离子交换层析及应用
离子交换柱层析的操作与应用
三、吸附柱层析的基本操作与应用
第四节 离子交换柱层析
• 一、原理与特点
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。
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， 它能与溶液中其他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。
（三）依分离机理分 1.吸附层析 2.分配层析 3.凝胶过滤 4.离子交换层析 5.亲和层析 6.疏水层析
第二节 层析分离的基本操作技术
一、柱层析基本操作技术 （一）柱层析的基本装置 1、固定相 2、流动相 3、收集系统 4、检测系统 5、蠕动泵
（二）柱层析系统的基本操作技术
1.装柱 2.平衡 3.加样 4.洗脱 5.流速控制 6.分部收集 7.洗脱峰检测、合并收集 8.层析介质的再生
• 一、吸附层析的原理与特点 基本原理同吸附薄层色谱法。 • 二、吸附剂的选择 • 常用的吸附剂除氧化铝、硅胶和聚酞胺外， 还有活性炭。 • 吸附剂的种类很多，而对吸附剂的选择尚 无固定的法则，一般需通过小样实验来确 定。
离子交换柱层析原理
离子交换层析介质的应用离子交换层析分离纯化生物大分子的过程，主要是利用各种分子的可离解性、离子的净电荷、表面电荷分布的电性差异而进行选择分离的。
现已成为分离纯化生化制品、蛋白质、多肽等物质中使用最频繁的纯化技术之一。
子交换层析（Ion Exchange Chromatography 简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。
离子交换层析是目前生物化学领域中常用的一种层析方法，广泛的应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的分离纯化。
1.离子交换层析的基本原理：离子交换层析是通过带电的溶质分子与离子交换层析介质中可交换离子进行交换而达到分离纯化的方法，也可以认为是蛋白质分子中带电的氨基酸与带相反电荷的介质的骨架相互作用而达到分离纯化的方法。
离子交换层析法主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离，具有较高的分离容量。
几乎所有的生物大分子都是极性的，都可使其带电，所以离子交换层析法已广泛用于生物大分子的分离、中等纯化及精制的各个步骤中。
由于离子交换层析法分辨率高，工作容量大，并容易操作，因此它不但在医药、化工、食品等领域成为独立的操作单元，也已成为蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物分离纯化的一种重要的方法。
目前，在生化分离中约有75%的工艺采用离子交换层析法。
2.离子交换层析介质：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。
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。
离子交换层析的原理
离子交换层析的原理离子交换层析是一种常用的分离和富集技术，它利用离子交换树脂对离子进行选择性吸附和解吸，从而实现对离子的分离和富集。
其原理主要包括树脂的选择性吸附、离子交换和洗脱三个步骤。
下面将详细介绍离子交换层析的原理及其应用。
首先，树脂的选择性吸附。
离子交换树脂是一种聚合物材料，具有大量的离子交换基团，能够与溶液中的离子发生化学反应，形成离子交换平衡。
当溶液中的离子与树脂表面的离子交换基团发生反应后，被选择性吸附在树脂表面上，而其他离子则通过树脂层析柱，不被吸附。
这样就实现了对离子的选择性吸附。
其次，离子交换。
在选择性吸附的基础上，溶液中的离子与树脂上的离子发生交换反应，使得被吸附的离子逐渐被替换出来。
这个过程是可逆的，当树脂上的离子被替换出来后，树脂又可以重新吸附其他离子。
这样就实现了对离子的分离。
最后，洗脱。
经过离子交换后，树脂上被吸附的离子需要被洗脱下来。
通常采用盐溶液或酸碱溶液进行洗脱，将被吸附的离子从树脂上彻底洗脱出来。
洗脱后的溶液中含有高浓度的目标离子，可以用于后续的分析或提纯。
离子交换层析技术在环境监测、食品安全、生物医药等领域有着广泛的应用。
例如，可以用于水质监测中对重金属离子的富集和分离，也可以用于生物样品中对蛋白质、核酸等生物大分子的富集和提纯。
由于其选择性强、操作简便、效果显著等特点，已成为分离和富集领域中不可或缺的重要技术手段。
总之，离子交换层析技术是一种重要的分离和富集技术，其原理简单清晰，应用广泛。
