2019年20离子交换层析.ppt
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离子交换层析
为准，其中pH值最重要
样品进柱
离子交换层析的基本操作
为了达到满意的分离效果，进样量一般为介质交换容量的10-20% 为了避免进样溶液中的离子强度过高，样品浓度不宜太高
交换容量：离子交换剂中全部可交换的离子或功能基团的总数
样品洗脱
恒定洗脱
离子交换层析的基本操作
分子浓度 离子强度
pH值
阶段洗脱
梯度洗脱
弱酸性阳离子交换剂在pH值降低时，其电离率逐渐降低，离子 交换能力逐渐减弱
弱碱性阴离子交换剂在pH值升高时，其电离率逐渐降低，离子 交换能力逐渐减弱
离子交换介质的基本性质
常用的离子交换剂
离子交换树脂：
最常见的离子交换树脂是含有酸性或碱性基团的人工合成的聚苯 乙烯-二乙烯苯不溶性高分子化合物
离子交换树脂的优点是：流速快，对小分子物质的交换容量大， 因而适合用于氨基酸、核苷酸等小分子生化物质的分离纯化
离子交换层析
离子交换层析的基本原理 离子交换介质的基本性质 离子交换介质的选择原则 离子交换层析的基本操作
离子交换层析的基本原理
离子交换层析是以离子交换剂为固定相，以特定的含离子溶液为 流动相，利用离子交换剂对待分离的各种离子结合力的差异，而将混 合物中不同离子进行分离的层析技术。
离子交换介质的基本性质
离子交换介质的基本性质
常用的离子交换剂
离子交换葡聚糖：
离子交换葡聚糖是葡聚糖经环氧氯丙烷交联后形成的具有多孔三 维空间网状结构和离子交换功能基团的多糖衍生物（Sephadex G） Sephadex的优点如下：
亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋白质、核 酸及其它生物分子的非特异性吸附能力小
10 20 30 40 50 60 70 80 90
样品进柱
离子交换层析的基本操作
为了达到满意的分离效果，进样量一般为介质交换容量的10-20% 为了避免进样溶液中的离子强度过高，样品浓度不宜太高
交换容量：离子交换剂中全部可交换的离子或功能基团的总数
样品洗脱
恒定洗脱
离子交换层析的基本操作
分子浓度 离子强度
pH值
阶段洗脱
梯度洗脱
弱酸性阳离子交换剂在pH值降低时，其电离率逐渐降低，离子 交换能力逐渐减弱
弱碱性阴离子交换剂在pH值升高时，其电离率逐渐降低，离子 交换能力逐渐减弱
离子交换介质的基本性质
常用的离子交换剂
离子交换树脂：
最常见的离子交换树脂是含有酸性或碱性基团的人工合成的聚苯 乙烯-二乙烯苯不溶性高分子化合物
离子交换树脂的优点是：流速快，对小分子物质的交换容量大， 因而适合用于氨基酸、核苷酸等小分子生化物质的分离纯化
离子交换层析
离子交换层析的基本原理 离子交换介质的基本性质 离子交换介质的选择原则 离子交换层析的基本操作
离子交换层析的基本原理
离子交换层析是以离子交换剂为固定相，以特定的含离子溶液为 流动相，利用离子交换剂对待分离的各种离子结合力的差异，而将混 合物中不同离子进行分离的层析技术。
离子交换介质的基本性质
离子交换介质的基本性质
常用的离子交换剂
离子交换葡聚糖：
离子交换葡聚糖是葡聚糖经环氧氯丙烷交联后形成的具有多孔三 维空间网状结构和离子交换功能基团的多糖衍生物（Sephadex G） Sephadex的优点如下：
亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋白质、核 酸及其它生物分子的非特异性吸附能力小
10 20 30 40 50 60 70 80 90
离子交换层析分离技术.ppt
三、“以”的连词用法
１、连接形容词，表示并列关系，译为“而”、“又”、 “而且”等。
①主严以明，将知以武。（《战国策·楚策一》） ②夫夷以近，则游者众；险以远，则至者少。《游褒禅 山记》 ２、连接动词或动词短语，表示动作行为的承接或先后， 可译为“而”或“来”，或者不译。 ①若潜师以来，国可得也。（《左传·僖公三十二年》） ②晋灵公不君，厚敛以彫墙。
3、连接状语和中心语，不译。 ①黔无驴，有好事者船载以入。
②倚柱而笑，箕踞以骂。（《史记·刺客列传》））
4、用在复句中，用来说明原因、目的 1）表示目的关系、结果关系，可译为“而”、“来”、 “用来”、“以致”等。 ①广故数言欲亡，忿恚尉，令辱之，以激怒其众。《陈 涉世家》 ②思厥先祖父,暴霜露、斩荆棘,以有尺寸之地。（苏洵 《六国论》） 2）表示因果关系，可译为“因为”。 ①晋侯秦伯围郑，以其无礼于晋，且贰于楚也。（《僖 公三十年》） ②诸侯以公子贤，多客，不敢加兵谋魏十余年。（《魏 公子列传》）
