离子交换层析分离技术

一、离子交换剂的组成结构及其特性
基质 子
电荷基团 反离 商品名
纤维素 —O—CH2——COO- ·Na+ CM-纤维素
N 纤维素-O-（CH2）2- +H（C2H5）2 ·Cl- DEAE-纤维素
聚苯乙烯—————SO3-· Na+ 732阳离子树 脂
聚苯乙烯——N+（CH2）
4 ·Cl-
717阴离子树 脂
交换容 m量 m/g o（ ） l离子测 交得 换的 介蛋 g质 ） 白 m 的 或 质 ） g质 体 质 m量 ） 积 l量 （
第三节 离子交换剂与缓冲液的选择 一、离子交换剂的选择 二、缓冲液的选择
一、离子交换剂的选择
必须考虑的影响因素 1．阴、阳离子交换剂的选择 2．强、弱离子交换剂的选择 3．不同离子型交换剂的选择 4．不同基质离子交换剂的选择
一价离子：Li+＜Na+＜K+＜Rb+＜Cs+ 二价离子：Mg2+＜Ca2+＜Sr2+＜Ba2+ 一价阴离子：F-＜Cl-＜Br-＜I不同价阳离子：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Ti4+
磺酸基树脂和季胺基树脂 对各种离子的相对选择系数
阳离子树脂
反离子 相对选择系数
H+
1.0
Na+
1.5
NH4+
1.95
必须考虑的因素
①要求 高度的不溶性和疏松的多孔结构或巨大的表面 积，较多的交换基团和稳定的物理化学性质
② 影响因素 对样品生物活性和可溶性的影响 pH对交换基团、分离物电荷及电性强弱的影响 分子大小及共存物质的影响
1．阴、阳离子交换剂的选择
参照电泳结果 测定pI 确定稳定pH范围
碱性分子在偏酸性环境中稳定：细胞色素c 酸性分子在偏碱性环境中稳定：核酸、HCG
交换容量 mm（o/gl）离测 子得 交[的 O换H（ 介 ] m质 mo） 的 gl） 质量
凝胶或纤维类弱碱型阴离子或弱酸性阳离子交换介 质换容量的测定方法
取一定量的离子交换介质，漂洗干净，用1mol ／L的NaCl处理，去离子水洗至中性，缓冲液平衡， 用已知蛋白的浓度样品过柱吸附，直至柱内的介质 吸附的量达到饱和。用一定浓度的NaCl或其他的 洗脱剂洗脱，收集洗脱液，测定洗脱液中的蛋白质 的浓度，按如下计算公式交换容量。
计算公式如下：
交换容量 mm （o/gl）离测 子得 交[的 H 换（ ]介 m质 mo） 的 lg） 质量
强碱型阴离子交换介质 交换容量的测定方法
取一定量的离子交换介质，去离子水溶胀，漂洗 干净，用1mol／L的HCl处理，去离子水洗至中性， 1mol／L的NaOH处理，去离子水洗至中性。然后 用1mol／L的NaCl洗脱，收集洗脱液，再通过已 标定的HCl滴定洗脱液中的氢氧根离子浓度，计算 出吸附氢氧根离子的毫摩尔数量，除以离子交换介 质的质量即可得到交换容量。计算公式如下：
聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂的制备
离子交换树脂的形状结构示意图
二、离子交换剂的选择性
1、平衡常数 2、选择性与离子的电荷及
水合离子半径的关系 3、离子浓度对选择性的影响 4、两性物质的选择性
1、平衡常数
RA + B+
RB + A+
K值BA反映离子交换剂对不同
离子的结合力或选择性，称
KAB
[RB][A ] [RA][B ]
为选择系数，此外平衡的移 动遵循质量作用定律 若KBA值＞1，即[RB]＞[RA]，
[A][B]时， KA B[[R RB A ]] 若若KKBBAA值值＝＜11，，即即[R[RBB]＝]＜[R[RAA],]，
2、选择性与离子的电荷及 水合离子半径的关系
离子交换剂与各种水合离子的结合力是与 离子的电荷量成正比，而与水合离子半径 的平方成反比。
第 九 章 离子交换层析
第一节 离子交换层析基本原理 第二节 离子交换剂的分类与性质 第三节 离子交换剂与缓冲液的选择 第四节 离子交换拄层析操作方法 第五节 离子交换拄层析应用
第一节 离子交换层析基本原理
一、离子交换剂的组成结构及其的特性 二、离子交换剂的选择性 三、离子交换柱层析原理示意图
离
子
OH-
交 换 R-N+（CH3）2 OH- + H2O == R-N+（CH3）2
剂
H·OH-
2．亲水性离子交换剂
磷酸纤维素 CM-纤维素 DEAE-纤维素 CM-交联葡聚糖 DEAE-交联葡聚糖 CM-Sepharose CL-6B
二、离子交换剂性质
颜色与形状 交联度 吸水量或膨胀度 பைடு நூலகம்交换容量 稳定性 比重
交换容量
交换容量:
是指离子交换剂与溶液中离子或离子化合物进行交换的能力。
(mg／g或mmol／g、mg／ml或mmol／ml )
交换容量的测定：
强酸型与强碱型测定其解离盐的能力； 弱酸型与弱碱型测定其中和酸碱的能力。
影响交换容量的因素：
筛孔、离子强度、pH值 。
强酸型阳离子交换介质 交换容量的测定法
离子交换剂的选择图
2、强、弱离子交换剂的选择
3、不同离子型交换剂的选择
选用何种类型离子交换剂? ----取决于离子交换剂对诸反离子的结合 力。为了提高交换容量，一般应选择结 合力较小的反离子。据此，强阳性和强 阴性离于交换剂应分别选择H型和OH型； 弱酸性和弱碱性离子交换剂应分别选择 Na型和Cl型。
K+
2.5
Mn2+
2.35
Mg2+
2.5
Fe2+
2.55
阴离子树脂
反离子 相对选择系数
OH-
1.0
柠檬酸 220
乙酸 3.2
Cl-
22
HCO- 6.0
HPO- 5.5
苯
500
三、离子交换柱层析原理示意图
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第二节 离子交换剂的分类及性质
一、离子交换剂分类 二、离子交换剂性质
一、离子交换剂分类
1．疏水性
(1)阳离子交换剂 (2)阴离子交换剂
2．亲水性
（1）纤维素离子交换剂 （2）交联葡聚糖离子交换剂 （3）琼脂糖离子交换剂
1．疏水性离子交换剂
阳
离
子 交
R-SO-3H + Na+ === R-SO3Na + H+
换 剂
R-PO（OH）2 + Na+ === R-POOHONa + H+
阴 R-N+（CH3）3 OH- + Cl-== R-N+（CH3）3 ·Cl- +
取一定量的离子交换介质，去离子水溶胀，漂洗干净用 1mol／L的NaOH处理，去离子水洗至中性，1mol／L的 HCl处理，去离子水洗至中性。然后用1mol／L的NaCl洗脱， 收集洗脱液，再通过已标定的NaOH滴定洗脱液中的氢离子 浓度，计算出吸附氢离子的毫摩尔数量，除以离子交换介质 的质量，即可得到交换容量。