离子交换PPT课件
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分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少； 树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和
范德华力等辅助力；
28
氢型磺酸树脂吸附丙氨酸:
RSO3-H++H3+NR1COO -
RSO3-H3+NR1COO-H+
酸洗脱丙氨酸:
RSO3-H3+NR1COOH
RSO3-H++H3N+R1COOH
钠型磺酸树脂吸附丙氨酸:
23
葡聚糖凝胶离子交换树脂 采用淀粉或蔗糖制备。 骨架为葡聚糖凝胶sephadex，根据功能基团的 不同，亦可分为阳离子交换和阴离子交换树脂 常用的葡聚糖凝胶离子交换树脂： CM-sephadex C-25、 DEAE-sephadex A-25等
24
除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛的功能， 提高了分离的效率.
2.5
7
8
9
8.0
9.0
9.0
H＋和弱酸阳离子树脂的结合力很强，容易再生。
9
10
新型离子交换树脂
大孔离子交换树脂 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同 的骨架结构， 在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再 引入化学功能基团，便可得到大孔离子交 换树脂
11
大孔离子交换树脂的优点
通过在合成时加入惰性致孔剂，克服了 普通凝胶树脂由于溶胀现象，产生的 “暂时孔”现象，从而强化了离子交换 的功能；
RSO3-Na++H3+NR1COO-
RSO3-H3+NR1COO-Na+
29
30
离子交换操作方法
树脂预处理 离子交换吸附 洗脱
弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH, -OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基团；
强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团， 如三甲胺基或二甲基-ß-羟基乙基胺基；
弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲 胺，碱性较弱；
8
羧酸阳离子交换树脂在不同pH下的交换容量
pH
5
6
交换容量（meq/g） 0.8
缺点： 装填密度小、体积交换量小、洗脱剂用量多，价格高，一次性 投资较大等缺点
13
其它离子交换树脂类型
两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂； 均孔型离子交换树脂：主要是阴离子型凝
胶离子交换树脂，孔径均匀，交换容量高、机 械强度好；
螯合树脂：树脂上含有具有螯合能力的基团，
既可以形成离子键，又可以形成配位键；主要 用于脱除金属离子；
（可交换离子）
3
树脂的网络骨架
4
5
离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
6
7
常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
交换容量 表征活性基团的性能参数
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
27
影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
14
离子交换纤维素和离子交换葡聚糖
➢亲水性离子交换剂。 ➢都是由葡萄糖聚合而成的大分子物质，在分子 中带有很多羟基，通过化学反应可引入活性离子 的基团，从而具备离子交换剂的性质。
15
多糖基离子交换树脂
离子交换纤维素特别适用于分离那些水溶性的 大分子物质，如蛋白质、多糖、酸性多糖等。
19
20
21
交换体系中缓冲盐的浓度不宜高(一般控制在 0.001～0.02mol/L之间)，过高会大大减少蛋白 质的吸附量。
22
Fra Baidu bibliotek
离子交换纤维素的解吸
升高pH值,降低pH值,增加离子强度 H2N-P表示蛋白质, C表示纤维素。
离子交换层析
1
离子交换(ion exchange)
利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液 中的待分离组分，依据其电荷差异，依 靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适 的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来， 达到分离的目的。
2
离子交换树脂的构成
具有三维空间离体结构的网络骨架 联接在骨架上的活性基团 活性基团所带的相反电荷的活性离子
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
16
CMC Cation Exchanger
减少了凝胶树脂在离子交换过程中的 “有机污染”现象（大分子不易洗脱）；
可以通过致孔剂选择调整孔径大小、树 脂的比表面积，以适应不同的分离要求。
12
和凝胶树脂比较，大孔树脂有以下特点： 1。交联度高、溶胀度小，有较好的理化稳定性； 2。有较大的孔度、孔径和比表面，给离子交换提供良好的接触 条件，交换速度快，有较好的抗有机污染性能； 其永久性孔隙在水化作用时起缓冲作用，耐胀缩不易破碎； 3。 流体阻力小，工艺参数比较稳定。
17
DEAE anion exchanger
18
离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团排列疏散，对大分 子的吸附不是太牢固，用温和的条件便可将其 洗脱下来，因此不致引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
优点：载体亲水，对生物大分子变性小，分 辨率高。比纤维素树脂交换容量大。
缺点：洗脱液pH或离子强度变化时，凝胶体 积变化大，影响流速。
25
26
离子交换树脂的性能参数 交联度 表征骨架性能的参数 是指交联剂在反应物中所占的质量分数 交联度大， 树脂孔隙 小 ，交换反应速度 慢 ，选择性 高 。
交联度小， 树脂孔隙 大 ，交换反应速度 快 ，选择性 低 。 氨基酸的分离，交联度8 %， 多肽的分离 2 ~ 4 %
范德华力等辅助力；
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氢型磺酸树脂吸附丙氨酸:
RSO3-H++H3+NR1COO -
RSO3-H3+NR1COO-H+
酸洗脱丙氨酸:
RSO3-H3+NR1COOH
RSO3-H++H3N+R1COOH
钠型磺酸树脂吸附丙氨酸:
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葡聚糖凝胶离子交换树脂 采用淀粉或蔗糖制备。 骨架为葡聚糖凝胶sephadex，根据功能基团的 不同，亦可分为阳离子交换和阴离子交换树脂 常用的葡聚糖凝胶离子交换树脂： CM-sephadex C-25、 DEAE-sephadex A-25等
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除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛的功能， 提高了分离的效率.