通过选择性吸附、离子交换和洗脱三个步骤，可以实现对离子的分离和富集，为后续的分析和提纯提供了重要的支持。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解离子交换层析的原理及其应用。
离子交换层析实验报告
离子交换层析实验报告离子交换层析实验报告引言：离子交换层析是一种常用的分离和纯化技术，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
本实验旨在通过离子交换层析技术，研究不同离子在固定相上的吸附行为，并探讨离子交换层析的应用潜力。
实验材料与方法：材料：离子交换树脂、不同离子溶液、蒸馏水。
仪器：离子交换层析柱、分光光度计。
方法：1. 准备不同离子溶液，浓度分别为10 mM。
2. 将离子交换树脂装入层析柱中，并用蒸馏水洗涤至平衡。
3. 将不同离子溶液分别加入层析柱，收集洗脱液。
4. 使用分光光度计测定洗脱液中离子的浓度。
结果与讨论：通过实验，我们观察到不同离子在离子交换层析柱上的吸附行为存在一定差异。
以Na+、K+、Ca2+、Mg2+为例，我们发现Na+和K+的吸附量较小，洗脱较快，而Ca2+和Mg2+的吸附量较大，洗脱较慢。
这是因为离子交换树脂中的功能基团与离子之间的亲和性不同所致。
进一步分析发现，离子交换层析技术在水处理、食品加工、药物制备等领域具有广泛应用潜力。
例如，在水处理中，离子交换层析可用于去除水中的重金属离子和有害物质，提高水质；在食品加工中，离子交换层析可用于去除食品中的杂质和有害物质，提高食品质量；在药物制备中，离子交换层析可用于纯化和分离药物成分，提高药物的纯度和效果。
此外，离子交换层析还可以与其他分离技术相结合，形成多重分离系统，提高分离效率。
例如，离子交换层析与凝胶过滤、逆流色谱等技术的结合，可实现对复杂混合物的高效分离。
结论：离子交换层析是一种重要的分离和纯化技术，具有广泛的应用前景。
通过本实验，我们深入了解了离子在离子交换层析柱上的吸附行为，以及离子交换层析技术的应用潜力。
未来，我们将进一步探索离子交换层析技术在不同领域的应用，为科学研究和工程实践提供更多可能性。
离子交换层析的原理和应用
离子交换层析的原理和应用1. 原理概述离子交换层析是一种常用的分离和纯化技术，基于离子交换剂与目标物质之间的相互作用。
其原理是利用交换剂固定在固定相上的活性基团与待分离物质之间的化学吸附和解析度差异来实现目标物质的纯化和富集。
2. 交换剂的选择在离子交换层析中，选择合适的交换剂对分离效果至关重要。
- 强酸型离子交换剂：适用于分离酸性物质。
- 强碱型离子交换剂：适用于分离碱性物质。
- 强酸型离子交换剂与强碱型离子交换剂的混合：适用于分离中性物质。
3. 实验步骤离子交换层析的实验步骤如下： 1. 样品预处理：将待分离物质从样品中提取出来并纯化。
2. 选择合适的离子交换剂：根据目标物质的特性选择合适的离子交换剂。
3. 准备固定相：将离子交换剂固定在合适的固定相上。
4. 填充层析柱：将固定相装填到层析柱中。
5. 样品加载：将样品溶液加载到层析柱上，目标物质与离子交换剂发生相互作用。
6. 洗脱：通过改变溶液条件，如浓度、pH值等，使目标物质与离子交换剂解离，从而洗脱出来。
4. 应用领域离子交换层析广泛应用于以下领域： - 生物制药：用于分离和纯化蛋白质、抗体、核酸等生物大分子。
- 环境监测：用于分离和富集水样中的有机和无机污染物。
- 食品工业：用于食品添加剂、色素、香料等的分离和纯化。
- 化学分析：用于分析样品中的离子和有机物质。
- 生命科学研究：用于研究生物大分子的性质和相互作用。
5. 优点和局限性离子交换层析具有以下优点： - 分离效果好：可以实现高纯度的目标物质。
-操作简单：实验步骤相对简单，易于操作。
- 高选择性：可以通过调整离子交换剂和溶液条件来实现目标物质的选择性分离。
然而，离子交换层析也存在一些局限性： - 样品负荷量有限：由于固定相的固定容量限制，样品负荷量较小。
- 洗脱效果难以调控：洗脱条件的调控比较复杂，对操作者要求较高。
- 耗时较长：由于样品加载和洗脱等步骤的需要，离子交换层析需要较长的时间。
离子交换层析法
五、缓冲液的选择
缓冲液酸碱度的选择，决定于被分离物质的等电点、稳定 性、溶解度和交换剂离子的pK值。使用阴离子交换纤维时要选 用低于pK值的缓冲液，若欲分离的物质属于酸性，则缓冲液的 pH值要高于该物的等电点；用阳离子交换纤维时要选用高于 pK值的缓冲液，目的物属于碱性物质的话，缓冲液要低于该物 等电点的pH值。 缓冲液离子以不干扰分离物活性测定、不影响待测物溶解 度、不发生沉淀为原则，如使用UV吸收法测样品，那么 pyridine或barbital这类会吸收UV的物质就不适用。
三、树脂的选择