４、引进主动者，可译为“被”。 ①有决渎于殷周之世者，必为汤武笑矣。《五蠹》 ②身死人手，为天下笑者，何也？（《过秦论》）
三、“为”的连词用法
１、用在假设复句中，可译为“如果”、“假如”。 ①王甚喜人之掩口也，为见王，必掩口。（《韩非子·内 储说下》） ②秦为知之，必不救也。（《战国策·秦策四》）
美于徐公。（《战国策·齐策一》）
二、“以”的介词用法
１、引进动作“拿”、“凭”、“按照”、 “凭……身份”等。
①愿以十五城请易璧。（《史记·廉颇蔺相如列传》） ②余船以次俱进。（《资治通鉴·赤壁之战》） ③余朝京师，生以乡人子谒余。（宋濂《送东阳马生序》 ） 2、引进动作、行为所处置或涉及的对象。 可译为“把”。 ①复以弟子一人投河中。（《史记·滑稽列传》） ②秦亦不以城予赵，赵亦终不予秦璧。（《廉颇蔺相如列 传》
离子交换层析
C=C2-(C2-C1)(1-V)A2/A1
式中A1、A2分别代表两容器的截面积：C1、C2分别表示容器中溶液的浓度；V为流出体积对总体积之比。当 A1=A2时为线性梯度，当A1>A2时为凹形梯度，A1>A2时为凸形梯度。
洗脱时应满足以下要求：
①洗脱液体积应足够大，一般要几十倍于床体积，从而使分离的各峰不至于太拥挤。
已结合样品的离子交换前，可通过改变溶液的pH或改变离子强度的方法将结合物洗脱，也可同时改变pH与离 子强度。为了使复杂的组份分离完全，往往需要逐步改变pH或离子强度，其中最简单的方法是阶段洗脱法，即分 次将不同pH与离子强度的溶液加入，使不同成分逐步洗脱。由于这种洗脱pH与离子强度的变化大，使许多洗脱体 积相近的成分同时洗脱，纯度较差，不适宜精细的分离。最好的洗脱方法是连续梯度洗脱，洗脱装置见图16-6. 两个容器放于同一水平上，第一个容器盛有一定pH的缓冲液，第二个容器含有高盐浓度或不同pH的缓冲液，两容 器连通，第一个容器与柱相连，当溶液由第一容器流入柱时，第二容器中的溶液就会自动来补充，经搅拌与第一 容器的溶液相混合，这样流入柱中的缓冲液的洗脱能力即成梯度变化。第一容器中任何时间的浓度都可用下式进 行计算：
具体操作
加样与洗脱
预处理和装柱
洗脱
对于离子交换纤维素要用流水洗去少量碎的不易沉淀的颗粒，以保证有较好的均匀度，对于已溶胀好的产品 则不必经这一步骤。溶胀的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成为带H+或OH-的交换剂型。阴离子交换剂 常用“碱-酸-碱”处理，使最终转为-OH-型或盐型交换剂；对于阳离子交换剂则用“酸-碱-酸”处理，使最终转 为-H-型交换剂。
离子交换层析
生物大分子提纯方法
01 发展
03 具体操作
式中A1、A2分别代表两容器的截面积：C1、C2分别表示容器中溶液的浓度；V为流出体积对总体积之比。当 A1=A2时为线性梯度，当A1>A2时为凹形梯度，A1>A2时为凸形梯度。
洗脱时应满足以下要求：
①洗脱液体积应足够大，一般要几十倍于床体积，从而使分离的各峰不至于太拥挤。
已结合样品的离子交换前，可通过改变溶液的pH或改变离子强度的方法将结合物洗脱，也可同时改变pH与离 子强度。为了使复杂的组份分离完全，往往需要逐步改变pH或离子强度，其中最简单的方法是阶段洗脱法，即分 次将不同pH与离子强度的溶液加入，使不同成分逐步洗脱。由于这种洗脱pH与离子强度的变化大，使许多洗脱体 积相近的成分同时洗脱，纯度较差，不适宜精细的分离。最好的洗脱方法是连续梯度洗脱，洗脱装置见图16-6. 两个容器放于同一水平上，第一个容器盛有一定pH的缓冲液，第二个容器含有高盐浓度或不同pH的缓冲液，两容 器连通，第一个容器与柱相连，当溶液由第一容器流入柱时，第二容器中的溶液就会自动来补充，经搅拌与第一 容器的溶液相混合，这样流入柱中的缓冲液的洗脱能力即成梯度变化。第一容器中任何时间的浓度都可用下式进 行计算：
具体操作
加样与洗脱
预处理和装柱
洗脱
对于离子交换纤维素要用流水洗去少量碎的不易沉淀的颗粒，以保证有较好的均匀度，对于已溶胀好的产品 则不必经这一步骤。溶胀的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成为带H+或OH-的交换剂型。阴离子交换剂 常用“碱-酸-碱”处理，使最终转为-OH-型或盐型交换剂；对于阳离子交换剂则用“酸-碱-酸”处理，使最终转 为-H-型交换剂。