2.5
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H＋和弱酸阳离子树脂的结合力很强，容易再生。
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新型离子交换树脂
大孔离子交换树脂 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同 的骨架结构， 在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再 引入化学功能基团，便可得到大孔离子交 换树脂
11
大孔离子交换树脂的优点
通过在合成时加入惰性致孔剂，克服了 普通凝胶树脂由于溶胀现象，产生的 “暂时孔”现象，从而强化了离子交换 的功能；
RSO3-Na++H3+NR1COO-
RSO3-H3+NR1COO-Na+
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离子交换操作方法
树脂预处理 离子交换吸附 洗脱
弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH, -OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基团；
强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团， 如三甲胺基或二甲基-ß-羟基乙基胺基；
弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲 胺，碱性较弱；
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羧酸阳离子交换树脂在不同pH下的交换容量
pH
5
6
交换容量（meq/g） 0.8
缺点： 装填密度小、体积交换量小、洗脱剂用量多，价格高，一次性 投资较大等缺点
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其它离子交换树脂类型
两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂； 均孔型离子交换树脂：主要是阴离子型凝
胶离子交换树脂，孔径均匀，交换容量高、机 械强度好；
螯合树脂：树脂上含有具有螯合能力的基团，
既可以形成离子键，又可以形成配位键；主要 用于脱除金属离子；
（可交换离子）
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树脂的网络骨架
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离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
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常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
交换容量 表征活性基团的性能参数
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
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影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
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离子交换纤维素和离子交换葡聚糖
➢亲水性离子交换剂。 ➢都是由葡萄糖聚合而成的大分子物质，在分子 中带有很多羟基，通过化学反应可引入活性离子 的基团，从而具备离子交换剂的性质。
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多糖基离子交换树脂
离子交换纤维素特别适用于分离那些水溶性的 大分子物质，如蛋白质、多糖、酸性多糖等。
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交换体系中缓冲盐的浓度不宜高(一般控制在 0.001～0.02mol/L之间)，过高会大大减少蛋白 质的吸附量。
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Fra Baidu bibliotek
离子交换纤维素的解吸
升高pH值,降低pH值,增加离子强度 H2N-P表示蛋白质, C表示纤维素。
离子交换层析
1
离子交换(ion exchange)
利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液 中的待分离组分，依据其电荷差异，依 靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适 的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来， 达到分离的目的。
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离子交换树脂的构成
具有三维空间离体结构的网络骨架 联接在骨架上的活性基团 活性基团所带的相反电荷的活性离子
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
16
CMC Cation Exchanger
减少了凝胶树脂在离子交换过程中的 “有机污染”现象（大分子不易洗脱）；
可以通过致孔剂选择调整孔径大小、树 脂的比表面积，以适应不同的分离要求。
12
和凝胶树脂比较，大孔树脂有以下特点： 1。交联度高、溶胀度小，有较好的理化稳定性； 2。有较大的孔度、孔径和比表面，给离子交换提供良好的接触 条件，交换速度快，有较好的抗有机污染性能； 其永久性孔隙在水化作用时起缓冲作用，耐胀缩不易破碎； 3。 流体阻力小，工艺参数比较稳定。
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DEAE anion exchanger
18
离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团排列疏散，对大分 子的吸附不是太牢固，用温和的条件便可将其 洗脱下来，因此不致引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
优点：载体亲水，对生物大分子变性小，分 辨率高。比纤维素树脂交换容量大。
缺点：洗脱液pH或离子强度变化时，凝胶体 积变化大，影响流速。
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离子交换树脂的性能参数 交联度 表征骨架性能的参数 是指交联剂在反应物中所占的质量分数 交联度大， 树脂孔隙 小 ，交换反应速度 慢 ，选择性 高 。
交联度小， 树脂孔隙 大 ，交换反应速度 快 ，选择性 低 。 氨基酸的分离，交联度8 %， 多肽的分离 2 ~ 4 %