最常见的离子交换树脂材质是聚苯乙烯苯二乙烯（polystyrenedivinylbenzene）， 它是由苯乙烯（styrene）和苯二乙烯 （divinylbenzene）聚合产生的三维网状结 构，举例来说，Dow化学公司所生产的树脂 Dowex 50×8，表示含8%苯二乙烯。 具体的，根据交换树脂的性能，树脂可分 为阳离子与阴离子交换树脂：
1. 阳离子交换树脂 分为强酸型、中强酸型和弱酸型三类，强酸型树脂含有－R－ SO3H，中强酸型树脂含有－PO3H2、－PO2H2或－O－PO2H2， 弱酸型树脂含有－COOH或－OH。 阳离子交换树脂进行的反应 如下：
2. 阴离子交换树脂 分为强碱型、中强碱型和弱碱型三类，含有铵盐，四级铵盐 [ － N+(CH3)3] 为强碱型树脂，三级以下铵盐 [－N(CH3)2]、[ － NHCH3]、[ －NH2] 都属弱碱型树脂；同时具有强碱和弱碱型基 团的，为中强碱型的树脂。阴离子交换树脂进行的反应如下：
洗脱馏份的分析按一定体积（5-10ml/管）收集的洗脱液可 逐管进行测定，得到层析图谱。依实验目的的不同，可采用适 宜的检测方法（生物活性测定、免疫学测定等）确定图谱中目 的物的位置，并回收目的物。
离子交换层析的原理及应用
离子交换层析的原理及应用原理离子交换层析（Ion Exchange Chromatography）是一种常用的分离和纯化技术，基于离子交换原理进行操作。
其原理可以概括为将待分离物质溶液与具有离子交换功能的固体材料接触，在一定条件下，通过离子间的相互吸附和解吸实现对混合物中不同成分的分离。
离子交换材料通常是高分子化合物，具有特定的固定相功能基团，例如负离子交换树脂中的胺基或二甲胺基，正离子交换树脂中的磺酸基或醋酸基。
这些功能基团与待分离物质中的离子发生相互作用，实现对呈离子状态的物种的吸附和解吸。
离子交换层析可以根据离子交换材料的性质和操作条件的不同，实现不同类型的分离。
常见的离子交换层析包括阴离子交换层析和阳离子交换层析。
阴离子交换层析用于分离带负电的离子，阳离子交换层析用于分离带正电的离子。
应用离子交换层析广泛应用于各个领域的分析和制备过程中。
以下列举了离子交换层析的一些常见应用：1.食品行业：离子交换层析可用于食品中有害离子的分离和检测。
例如，可以使用阴离子交换层析材料对水中的重金属离子进行分离和测定。
2.制药行业：离子交换层析在制药工艺中常用于纯化药物和去除杂质离子。
例如，可以使用阳离子交换层析将药物分离纯化。
3.环境分析：离子交换层析可用于对环境样品中的离子进行分离和测定。
例如，可以使用离子交换层析材料对水和土壤样品中的阴阳离子进行分离纯化，并用于环境监测。
4.生物学研究：离子交换层析在生物学研究中被广泛应用于分离和纯化生物大分子。
例如，可以使用阴离子交换层析将蛋白质分离纯化。
5.水处理：离子交换层析是一种常用的水处理技术，可用于去除水中的有害离子和杂质离子。
例如，可以使用阳离子交换层析材料对水中的硬度离子进行去除。
除上述应用外，离子交换层析还可用于其他领域的离子分离和分析，例如电子行业、石油化工、环境监测等。
总结离子交换层析是一种基于离子交换原理的分离和纯化技术。
其原理基于离子交换材料和待分离物质中的离子之间的相互吸附和解吸。
离子交换层析法阳离子交换剂吸
离子交换层析法阳离子交换剂吸
离子交换层析法是一种常见的分离和纯化技术，其中阳离子交
换剂被用于吸附和分离带正电荷的离子或分子。
这种技术的原理是
利用固定在固体支持物上的功能基团与待分离物质之间的离子交换
作用来实现分离。
阳离子交换剂通常具有负电荷的功能基团，比如
硫酸基团或羧基团，能够吸附和固定带正电荷的离子或分子。
在离子交换层析法中，样品溶液首先被通过固定有阳离子交换
剂的柱子或床层，带正电荷的离子或分子会与交换剂上的负电荷功
能基团发生离子交换，被吸附在固相上，而不带电荷或带负电荷的
物质则会通过柱子流出。
随后，通过改变溶液的pH值或者使用盐溶
液来洗脱被吸附的阳离子，从而实现对目标物质的纯化和分离。
离子交换层析法在生物化学、药物制备、环境监测等领域有着
广泛的应用。
它可以用于分离和纯化蛋白质、核酸、药物等生物大
分子，也可以用于水处理、废水处理、土壤污染物分析等环境领域。
采用不同类型的阳离子交换剂，可以实现对不同种类离子或分子的
选择性吸附和分离，因此具有很高的应用灵活性和可塑性。
总的来说，离子交换层析法作为一种有效的分离和纯化技术，
阳离子交换剂在其中起着至关重要的作用，通过离子交换作用实现对带正电荷离子或分子的选择性吸附和分离，具有广泛的应用前景和重要的科学意义。
离子层析技术
离子层析技术离子层析技术是一种常见的分离和纯化技术，广泛应用于生物制药、环境监测、食品安全等领域。
本文将介绍离子层析技术的原理、应用和发展趋势。
一、离子层析技术的原理离子层析技术是一种基于离子交换的分离方法。