离子交换层析
生物大分子提纯方法
01 发展
03 具体操作
离子交换层析及应用页PPT文档
W m — 单体相重量
1.5 交换容量Q
交换容量 Q ：
是表示单位质量（每克）干树脂所能交换的离子（相 当于一价离子）的物质的量。其标志离子交换树脂交换能 量的大小，是衡量离子交换树脂性能的重要的参数。
可分为总交换容量和工作交换容量
总交换容量：是指离子交换剂所能提供交换离子的总量，
工作交换容量：在一定操作条件下实际测得的交换容量称 为。
使用 pH 范围 pH > 2 pH > 7
pH >10
阴离子交换树脂 交换基为碱性， 阴离子发生交换
螯合树脂
强碱型 —N+(CH3)3Cl- pH <12
弱碱型
—N+H3 OH—N+H2R OH-
pH < 4
—N+HR2 OH-
含有特殊螯合基团的树脂
两性交换树脂 电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
离子交换树脂的结构 带有活性基团的网状高分子聚合物
骨架
活性基团 酸性基团
—SO3H —COOH
酚醛树脂 聚乙烯树脂
OH + CH2O
C H =C H 2 +
C H =C H 2
C H =C H 2
交联剂
碱性基团
—N+R3 —NR2
特殊基团
树脂的网络骨架
离子交换树脂三维空间立体结构
1.2 离子交换树脂的分类
特点：活性基因存在于单体，交换容量大。
110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。
724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸 甲酯和二乙烯苯三元共聚而得 。
常用离子交换树脂特性表
20
1.3 树脂的命名
1.5 交换容量Q
交换容量 Q ：
是表示单位质量（每克）干树脂所能交换的离子（相 当于一价离子）的物质的量。其标志离子交换树脂交换能 量的大小，是衡量离子交换树脂性能的重要的参数。
可分为总交换容量和工作交换容量
总交换容量：是指离子交换剂所能提供交换离子的总量，
工作交换容量：在一定操作条件下实际测得的交换容量称 为。
使用 pH 范围 pH > 2 pH > 7
pH >10
阴离子交换树脂 交换基为碱性， 阴离子发生交换
螯合树脂
强碱型 —N+(CH3)3Cl- pH <12
弱碱型
—N+H3 OH—N+H2R OH-
pH < 4
—N+HR2 OH-
含有特殊螯合基团的树脂
两性交换树脂 电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
离子交换树脂的结构 带有活性基团的网状高分子聚合物
骨架
活性基团 酸性基团
—SO3H —COOH
酚醛树脂 聚乙烯树脂
OH + CH2O
C H =C H 2 +
C H =C H 2
C H =C H 2
交联剂
碱性基团
—N+R3 —NR2
特殊基团
树脂的网络骨架
离子交换树脂三维空间立体结构
1.2 离子交换树脂的分类
特点：活性基因存在于单体，交换容量大。
110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。
724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸 甲酯和二乙烯苯三元共聚而得 。
常用离子交换树脂特性表
20
1.3 树脂的命名
第四节 离子交换层析(第二章)
1、原理
生物大分子如蛋白质、核酸等多价电解质有不 同的分子大小及电荷排列方式。离子交换剂是通 过化学键合的方法向惰性支持物上连接可解离的 化学基团后的产物。可人为选择性地使其带有正 电荷或负电荷。当在一定pH下净电荷为负的蛋白 质分子可通过静电键结合到带正电荷的离子交换 剂(称为阴离子交换剂)上；反之，称为阳离子交 换剂。 大分子依其与离子交换剂亲和力的不同， 而在以不同牢度被吸附于离子交换剂，通过改变 离子强度或(和)pH使大分子再从离子交换剂上先 后被洗脱下来。
最高分辨率，细 颗粒，小制备量 (g/run, mg/run).
高分辨率，中等颗 粒度(30-40 m)。 可以扩大制备量。 一般分辨率，较大 制备量，较大颗 粒度(60-90 m)。 低分辨率，快速大 容量，大颗粒度 (90-200 m)
最高分辨率，细 颗粒，小制备量 (g/run, mg/run).
