋白的溶解度。
四、离子交换色谱的基本操作
图3 IEC装置示意图
（一）交换剂的预处理、再生 （1）用水浸透使干树脂吸水溶胀，再用酸、碱 处理除去水中的不溶性杂质。 （2）再生是指将用过的离子交换剂恢复原状的
[ RB][ A] K [ RA][B ]
1
2
3
4
5
反离子
样品溶液 图1 IEC原理示意图
梯度溶液
1-平衡阶段：离子交换剂与反离子结合 2-吸附阶段：样品与反离子进行交换
3,4-梯度缓冲液洗脱，先洗下弱吸附物质，再洗下强吸附物质
5-再生阶段：原始平衡缓冲液进行充分洗脱，即可重复使用
二、离子交换剂的基本性质
（2）阴离子交换剂
阴离子交换树脂是在基质骨架上引入伯胺[-NH2]、仲胺[-NHCH3]、 叔胺[-N(CH3)2]和季胺[-N+(CH3)3]基团后构成的。
2、亲水性离子交换剂
基质为与水亲和力较大的天然或人工的化合物
（1）纤维素离子交换剂
以微晶纤维素为基质，再引入电荷基团构成，最为广泛使用的是 二乙氨基乙基（DEAE-）纤维素和羧甲基（CM-）纤维素。
处理过程。
（二）交换剂装柱
（1）离子交换色谱柱的选用
（2）装柱 垂直装柱，严防气泡和断层。
当所用的交换剂与待分离物质各组分之间亲和力差 不多而需要交换剂体积较大时，以增加柱长为宜，
使待分离组分被洗脱后再结合于交换剂上的概率增
加。柱的直径与高度比以1:20左右为宜。 如采用离子强度较大的洗脱液梯度洗脱时，以选用 粗而短的柱子为宜，因为当柱上洗脱液的离子强度 高到足以完全取代被吸附离子时，这些被置换的离 子则以同洗脱液等速率向下移动，如果柱细长，就 增加了脱附离子扩散的机会。
1、离子交换剂应具备高度的不溶性，保证在各种溶剂
中不会发生溶解；
2、具备稳定的理化性质，不能因物理化学变化而发生 分解； 3、具有较大的表面积或疏松的孔状结构，确保交换离 子自由地发生扩散和交换。
离子交换剂
1、疏水性离子交换剂
与水亲和力较小的人工合成树脂 （1）阳离子交换剂 阳离子交换树脂具有酸性基团，电荷基团带负电，反离子带正电， 可与溶液中的阳离子或带正电荷的化合物进行交换反应。
（三）样品上柱、洗脱和收集
（1）上柱
（2）洗脱
IEC中的洗脱是至关重要的一步，从交换剂上把被吸附 的物质洗脱下来，有两种方法：一种是增加离子强度， 置换出被吸附的离子；另一种是改变pH，使被吸附的 离子解离度降低，减弱其对交换剂的亲和力而被脱附。
（3）收集
用部分收集器分部收集，收集体积一般为柱体积的 1%~2%。
（2）交联葡聚糖离子交换剂
以交联葡聚糖G-25和G-50为基质，通过化学方法引入电荷而制成 的。
百度文库
（3）琼脂糖离子交换剂
以交联琼脂糖CL-6B为基质，引入电荷基团而构成。
三、离子交换剂的选择原则
1、离子交换剂的选择
（1）如果被分离物质带正电荷，则选用阳离子交换剂；如果带负
电荷，应选用阴离子交换剂。 （2）强型离子交换剂适用的pH范围很广，用来分离一些在极端pH
Thank you ！
Ion exchange chromatography,IEC
2018/6/8
内
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一、离子交换色谱的基本原理
二、离子交换剂的基本性质
三、离子交换介质的选择原则
四、离子交换色谱的基本操作
一、基本原理
1、基本原理
以离子交换树脂等作为固定相，树脂上具有固定离子基 团及可交换的离子基团。当流动相带着组分电离生成的 离子通过固定相时，组分离子与树脂上可交换的离子基 团进行可逆变换。根据组分离子对树脂亲合力不同而得 到分离。
2、平衡常数
离子交换反应和其他化学反应一样，完全服从质量作用定律，且 离子交换剂与溶液中的离子或离子化合物所进行的离子交换反应 是可逆的。 阳离子交换剂RA，在溶液中解离出阳离子A+与溶液中的阳离子B+ 发生可逆交换反应：RA+B+ ⇋RB+A+
离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力，离子交换剂的 选择性可用平衡常数K表示：