其原理是利用离子交换树脂对待分离物中的离子进行选择性吸附和解吸，从而实现各种离子的分离和纯化。
离子交换树脂是离子层析技术的核心材料。
它由具有大量带电基团的高分子聚合物构成，如强阴离子交换树脂上的带负电的硫酸基团，或者强阳离子交换树脂上的带正电的胺基团。
这些带电基团可以与待分离物中的离子发生静电吸附作用。
离子层析过程包括样品加载、洗脱和再生三个步骤。
在样品加载过程中，待分离物溶液通过离子交换树脂床层，其中带电的离子被树脂吸附，而非离子或者异号离子则通过树脂床层。
接着进行洗脱步骤，通过改变洗脱缓冲液中的离子浓度或者pH值，使被吸附的离子从树脂上解离，并与洗脱缓冲液一起被洗脱出来。
最后是再生步骤，通过使用盐溶液或者酸碱溶液等，重新吸附和洗脱树脂，使其恢复到工作状态。
离子层析技术在生物制药领域有广泛应用。
在蛋白质纯化过程中，离子层析可以用于去除杂质蛋白、富集目标蛋白或者调整目标蛋白的离子状态。
此外，离子层析还可以用于分离和纯化多肽、抗体等生物制品。
离子层析技术在环境监测中也有重要的应用。
例如，水体中的重金属离子可以通过离子层析技术进行分离和测定。
离子层析还可以用于土壤和废水中有害离子的检测和去除。
离子层析技术在食品安全领域也具有重要作用。
例如，离子层析可以用于检测食品中的营养成分、有害添加剂和重金属离子等。
通过离子层析技术的应用，可以保障食品的质量和安全。
三、离子层析技术的发展趋势随着科技的进步，离子层析技术也在不断发展。
在材料方面，新型离子交换树脂的研发为离子层析技术的应用提供了更多可能性。
例如，改性离子交换树脂可以提高其吸附容量和选择性，从而提高分离效果。
离子层析技术与其他分离技术的结合也是未来的发展方向。
离子交换层析原理
离子交换层析原理离子交换层析是一种常用的离子分离技术，它基于离子在固定相和流动相之间的交换作用，实现了对离子的有效分离和富集。
离子交换层析原理主要包括固定相的选择、离子交换作用和分离机理等方面，下面将详细介绍离子交换层析的原理及其应用。
首先，固定相的选择对离子交换层析具有重要影响。
固定相通常是一种离子交换树脂，它具有一定的离子交换能力，能够与待分离的离子发生交换反应。
树脂的选择应根据待分离离子的性质和要求进行，常见的固定相包括阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
阴离子交换树脂主要用于富集和分离阳离子，而阳离子交换树脂则用于富集和分离阴离子。
其次，离子交换作用是离子交换层析的核心原理。
在离子交换树脂中，固定相上的功能基团与待分离的离子发生交换反应，使得待分离的离子被富集或分离。
这种交换反应是可逆的，离子在固定相和流动相之间不断进行交换，最终实现离子的分离和富集。
离子交换作用的强弱取决于固定相的性质和离子的性质，如离子的电荷、大小和亲和力等。
离子交换层析的分离机理主要包括吸附-解吸附和排斥-吸附两种模式。
在吸附-解吸附模式中，离子在固定相上被吸附，随后在流动相中解吸附，实现了离子的分离。
而在排斥-吸附模式中，流动相中的离子与固定相上的离子发生排斥作用，随后被固定相吸附，实现了离子的分离。
这两种模式通常会同时存在，共同作用于离子的分离过程。
离子交换层析在实际应用中具有广泛的用途。
它常用于水质分析、生物化学分离、环境监测和工业生产等领域。
例如，离子交换层析可用于水中重金属离子的富集和分离，以及生物样品中蛋白质和核酸的纯化和分离。
此外，离子交换层析还常用于工业废水处理和环境监测中，实现了对有害离子的有效去除和分离。
总之，离子交换层析是一种重要的离子分离技术，它基于离子交换作用和固定相的选择，实现了对离子的有效分离和富集。
离子交换层析的原理及其应用对于理解和掌握离子分离技术具有重要意义，对于相关领域的研究和应用具有重要的指导作用。
离子交换层析
离子交换层析离子交换层析，是一种常用的分离纯化技术，通过固定相上的离子交换剂与溶液中的离子发生置换反应，实现对目标离子的选择性分离。
它广泛应用于水处理、制药、生物技术、食品工业等领域，发挥着重要的作用。
在离子交换层析中，离子交换剂是关键的分离介质。
一般来说，离子交换剂是具有离子可交换功能的均质材料。
根据介质的性质，离子交换剂可以分为阳离子交换剂和阴离子交换剂，用于分离以阳离子或阴离子形式存在的目标物质。
离子交换剂的选择应考虑到分离的目标离子的性质和阳离子或阴离子交换剂的特性。
离子交换层析的工作原理是离子在固定相和液相之间的交换作用。
通过溶液中的离子与固定相上的离子交换剂发生反应，固定相上的离子交换剂也可释放出根离子或酸离子以与液相中的离子发生反应。
在离子交换的过程中，目标离子与固定相上的离子交换剂发生选择性的吸附与解吸，实现了目标离子的分离纯化。
离子交换层析的工艺流程通常包括前处理、进料、洗脱和再生等步骤。