脱液的离子强度和pH值，这样各种氨基酸将以不 同的速度被洗脱下来，可以进行分离鉴定。全自 动氨基酸分析仪就是采用这种原理制成。
3)分离纯化生物大分子物质 离子交换层析是依据物质的带电性质的不 同来进行分离纯化的，是分离纯化蛋白质等生物 大分子的一种重要手段。
由于生物样品的复杂性，一般很难只经过一次 离子交换层析就达到高纯度，往往要与其它分离 方法结合使用。 使用离子交换层析分离样品要充分利用其 按带电性质来分离的特性，只要选择合适的条件， 通过离子交换层析可以得到较满意的分离效果。
6）样品的浓缩、脱盐 离子交换层析得到的样品往往盐的质量分 数较高，而且体积较大，样品质量分数较低。所以 一般离子交换层析得到的样品要进行浓缩、脱盐处 理。
柱层析装置：
层析柱、部分收集器、磁力搅拌器、恒流泵、检测器
生物分离工程离子交换层析(色谱)课件PPT
离子交换(IEC)的应用及特点
GFC — 主要用于产物的初步纯化和中后期脱盐 IEC — 是蛋白质、肽和核酸等生物产物的主要纯化 手段 IEC分离的特点：
（1）料液处理量大，具有浓缩作用，可在较高流速下操作； （2）应用范围广泛，优化操作条件可大幅度提高分离的 选择性，所需柱长较短； （3）产品回收率高； （4）商品化的离子交换剂种类多，选择余地大，价格也远低 于亲合吸附剂。
洗脱方式： 恒定洗脱法：洗脱液（流动相）的离子强度不变； 缺点：对于在吸附柱上分配系数相差较大的蛋白 质很难实现很好的分离。 线性梯度洗脱法或阶段梯度洗脱法： 除GFC以外的层析操作均采用此种方法。 在洗脱过程中，流动相的离子强度线性增大 或阶段梯度增大，因此溶质的分配系数连续降低， 移动速度逐渐增大，使恒定洗脱条件下难于脱附 的溶质得到洗脱。
三、HIC操作 上样及洗脱的一般规律： 在高盐浓度条件下，蛋白质与固定相疏水缔 合；浓度降低时，疏水作用减弱，逐步被洗脱下 来。一般用pH 6-8的盐水溶液[如（NH4）2SO4]。 盐的浓度影响蛋白质的疏水性，从而影响蛋白质 的保留值。 盐：Na2SO4，KH2PO4，NaHPO4，(NH4)2SO4，NH4OAc， KOAc，NaOAc，NaCl 盐析作用增强
是介于等度洗脱和线性洗脱中间 的洗脱手段 盐 浓 度
时 间
阶段梯度洗脱示意图
线性梯度洗脱和阶段梯度洗脱法的优缺点如下：
（1）线性梯度洗脱法： 优点：流动相离子强度（盐浓度）连续增大，不出现干 扰峰，操作范围广； 缺点：需要特殊的调配浓度梯度的设备。 （2）阶段梯度洗脱法： 优点：利用切换不同盐浓度的流动相溶液进行洗 脱，不 需要特殊梯度设备，操作简单； 缺点：因为流动相浓度不连续变化，容易出现干扰峰。 此外，容易出现多组分洗脱峰重叠的现象，因此 洗脱操作参数（如盐浓度，体积）的设计较困难。
离子交换层析
三、HIC操作
上样及洗脱的一般规律：
在高盐浓度条件下，蛋白质与固定相疏水缔合；浓度降低时，疏水作用减弱，逐步被洗脱下来。一般用pH 6-8的盐水溶液[如（NH4）2SO4]。盐的浓度影响蛋白质的疏水性，从而影响蛋白质的保留值。
盐：Na2SO4，KH2PO4，NaHPO4，(NH4)2SO4，NH4OAc，KOAc，NaOAc，NaCl
多缓冲剂：
多缓冲剂是两性电解质缓冲剂，由相对分子质量大小不一的各种多羧基多氨基化合物组成，存在各自的等电点。常用的多缓冲剂有Pharmacia公司生产的Polybuffer 96、Polybuffer 74和Pharmalyte等，缓冲pH范围分别为pH 9-6，pH 7-4和pH 10.5-8。在相应的缓冲pH范围内，各种多缓冲剂具有均衡的缓冲容量，在层析聚焦操作中提供平滑的pH梯度。
（3)疏水性吸附剂种类多，选择余地大，价格与离子交换剂相当。
羟基磷灰石层析
羟基磷灰石（hydroxyapatite, HAP):是一种磷酸钙晶体，基本分子结构为
一般认为，HAP的吸附主要基于钙高子和磷酸根离子的静电引力，即在HAP晶体表面存在两种不同的吸附晶面，各存在吸附点c点和P点，前者起阴离于交换作用，后者起阳离于交换作用．因此，在中性pH环境下酸性蛋白质(pI<7)主要吸附于c点，碱性蛋白质(PI>7)主要吸附于P点．利用磷酸盐缓冲液(K2HP04+KH2PO4）为流动相洗脱展开时，磷酸根离子在c点竞争性吸附，交换出酸性蛋白质，而K+在P点竞争性吸附，交换出碱性蛋白质。所以HAP层
