离子交换树脂概述

蛋白质提取
实验室分离用
蛋白质提取
平衡 上样吸附 洗脱 再生
蛋白质提取
Equilibration
anion exchange bead
+-
+- +-
+
+
+
-
蛋白质提取
Sample application and wash
--
-
+ -
+ -+ +
++
-
蛋白质提取
Elution
-
-
-
-
基本概念
离子交换树脂的特性
物理性能 ：
(1)外观。
(2)颗粒度。
(3)含水量。
(4)密度。
1)湿真密度。
2)湿视密度。
（5)机械强度。
（6)耐热性
化学性能： (1)交换反应的可逆性 (2)酸、碱性 (3)选择性。 (4)交换容量。 1)全交换容量。 2)工作交换容量。
基本概念
离子交换树脂的特性
特殊基团
基本概念
离子交换树脂的构成
基本概念
离子交换树脂的制备
离子交换树脂骨架的制备
基本概念
离子交换树脂的制备
苯乙烯系阳离子交换树脂的制备（磺化反应）
基本概念
离子交换树脂的制备
固体球形颗粒，多孔网状 结构；不溶于水；具有离子交换 特性的有机高分子聚电解质。
苯乙烯(单体) +
二乙烯苯(交联剂)
单位均为mg/L.
基本概念
离子交换树脂的特性
(四) 交联度
交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为7%~10%。 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的 离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。 在水中浸泡，形变小，较稳定。
基本概念
离子交换树脂的特性
(五) 溶胀性
吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：
共聚
ຫໍສະໝຸດ Baidu母体
功 能 H2SO4 基 反 应
R —SO3 H
母体 固定离子 可交换离子
基本概念
离子交换树脂的分类
按选择性
离子交 换树脂
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂 R—SO3H 弱酸性阳离子交换树脂 R—COOH 强碱性阴离子交换树脂 R NOH 弱碱性阴离子交换树脂 R—NH3OH
离子交换树脂概述
基本概念
概念
概念：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。
和其它吸附过程相比： 主要吸附水中离子态物质 交换剂的离子和水中离子进行等当量的交换
基本概念
发展史
基本概念
影响交换速度的因素
颗粒大小：愈小越快 交联度：交联度小，交换速度快 温度：越高越快 离子化合价：化合价与高，交换越快 离子大小：越小越快 搅拌速度：在一定程度上，越大越快 溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时，
浓度越大，交换速度越快
基本概念
水质软化
Na离子交换软化系统 2 R—Na+Ca (HCO3)2=R2—Ca+ 2NaHCO3 2R—Na+CaSO4= R2—Ca + Na2SO4 2 R—Na+MgCl2 = R2—Mg + 2NaCl2
溶胀率
V后 V前 V前
100%
溶胀的原因 水扩散到树脂交联网孔发生溶胀； 活性基团离解形成水合离子。
影响因素 树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。 活性基团：离解程度越大，溶胀率越大； 可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。
基本概念
离子交换树脂的特性
(六)交换容量
单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表示法) 可发生交换的活性基团数量。
(一) 外观
形状：透明或半透明的球状 珠体。
颜色：白、浅黄、赤褐色。
基本概念
离子交换树脂的特性
(二) 含水率
树脂孔隙内所含的水分，一般在40%～69%。 与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含水率高。
(三) 密度
干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。 表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度(视密度) 。
--
-
-
+ --
+ ++
+-
+-
+------+-+-----+++- -
蛋白质提取
Regeneration -+---- -+----+--+-------++--- -
蛋白质提取
Equilibration
Sample application and wash
--
anion
4 螯合性
5
6
两性 氧化还原
骨架代号 0
1
2
3
4
5
6
骨架类型 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
例如：001×7——(凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7 。 110×4——(凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4。 D201——大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。
基本概念
离子交换树脂的分类
按结构
离子交 换树脂
凝胶型 孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。 大孔型 孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。 等孔型 孔大、均匀，抗有机污染能力强。
基本概念
离子交换树脂的命名
基本概念
离子交换树脂的命名
分类代号 0
1
2
3
功能基 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性
✓ 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（可交换离子）
基本概念
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
酚醛树脂
OH + CH2O
聚乙烯树脂 活性基团
CH=CH2 +
CH=CH2
CH=CH2
交联剂
酸性基团
—SO3H —COOH
碱性基团 —N+R3 —NR2
容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。
重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。
EV = EW ×[湿比重×(1-含水率)]
全交换容量
工作交换容量
基本概念
离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
a(R—B)b++bAa+
特点： ▪ 符合质量作用定律; ▪ 等当量进行的同性离子的互换反应; ▪ 具有饱和性; ▪ 树脂母体和固定离子不发生变化。
✓ 1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象； ✓ 1876年Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系； ✓ 1935年人工合成了离子交换树脂； ✓ 1940年应用于工业生产； ✓ 1951年我国开始合成树脂。
基本概念
离子交换树脂的构成
✓ 离子交换树脂是一种不溶于酸碱和有机溶剂的网状 结构的功能高分子化合物.