前处理是为了使进料溶液与离子交换剂更好地接触，可以采用调整pH值、滤除杂质等方法。
进料环节是将目标离子溶液与离子交换剂接触，使离子发生交换反应。
洗脱是将目标离子被吸附在固定相上的离子交换剂从固定相上解吸出来，采用调整pH值、改变浓度等方法。
再生是将已经吸附的离子交换剂通过一定的操作条件重新得到可再使用的形式。
离子交换层析具有许多优点。
首先，层析介质的选择性强，可以实现高效的纯化分离。
其次，离子交换层析可以在常温下进行，避免了高温条件下目标物质的失活。
再次，操作简单，易于控制，适合大规模工业生产。
此外，离子交换层析还可以实现连续操作，提高生产效率。
总结起来，离子交换层析是一种重要的分离纯化技术，广泛应用于水处理、制药、生物技术、食品工业等领域。
通过选择合适的离子交换剂和优化工艺条件，可以实现对目标离子的高效分离纯化，为各个领域的生产提供了有力的支持。
离子交换层析
离子交换层析在各方面的应用离子交换层析（Ion Exchange Chromatography简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。
离子交换层析技术已广泛用于各学科领域。
在生物化学及临床生化检验中主要用于分离氨基酸、多肽及蛋白质，也可用于分离核酸、核苷酸及其它带电荷的生物分子。
【2】2009年方希修，王冬梅等人应用平板式膜超滤技术与DEAE高子交换层析法对卵黄免疫球蛋白(IgY)进行分高纯化，经DEAE离子交换层析得到高纯度的IgY。
【4】2010年马江涛、陈昕等人使用Bio—Rad的DiaSTAT糖化血红蛋白检测系统(LPLC)和Biosystem.S.A的微柱离子交换层析法分别测定糖化血红蛋白，并进行精密度、网收率、干扰闪素及相关性的比较分析,证明了离子交换层析法测定糖化血红蛋白的方法适合临床常规应用。
【5】2010年蒋超，张或等人用超滤、阳离子交换层析方法从热钙法处理过的干酪乳清中分离纯化乳铁蛋白，其纯度达93.6%。
近年来，随着合成技术的发展和生产的需要，人工合成的刚性材料被陆续开发出来，这也是未来离子交换介质发展的一个趋势。
1.层析分离纯化家兔血清PONl条件的优化代恒、赵敏等人报道，Paraoxonase(PONl)是--个钙离子依赖的酯酶，它可以水解包括有机磷类，芳香酯类在内的多种化合物。
作为一种生物酶，PONl 可以在普通的生物环境下将有机磷类毒剂迅速水解，使之分解为无毒或低毒的化合物。
存在于血清中的PONl，可达到在有机磷毒物到达它的生物受体之前将其清除的目的。
在本研究中，使用Cibacron Blue F3GA琼脂糖的假亲和层析得到初步分离富含PONl的Cibacron流分，选定DEAE Sepharose Fast Flow为离子交换层析介质，通过AKTA purifier全自动层析仪，在PH值分别为7．0，7．5，8．0，8．5，9．0，9．5条件下对Cibacron流分进行离子交换层析。
离子交换层析及应用
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1
概述
离子交换长期用于水的处理和金属的回收。在 生物工业中，经典的离子交换剂，即离子交换树 脂，广泛用于提取抗生素、氨基酸、有机酸等小 分子物质，特别是抗生素工业。
由于离子交换法具有成本低、设备简单、操作 简便，以及不用和少用有机溶剂等特点，已成为 提取抗生素的有效方法之一。
但是，离子交换法也有其缺点。如生产周期长， 成品质量有时较差，在生产过程中，PH变化较大 故不适用于稳定性较差的抗生素，以及不一定能 找到合适的树脂等。
常用离子交换树脂特性表
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20 20
1.3 树脂的命名
在资本主义国家里，树脂的生产为几家加大公司所垄断，生
产的树脂往往以该公司的名称或者商业名称来表示。
我国的树脂命名方法为。从1—100号为强酸阳离子交换树脂，
101—200为弱酸阳离子交换树脂，201—300号为强碱阴离子树
脂，301—400号为弱碱阴离子交换树脂。
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
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14
离子交换树脂的骨架（载体） －－活性功能团的支持介质
1、苯乙烯型树脂： 由苯乙烯（单体）和二乙烯苯（交联剂）的共
聚物为骨架，再引入所需的酸性基或碱性基。
如：聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂
再引入磺化-----强酸树脂 或氯甲基化后引入季胺基-----强碱树脂