POROS介质的大比表面积和溶质吸附容量。同时，扩散孔道长度小于lm，溶质扩散所需时间极短，大大降低了利用传统介质进行层析分离的扩散传质阻力。
上样及洗脱的一般规律：
在高盐浓度条件下，蛋白质与固定相疏水缔合；浓度降低时，疏水作用减弱，逐步被洗脱下来。一般用pH 6-8的盐水溶液[如（NH4）2SO4]。盐的浓度影响蛋白质的疏水性，从而影响蛋白质的保留值。
盐：Na2SO4，KH2PO4，NaHPO4，(NH4)2SO4，NH4OAc，KOAc，NaOAc，NaCl
多缓冲剂：
多缓冲剂是两性电解质缓冲剂，由相对分子质量大小不一的各种多羧基多氨基化合物组成，存在各自的等电点。常用的多缓冲剂有Pharmacia公司生产的Polybuffer 96、Polybuffer 74和Pharmalyte等，缓冲pH范围分别为pH 9-6，pH 7-4和pH 10.5-8。在相应的缓冲pH范围内，各种多缓冲剂具有均衡的缓冲容量，在层析聚焦操作中提供平滑的pH梯度。
（3)疏水性吸附剂种类多，选择余地大，价格与离子交换剂相当。
羟基磷灰石层析
羟基磷灰石（hydroxyapatite, HAP):是一种磷酸钙晶体，基本分子结构为
一般认为，HAP的吸附主要基于钙高子和磷酸根离子的静电引力，即在HAP晶体表面存在两种不同的吸附晶面，各存在吸附点c点和P点，前者起阴离于交换作用，后者起阳离于交换作用．因此，在中性pH环境下酸性蛋白质(pI<7)主要吸附于c点，碱性蛋白质(PI>7)主要吸附于P点．利用磷酸盐缓冲液(K2HP04+KH2PO4）为流动相洗脱展开时，磷酸根离子在c点竞争性吸附，交换出酸性蛋白质，而K+在P点竞争性吸附，交换出碱性蛋白质。所以HAP层
POROS介质的大比表面积和溶质吸附容量。同时，扩散孔道长度小于lm，溶质扩散所需时间极短，大大降低了利用传统介质进行层析分离的扩散传质阻力。
离子交换层析
离子交换层析是一种利用分离物表面的荷电离子或基团与带相反电荷的不溶性基质进行可逆交换的分离技术。其基本原理是先用蛋白质偶极离子置换基质官能团上的平衡离子，然后蛋白质本身又随着平衡离子的比例的增加而被置换下来。由于蛋白质各组分所带电荷的性质及电荷量的差异，被置换的速度不同，从而在层析过程中达到分离。离子交换剂是由基质、电荷基团和反离子构成，分为阴离子交换剂和阳离子交换剂。交换反应是离子交换层析的关键步骤，通过平衡常数可以表样品加载与洗涤、洗脱和再生等步骤。该技术广泛应用于生物分子的分离纯化，如蛋白质、DNA等，具有高分辨率、高容量和可重复性好等优点。通过改变洗脱液的盐离子强度和pH，可以实现不同蛋白质的洗脱，从而达到分离纯化的目的。
离子交换层析讲解
三、离子交换剂的种类和性质
• 可三方面性质对离子交换剂进行分类： • 1.离子交换剂的基质 • 2.离子交换剂的电荷基团 • 3.交换容量
三、离子交换剂的种类和性质
• 1.离子交换剂的基质 • 离子交换剂的大分子聚合物基质可以由多
种材料制成，如：聚苯乙烯离子交换剂、 纤维素（Cellulose）、球状纤维素 （Sephacel）、葡聚糖（Sephadex）、琼 脂糖（Sepharose）等等。
• 电荷基团与高分子聚合物共价结合，形成一个带
• •
电的可进行离子交换的基团。 平衡离子是结合于电荷基团上的相反离子，它能 与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。 平衡离子带正电的离子交换剂能与带正电的离子 基团发生交换作用，称为阳离子交换剂；平衡离 子带负电的离子交换剂与带负电的离子基团发生 交换作用，称为阴离子交换剂
• 离子交换层析是依据各种离子或离子化合物与离
• •
子交换剂的结合力不同而进行分离纯化的。 离子交换层析的固定相是离子交换剂，它是由一 类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的 化学反应共价结合上某种电荷基团形成的。 离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、 电荷基团和平衡离子。
二、基本原理
三、离子交换剂的种类和性质 3.交换容量
• 影响因素：
•
• •
• 影响交换容量的因素很多，主要可以分为两个方