2、缓冲液的选择
（1）对于两性蛋白质
+
等电点 蛋 白 质 净 电 荷 吸附阴离子交换剂 pH
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
来说，缓冲液的pH决定
蛋白质在该缓冲体系下 所带的电荷， 以一个pI为5的蛋白为 例：
吸附阳离子交换剂
-
图2 蛋白质静电荷与pH的关系
pH < pI（+） pH = pI（0） pH > pI（-）
中解离且较稳定的物质；弱型则适宜用来分离生物大分子，活性不
易丧失。 （3）在分离生物大分子物质时，由于亲水性基质对被分离物质的
吸附和洗脱都比较温和，生物活性不易破坏而常被选用。
（4）交换容量：通常选用离子交换剂与溶液中离子或离子化合物 进行交换能力较大的介质。
（5）交换速度：一般选用交换速度快的介质。
（2）在离子交换剂的交换容量固定的情况下，起始缓 冲液的浓度应尽可能的低
（3）缓冲液离子不影响被分离蛋白或干扰其活性，同 时不应影响目标蛋白的溶解度。
四、离子交换色谱的基本操作
图3 IEC装置示意图
（一）交换剂的预处理、再生 （1）用水浸透使干树脂吸水溶胀，再用酸、碱 处理除去水中的不溶性杂质。 （2）再生是指将用过的离子交换剂恢复原状的
[ RB][ A] K [ RA][B ]
1
2
3
4
5
反离子
样品溶液 图1 IEC原理示意图
梯度溶液
1-平衡阶段：离子交换剂与反离子结合 2-吸附阶段：样品与反离子进行交换
3,4-梯度缓冲液洗脱，先洗下弱吸附物质，再洗下强吸附物质
5-再生阶段：原始平衡缓冲液进行充分洗脱，即可重复使用
二、离子交换剂的基本性质
（2）阴离子交换剂
阴离子交换树脂是在基质骨架上引入伯胺[-NH2]、仲胺[-NHCH3]、 叔胺[-N(CH3)2]和季胺[-N+(CH3)3]基团后构成的。
2、亲水性离子交换剂
基质为与水亲和力较大的天然或人工的化合物
（1）纤维素离子交换剂
以微晶纤维素为基质，再引入电荷基团构成，最为广泛使用的是 二乙氨基乙基（DEAE-）纤维素和羧甲基（CM-）纤维素。
处理过程。
（二）交换剂装柱
（1）离子交换色谱柱的选用
（2）装柱 垂直装柱，严防气泡和断层。
当所用的交换剂与待分离物质各组分之间亲和力差 不多而需要交换剂体积较大时，以增加柱长为宜，
使待分离组分被洗脱后再结合于交换剂上的概率增
加。柱的直径与高度比以1:20左右为宜。 如采用离子强度较大的洗脱液梯度洗脱时，以选用 粗而短的柱子为宜，因为当柱上洗脱液的离子强度 高到足以完全取代被吸附离子时，这些被置换的离 子则以同洗脱液等速率向下移动，如果柱细长，就 增加了脱附离子扩散的机会。
1、离子交换剂应具备高度的不溶性，保证在各种溶剂
中不会发生溶解；
2、具备稳定的理化性质，不能因物理化学变化而发生 分解； 3、具有较大的表面积或疏松的孔状结构，确保交换离 子自由地发生扩散和交换。
离子交换剂
1、疏水性离子交换剂
与水亲和力较小的人工合成树脂 （1）阳离子交换剂 阳离子交换树脂具有酸性基团，电荷基团带负电，反离子带正电， 可与溶液中的阳离子或带正电荷的化合物进行交换反应。
（三）样品上柱、洗脱和收集
（1）上柱
（2）洗脱
IEC中的洗脱是至关重要的一步，从交换剂上把被吸附 的物质洗脱下来，有两种方法：一种是增加离子强度， 置换出被吸附的离子；另一种是改变pH，使被吸附的 离子解离度降低，减弱其对交换剂的亲和力而被脱附。
（3）收集
用部分收集器分部收集，收集体积一般为柱体积的 1%~2%。
（2）交联葡聚糖离子交换剂
以交联葡聚糖G-25和G-50为基质，通过化学方法引入电荷而制成 的。
百度文库
（3）琼脂糖离子交换剂
以交联琼脂糖CL-6B为基质，引入电荷基团而构成。
三、离子交换剂的选择原则
1、离子交换剂的选择
（1）如果被分离物质带正电荷，则选用阳离子交换剂；如果带负
电荷，应选用阴离子交换剂。 （2）强型离子交换剂适用的pH范围很广，用来分离一些在极端pH
Thank you ！