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7
聚苯乙烯型磺酸基阳离 子交换树脂
图中以波形线条代表树 脂的骨架，活性基团 磺 酸 基 （ —SO3- ） , 活 性离子H+。
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8
特点：
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
四种层析方法
四种层析方法层析方法是一种将混合物中的化合物分离出来的方法。
这种技术通过利用化合物在固定相和移动相之间的不同亲和性来实现分离。
层析方法因其简单性和广泛的适用性而成为化学、生物化学和制药学中最基本的分离技术之一。
本文将介绍四种常见的层析方法，包括薄层层析法、气相层析法、离子交换层析法和凝胶层析法。
这些方法将被讨论其原理、应用、实施步骤和优缺点。
一、薄层层析法薄层层析法（TLC）是一种快速、低成本的液相分离技术。
该技术将被分析物和固定相通过一个毛细管作为裂隙分裂（slit split），使用一层非极性或极性的固定相作为分离基质，包括硅胶、氧化铝和氢氧化铝。
被分离的化合物随着移动液相在固定相上移动，不同化合物基于其不同亲和性分配到不同位置上。
该方法的实施步骤包括样品的准备、涂抹和显色步骤。
样品通常被溶解在一个合适的溶剂中，并用玻璃毛细管将其施加到固定相上。
一旦样品施加到固定相上，被分离的化合物将随着移动液相在固定相上移动。
显色可以通过利用化学试剂或紫外线进行检测。
TLC 广泛应用于化学、生物化学和制药学中，用于分析中等大小的有机和无机化合物，如氨基酸、脂肪酸、天然产物和药物。
优点：TLC是一种快速、低成本的分离技术，对于中等大小的化合物具有很好的分离效果。
TLC可以用于大规模样品纯化，并且可以被用于对化合物混合物进行初步分析的快速筛选。
缺点：TLC存在分离效率低和灵敏度低的问题，并且与其他层析技术相比，其分辨率相对较低。
TLC在数据分析方面存在可重复性差的问题。
二、气相层析法气相层析法（GC）是一种对挥发性和半挥发性化合物进行分离的技术。
此方法使用长列的液体或固定相，将待分离的化合物从液态或气态的样品中吸附并分离出来。
通过加热样品，在固定相中获得了一个气态分离的组分，可以将化合物通过检测器进行检测。
该方法通常使用非极性液态或固态固定相，如聚硅氧烷或聚乙二醇。
GC也可以选择更具有极性的固定相，从而实现对更极性化合物的分离。
离子交换层析实验报告
一、实验目的1. 掌握离子交换层析的实验原理及操作步骤。
2. 学习离子交换层析在蛋白质分离纯化中的应用。
3. 提高实验操作技能，培养严谨的科学态度。
二、实验原理离子交换层析（Ion Exchange Chromatography，IEC）是一种利用离子交换剂为固定相，根据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的层析方法。
该方法广泛应用于蛋白质、核酸等生物大分子的分离纯化。
实验中，待分离的蛋白质溶液通过填充有离子交换剂的层析柱，蛋白质分子与离子交换剂上的离子发生可逆交换。
根据蛋白质分子所带电荷和离子交换剂选择性的不同，蛋白质在层析柱中的滞留时间不同，从而实现分离。
通过改变洗脱液的条件（如离子强度、pH值等），可以使蛋白质从层析柱中洗脱出来，收集各个洗脱峰，从而得到纯净的蛋白质。
三、实验材料与仪器1. 材料：蛋白质样品、离子交换树脂、洗脱液、缓冲液等。
2. 仪器：层析柱、恒流泵、紫外检测仪、记录仪、烧杯、移液管、滤纸等。
四、实验步骤1. 准备层析柱：将离子交换树脂用蒸馏水充分浸泡，去除杂质，然后用缓冲液平衡。
2. 样品处理：将蛋白质样品用缓冲液稀释，调节pH值至适宜范围。
3. 上样：将平衡好的层析柱垂直放置，用缓冲液冲洗层析柱，待柱床稳定后，将稀释后的蛋白质样品上柱。
4. 洗脱：改变洗脱液的条件（如离子强度、pH值等），使蛋白质从层析柱中洗脱出来。
5. 收集洗脱液：收集各个洗脱峰，分别检测蛋白质含量。
6. 蛋白质鉴定：对各个洗脱峰进行鉴定，确定目标蛋白质。
五、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，成功分离出目标蛋白质，并得到其纯化曲线。
2. 结果分析：（1）实验过程中，层析柱的平衡、样品的处理、洗脱液的配制等环节对实验结果影响较大，应严格控制。
（2）离子交换层析分离蛋白质的效果取决于离子交换剂的选择性、样品的预处理和洗脱条件等。
（3）实验中，通过改变洗脱液的离子强度和pH值，可以实现蛋白质的逐步洗脱，提高分离效果。
离子交换层析法在多肽分离纯化过程中的应用
离子交换层析法在多肽分离纯化过程中的应用离子交换层析法是一种常用的分离纯化技术，广泛应用于多肽分析和制备工作中。