面： 一方面是离子交换剂颗粒大小、颗粒内孔隙大小 以及所分离的样品组分的大小等的影响。 这些因素主要影响离子交换剂中能与样品组分进 行作用的有效表面积。样品组分与离子交换剂作 用的表面积越大当然交换容量越高。 一般离子交换剂的孔隙应尽量能够让样品组分进 入，这样样品组分与离子交换剂作用面积大。
离子交换柱层析法分离氨基酸(共19张PPT)
管进行光波吸收测定（测定570nm波长的光吸收 将层析管与恒流泵，恒流泵与梯度混合器联接。
试管太多，建议大家进行水浴时使用铝制试管架或100mL烧杯水浴，使用橡皮筋绑试管时一捆不要太多，否则中间的管容易脱出摔裂。
值）。以光吸收值为纵坐标，以洗脱体积为横坐 调节恒流泵流速，定时收集流出液并测量流出液的体积，根据流出液体积与所需时间计算其流速，反复调整测量直到流速约为1mL/min。
全部加在某一局限部位。
注意：平衡、加样、洗脱时都不能冲破树 脂表面
加样示意图
6.洗脱并收集:
将体积均70mL（建议适量多加）离子强度为 与的两种缓冲溶液分别加入到梯度混合器的两个 烧杯中。其中的加入到直接输出溶液的那个池， 如图
将层析管与恒流泵，恒流泵与梯度混合器联接。
同时开始用部分收集器开始收集洗脱液，管×50。
3、装柱
干净的烧杯内装入大约20mL树脂和10mL蒸馏水。
将层析管用层析管架固定在铁架台上适当高度， 一个同学一手手同学控制洗瓶加水的速度以及水流出的速度
注意：
1、装柱过程不可中断，倒树脂要缓慢均匀
2、刚开始倒树脂时，水流出速度要控制到很 小，同时可以适当多加点水。最后一段加水和放 水都要慢，装柱过程中水面一定不能低于树脂， 但也不能溢出。
18cm
端倒 面好 高平 的 整层 ，析 无管 气 泡 ， 约
4．平衡：
将层析管与恒流泵联接，从烧杯中吸取钠 离子强度为的柠檬酸缓冲液平衡层析柱，流出 液达床体积的四倍以上时，用pH试纸测流出的 液体的pH，直到和缓冲液的pH一样时（即试管
内的pH和缓冲液一样）即可上样。在平衡同时 进行调速：
调节恒流泵流速，定时收集流出液并测量流 出液的体积，根据流出液体积与所需时间计算其
试管太多，建议大家进行水浴时使用铝制试管架或100mL烧杯水浴，使用橡皮筋绑试管时一捆不要太多，否则中间的管容易脱出摔裂。
值）。以光吸收值为纵坐标，以洗脱体积为横坐 调节恒流泵流速，定时收集流出液并测量流出液的体积，根据流出液体积与所需时间计算其流速，反复调整测量直到流速约为1mL/min。
全部加在某一局限部位。
注意：平衡、加样、洗脱时都不能冲破树 脂表面
加样示意图
6.洗脱并收集:
将体积均70mL（建议适量多加）离子强度为 与的两种缓冲溶液分别加入到梯度混合器的两个 烧杯中。其中的加入到直接输出溶液的那个池， 如图
将层析管与恒流泵，恒流泵与梯度混合器联接。
同时开始用部分收集器开始收集洗脱液，管×50。
3、装柱
干净的烧杯内装入大约20mL树脂和10mL蒸馏水。
将层析管用层析管架固定在铁架台上适当高度， 一个同学一手手同学控制洗瓶加水的速度以及水流出的速度
注意：
1、装柱过程不可中断，倒树脂要缓慢均匀
2、刚开始倒树脂时，水流出速度要控制到很 小，同时可以适当多加点水。最后一段加水和放 水都要慢，装柱过程中水面一定不能低于树脂， 但也不能溢出。
18cm
端倒 面好 高平 的 整层 ，析 无管 气 泡 ， 约
4．平衡：
将层析管与恒流泵联接，从烧杯中吸取钠 离子强度为的柠檬酸缓冲液平衡层析柱，流出 液达床体积的四倍以上时，用pH试纸测流出的 液体的pH，直到和缓冲液的pH一样时（即试管
内的pH和缓冲液一样）即可上样。在平衡同时 进行调速：
调节恒流泵流速，定时收集流出液并测量流 出液的体积，根据流出液体积与所需时间计算其
离子交换层析 PPT
此类交换剂是在基质骨架上引入季胺[-N (CH3)3]、叔胺[N(CH3)2]、仲胺[-NHCH3]和伯胺[-NH2]基团后构成的。
依据胺基碱性的强弱,又可分为强碱性(含季胺基)、弱碱性 (含叔胺、仲胺基)及中强碱性(既含强碱性基团又含弱碱性基 团)三种阴离子交换剂。
它们与溶液中的离子进行交换时,反应式为:
依据电荷基团的强弱,可分为强酸型(带磺酸的基团,R－ SO3H)、中强酸型(含磷酸基团或亚磷酸基团,R－PO3H2)及 弱酸型(带羧基和酚基的树脂, R－COOH或R－苯环－OH) 三种。
这些交换剂在交换时,氢离子为外来的阳离子所取代,如下 式所示:
R－COOH＋Na+＝R－COONa＋＋H+
②阴离子交换剂
离子交换层析就是利用离子交换剂的荷电基团,吸附溶 液中相反电荷的离子或离子化合物,被吸附的物质随后为带 同类型电荷的其他离子所置换而被洗脱。由于各种离子或离 子化合物对交换剂的结合力不同,因而洗脱的速率有快有慢, 形成了层析层。
离子交换机理
❖ A+自溶液中扩散到树脂表面 ❖ A+从树脂表面进入树脂内部的
素（ DEAE-C ）
交换剂
— (CH 2 ) 2 N + H (C 2 H 5 ) 2
0.1~1.0
pH<8.6
氨基乙基纤维素 中等碱型阴离
（ AE-C ）
子交换剂
— (CH 2 ) 2 N + H 2
Ecteda 纤维素 （ ECTE-C ）
中等碱型阴离 子交换剂 — (CH 2 ) 2 N + (C 2 H 4 OH) 3
(2) 亲水性离子交换剂
与水亲和性较大,有纤维素、交联葡聚糖、交联琼脂糖等。 ①纤维素离子交换剂
依据胺基碱性的强弱,又可分为强碱性(含季胺基)、弱碱性 (含叔胺、仲胺基)及中强碱性(既含强碱性基团又含弱碱性基 团)三种阴离子交换剂。
它们与溶液中的离子进行交换时,反应式为:
依据电荷基团的强弱,可分为强酸型(带磺酸的基团,R－ SO3H)、中强酸型(含磷酸基团或亚磷酸基团,R－PO3H2)及 弱酸型(带羧基和酚基的树脂, R－COOH或R－苯环－OH) 三种。
这些交换剂在交换时,氢离子为外来的阳离子所取代,如下 式所示:
R－COOH＋Na+＝R－COONa＋＋H+
②阴离子交换剂
离子交换层析就是利用离子交换剂的荷电基团,吸附溶 液中相反电荷的离子或离子化合物,被吸附的物质随后为带 同类型电荷的其他离子所置换而被洗脱。由于各种离子或离 子化合物对交换剂的结合力不同,因而洗脱的速率有快有慢, 形成了层析层。
离子交换机理
❖ A+自溶液中扩散到树脂表面 ❖ A+从树脂表面进入树脂内部的
素（ DEAE-C ）
交换剂
— (CH 2 ) 2 N + H (C 2 H 5 ) 2
0.1~1.0
pH<8.6
氨基乙基纤维素 中等碱型阴离
（ AE-C ）
子交换剂
— (CH 2 ) 2 N + H 2
Ecteda 纤维素 （ ECTE-C ）
中等碱型阴离 子交换剂 — (CH 2 ) 2 N + (C 2 H 4 OH) 3
(2) 亲水性离子交换剂
与水亲和性较大,有纤维素、交联葡聚糖、交联琼脂糖等。 ①纤维素离子交换剂
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a
b
也称工作容量 （估计值） 图5-19 离子交换柱的穿透曲线
二、离子交换层析的知识准备
（一）离子交换层析原理
柱的利用率：亦即柱的容量对于一个交换过程能发挥的程度
柱的利用率η与a、b及柱中树脂层高H的关系为：
H (b a ) H
要提高柱的利用率就要减小(b-a)，即压缩工作区的高度，增大穿 透曲线的陡度。 溶液浓度 温度 影响工作区高度的因素 树脂粒度 工作区高度 装柱技术 若柱内有气泡和孔隙，则离子浓度 分布不仅在纵向，而且在横向也会 是不均匀的，穿透曲线因而变坏。 工作区高度 工作区高度
件，使对所处理的离子具有较高的选择性。或根据所带电 荷性质、化合价数、电离程度的不同，将离子混合物加以 分离。 (2)适应性强 处理对象从痕量物质到工业制备，范围 极其广泛，尤其适用于从大量样品浓集微量物质。 (3)多相操作，分离容易 由于离子交换是在固相和 液相间操作，通过交换树脂后，固、液相已实现分离，故 易于操作，便于维护。带有正电荷的称之为阴离子交换树 脂，而带有负电荷的称之为阳离子树脂。固定相是具有固 定离子的树脂。由于电中性的要求，固定离子吸引等量电 荷的反号离子。反号离子则因与固定离子亲和力大小的不 同而分离。某些无机物也可作为离子交换剂。
始从零上升的点，过了穿透 点之后，c/c0值呈S形曲线上 升，最后达到1.0，表明柱上 所有Na+已被H+置换完毕。 由于穿透在离子交换操作中 非常重要，所以这样的曲线 常称作穿透曲线。 流出体积a也称穿透体积， 它代表的容量称穿透容量。 在穿透曲线为对称的情况下， 体积b代表柱在该工作条件 下的工作容量。
离子交换树脂，含Ca2+的
原水流经软水器进入Na型 阳离子交换树脂层，因
Ca2+与树脂的亲和力比