本文将介绍离子交换层析法在多肽分离纯化过程中的应用，并探讨其原理、优势以及相应的实验设计。
一、离子交换层析法概述离子交换层析法是基于样品中带电离子与固定相上的离子交换基团之间的静电相互作用来完成分离的一种技术。
它利用固定在层析固相上的离子交换基团与溶液中带电离子之间的吸附和解吸作用，将样品中的不同离子种类分离开来。
离子交换层析法的原理基于离子的荷电性质和在不同条件下其与固定相之间的相互作用。
离子交换基团通常以有机阴离子或阳离子形式存在于层析固相上。
在具有相同荷电性质的情况下，强吸附离子优先与固定相结合，较弱吸附离子则以解吸的方式从固定相上解离。
二、离子交换层析法的优势离子交换层析法在多肽分离纯化过程中具有以下几个优势：1. 高选择性：离子交换层析材料可以通过调节溶液的pH值和离子强度来实现对多肽的选择性分离。
通过调整这些条件，可以改变多肽与固定相之间的静电相互作用，从而实现对目标多肽的高效分离。
2. 较大容量：离子交换层析法具有较大的样品处理量和负荷容量。
多肽样品可以批量进样，从而提高分析和制备的效率。
3. 操作简便：离子交换层析法操作相对简单，不需要复杂的仪器设备。
只需将固定相装填到层析柱中，通入样品和洗脱缓冲液，即可完成分离纯化过程。
4. 分离效果好：离子交换层析法可以实现对多肽的高效纯化，去除杂质和不同极性的肽段，提供高纯度的目标多肽。
三、离子交换层析法在多肽分离纯化中的应用离子交换层析法在多肽分离纯化中的应用涉及到样品预处理、层析条件优化和纯化效果评估等方面。
1. 样品预处理：多肽样品通常包含有机溶剂、无关组分和杂质等。
在离子交换层析之前，需要将样品进行适当的预处理，去除杂质和不相关的成分。
预处理方法可以包括溶剂调整、蛋白酶降解、酸碱处理等。
2. 层析条件优化：离子交换层析的分离效果和纯化效率与层析条件密切相关。
纯化小技巧-离子交换层析介质的应用
纯化小技巧|离子交换层析介质的应用在生物大分子的提纯中，最不可或缺的步骤之一就是离子交换层析了，其通常应用在目标产物的精纯阶段。
当然，针对部分蛋白，该方法也适用于纯化工艺的前期或后期，以实现更好的分别效果。
离子交换层析是指在肯定pH条件下，依据目标产物与杂质所带电荷差异而分别的纯化方式。
依据交换离子的不同可将离子交换层析介质分为阴离子交换层析介质和阳离子交换层析介质两大类。
官能团重要包含Q、DEAE、S、SP、CM。
百林科重要供给琼脂糖、葡聚糖和聚合物基架的离子交换层析介质，平均粒径有34m、40m、90m、200m。
离子交换层析过程可选用两种模式1 流穿模式目标产物与填料不结合，而尽量将杂质结合在层析填料上。
例如对于等电点低于目标产物等电点的杂质，可选用阴离子层析—流穿模式进行纯化，调整缓冲体系pH高于杂质等电点，低于目标产物等电点。
此时目标产物会带上正电，通过收集流穿液来进行纯化，而杂质在该条件下则会带上负电并与阴离子填料结合，通过再生模式进行去除。
2 结合洗脱模式目标产物与填料结合，再使用肯定浓度的盐进行洗脱。
例如对于等电点高于目标产物等电点的杂质，通常可采纳阳离子—结合洗脱的层析模式进行纯化。
通常采纳盐浓度梯度洗脱的方式实现对目标产物和杂质的分别。
离子交换层析示意图应用案例SPChromstarFF去除VZV样品中HCP杂质（流穿模式）层析图谱？填料：SPChromstarFF？层析柱：直径为2.6cm，高度10cm？样品：VZV样品（疏水层析后）？溶液A：20mMPB，pH5.8？溶液B：20mMPB，1MNaCl，pH5.8？流速：60cm/h？层析：流穿模式（收集样品）HCP检测结果样品HCP疏水层析后样品0.39%纯化后样品0.03%小结：使用百林科SPChromstarFF层析介质，采纳流穿模式，该样品中HCP由0.39%降为0.03%，符合0.05%的质量要求。
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阳离子交换树脂，氢型：酸---碱---酸处理
钠型：碱---酸---碱处理 阴离子交换树脂，羟型：最后用NaOH 液处理 氯型： 氯型 HCl液处理 转型完毕，用缓冲液平衡
2.离子交换操作的方式
静态交换：是将树脂与交换溶液混合置于一定的 容器中搅拌进行。静态交换操作方法简单、设备 要求低，需分批进行，交换不完全，不适宜多种 成分的分离，树脂有一定损耗。 工业上（间歇式工艺） ：交换罐。 实验室中： 烧杯。
动态交换：操作是先将树脂装柱，交换溶液以 平流方式通过柱床进行交换。该法不须搅拌、 交换完全、操作连续，吸附与洗脱可在柱床的 不同部位同时进行，适用于多组分离。
解吸附离子B+自树脂内部扩 散至树脂表面
B+离子从树脂表面扩散到溶 液中 交换速度的控制步骤是扩散 速度，不同的分离体系可能 由内部扩散或外部扩散控制.