Na+强，所以Ca2+能被Na 型阳离子交换树脂吸着，而
能将Na型阳离子交换树脂
上的Na+置换出来，软水器 下面流出来的即为去Ca2+
的软化水。这一过程即为离
子交换层析过程。
图5-17 水的软化流程
一、认识离子交换层析
(3) 离子在颗粒的带电部位进行交换，此步骤可在瞬间完成。
(4) 被交换下来的反离子扩散到交换剂颗粒的表面。 (5) 这些离子从交换剂的表面扩散到溶液中。
二、离子交换层析的知识准备
（二）离子交换层析介质的结构
三部分组成： 第一部分 是交联的三维网状骨架，称为母体结构； 第二部分 是固定在骨架上的功能基团，是带电基团，表示出离子
二、离子交换层析的知识准备
（一）离子交换层析原理
实例 盐酸与钠型树脂发生交换：在通过一定量盐酸溶液 后，柱上端已为盐酸所饱和，而下端仍然是钠型。柱上 端溶液中氢离子的浓度已同进入料液中氢离子的浓度 c0 相等，而柱下端溶液中的氢离子浓度却极低（理论 上虽不能认为等于零，但实际上可作零处理）。在中间 区域，无论在树脂相中还是在溶液中，Na+ 和 H+ 都是 并存的，但溶液中 H+ 的浓度 c 沿柱的方向由c0逐渐变 化至零。可以把中间这个区域称作工作区，其上部是饱 和区，下部是未用区。
二、离子交换层析的知识准备
（三）离子交换层析介质的分类
无机 水合氧化物、多价金属的酸性盐、杂多酸盐、 铝硅酸盐或亚铁氰化物 耐高温、耐辐射、对碱金属有较好的选择性 吸附容量小，一些物理和化学性能不够稳定 物理结构 凝胶型 大孔型 载体型 苯乙烯类 丙烯酸类 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系 工业级 食品级 分析级 医药级 床层专用 混合床专用 应用 的方 面有 限
按材料分
种
类 繁 多
原料单体 有机 （树脂）
用途
二、离子交换层析的知识准备
交换层析介质的基本性能；
第三部分 是与功能基团带相反电荷、可移动、能进行交换的活动离子。
这种可移动的活动离子称为反离子或抗衡离子或平衡离子，与 骨架上固定基团的电荷极性相反，二者之间以静电力相结合， 同时反离子可与溶液中带同种电荷的离子进行离子交换反应， 且这种交换反应是可逆的，在一定的条件下被交换的离子可以 “解吸”，使离子交换层析介质又恢复到原来的离子形态，所以 离子交换层析介质通过交换或再生可以反夏使用。
（一）离子交换层析
• 离子交换剂（离子交换层析介质、离子交 换树脂）在惰性载体上引入带有电荷的活性基团
即离子交换剂。
按活性功能基团带电荷性质不同 阳离子交换剂 — 带负电荷，与阳离子交换 阴离子交换剂 — 带正电荷，与阴离子交换
（二）离子交换层析的特点 (1)选择性高 可以选择合适的离子交换树脂和操作条
（二）离子交换层析的特点
(4)需再生 离子交换剂在使用后，其性能逐渐消失，
需经酸、碱再生而恢复使用，同时也将被分离组分洗脱 出来。 (5)离子交换反应是定量的 离子交换是溶液中被 分离组分与离子交换剂中可交换离子进行离子置换反应 的过程，且离子交换反应是定量进行的，即有Imol的离 子被离子交换剂吸附，就必然有Imol的另一同性离子从 离子交换剂中释放出来。
二、离子交换层析的知识准备
（一）离子交换层析原理
五个步骤：
(1) 溶液中的离子向交换剂的表面扩散，在均匀的溶液中此
步骤进行的速率较快。
(2) 溶液中离子进入交换剂颗粒内部，通过孔道向带电部位 扩散，此扩散速率的大小受离子与孔道的相对大小的限制，对 于尺寸较大的离子，扩散速率要慢一点，这一步骤是影响离子 交换反应速率的主要因素。
饱和区
工作区
未用区
图5 -18
氢离子（盐酸溶液）和钠离子在树脂上的交换
二、离子交换层析的知识准备
（一）离子交换层析原理
带电荷量少，亲和力小的先 被洗脱下来，带电荷量多，亲和 力大的后被洗脱下来。
二、离子交换层析的知识准备
（一）离子交换层析原理
穿透点：工作区已达到柱下端的信号，这一点叫作H+的穿透ห้องสมุดไป่ตู้ 穿透曲线：图中比值c/c0开
模块五
层 析
项目二 离子交换层析
一、认识离子交换层析
（一）离子交换层析
离子交换层析 是用离子交换剂（具有离子
交换性能的物质）作固定相，利用它与流动 相中的离子能进行可逆的交换性质来分离离 子型化合物的层析方法。 即溶液中的离子同离子交换剂上功能基团 交换反应的过程。
实例 在软水器内装有Na型阳