实 验 室
第二章 离子交换层析的操作
1、预处理：
１、先物理处理：去杂、过筛、浮选；
水洗去杂（木屑，泥沙）
溶剂浸泡（去除吸附的少量有机物）
２、后化学处理：
KB/A>1－－－树脂对B+的亲和力比A+大，B+能比
较牢固地结合在树脂上
KB/A<1－－－树脂对B+的亲和力比A+小
影响亲和力的因素 水合离子的半径越小，电荷越高，离子的极 化程度越大，其亲和力也越大。
4 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 的活性中心 A+与RB在活性中心上发生复 分解反应
用Na2CO3、 NH4OH等进行
再生。
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
离子交换树脂的分类
阳离子交换树脂 强酸型
依据活性基团的种类
—SO3H 使用 pH 范围 pH > 2 pH > 7 pH >10
交换基为酸性， H+与阳离子交换 阴离子交换树脂
交换基为碱性， 阴离子发生交换
弱酸型
—COOH —OH —N+(CH3)3Cl—N+H3 OH—N+H2R OH—N+HR2 OH-
图5-3 Cl-，Br-和I-的分步淋洗
5 再生
是指是离子交换树脂重新具有交换能力 的过程 （1）、去杂：大量水冲洗，去除树脂表 面和孔隙内杂质。 （2）、酸碱处理：除去与官能团结合的 杂质。恢复静电吸附能力。 酸性阳离子树脂 酸-碱-酸-缓冲溶液淋洗 碱性阴离子树脂 碱-酸-碱-缓冲溶液淋洗 （3）、转型：即树脂去杂后，赋予平衡 离子的过程。
离子交换层析法
概述
离子交换长期用于水的处理和金属的回收。 在生物工业中，经典的离子交换剂，即离子交换 树脂，广泛用于提取抗生素、氨基酸、有机酸等 小分子物质，特别是抗生素工业。 由于离子交换法具有成本低、设备简单、操 作简便，以及不用和少用有机溶剂等特点，已成 为提取抗生素的有效方法之一。 但是，离子交换法也有其缺点。如生产周期 长，成品质量有时较差，在生产过程中，PH变化 较大故不适用于稳定性较差的抗生素，以及不一 定能找到合适的树脂等。
第三章 离子交换层析实际应用
1 链霉素的提取
1.1
链霉素的理化性质 查阅相关资料可知：性质：由灰色链霉菌的发酵液 提得的一种抗生素。常用其硫酸盐，是白色或类白色粉 末。无臭或微臭。有引湿性。在空气或日光中稳定。易 溶于水，微溶于乙醇，不溶于甲醇、氯仿和丙酮。链霉 素在中性溶液中为正三价离子，且在碱性环境下不稳定，
RA+浸入到含阳离子B+的溶液中，交换反应为：
R－A+ + B+ ⇌
R—B+
+
B D A D
A+
[ B ]R [ A ] K KB/ A [ A ]R [ B ] K
KB/A>1－说明什么？KB/A<1－说明什么？ 同一类树脂，对不同离子的K不同（亲和力不同），即 离子交换有一定的选择性，故KB/A又叫树脂的选择性系数。
1.2.3 强碱性阴离子交换树脂
有两种强碱性阴离子交换树脂。一种是三甲氨基称为强碱Ⅰ型，另一种 含二甲基-β-羟基-乙基胺基团，称为强碱Ⅱ型 CH3 C2H4OH N CH3 N CH3 CH3 CH3 Ⅰ型的碱性比Ⅱ型强，但再生比较苦难， Ⅱ型的稳定性比较差。和强 酸一样，强碱性树脂使用的PH没有限制。
4.2 洗脱操作
洗脱一般采取分步洗脱或梯度洗脱。其中 分步洗脱，是指先采用洗脱能力较弱的溶液， 使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更 强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。
0.5mol/L NaNO3 ClBr2mol/L NaNO3
浓 度 0
I-
40
80
120 160 200 240 280 320 体积/mL
常用离子交换树脂特性表
20
1.3 树脂的命名
在资本主义国家里，树脂的生产为几家加大公司所垄断，生 产的树脂往往以该公司的名称或者商业名称来表示。 我国的树脂命名方法为。从1—100号为强酸阳离子交换树脂， 101—200为弱酸阳离子交换树脂，201—300号为强碱阴离子树 脂，301—400号为弱碱阴离子交换树脂。 例如弱酸101x4，强酸1x3，弱碱327。“x”表示交联度，即 二乙烯苯的含量。
2 离子交换树脂的理化性能
一般树脂在使用时，希望有较大的交换容量，为此在制造时 应使单位重量树脂所含的功能团尽可能的多。树脂不仅要吸附的 好，即交换容量大和选择性好，而且要容易解吸，即应有良好的 可逆性。 一般来说，吸附容易的解析就比较困难。例如磺酸基树脂对 链霉素吸附能力很强，但解吸很困难，而羧基树脂对链霉素的吸 附也很强，但是不如氢离子与树脂的结合能力，因此用酸很容易 将链霉素洗脱。 离子交换树脂的理化性能： 膨胀度 湿真密度 交换容量
1.2.4 弱碱性阴离子交换树脂
功能团可以是伯氨基—NH2，仲氨基 NH等。和弱酸树脂一样，其交换 能力随PH变化而变化，PH越低其交换能力越大。
弱碱性阴离子交换树脂
具有弱碱性的活泼基团：-CH2NH3+Cl -CH2NH2(CH3)+Cl -CH2NH(CH3)2+Cl
-
此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。
强碱型
弱碱型
pH <12
pH &l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
离子交换树脂的骨架（载体）
－－活性功能团的支持介质
1、苯乙烯型树脂：
由苯乙烯（单体）和二乙烯苯（交联剂）的
共聚物为骨架，再引入所需的酸性基或碱性基。
如：聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂
再引入磺化-----强酸树脂
1.2 链霉素提取方案的选择及理由 （1）链霉素在中性溶液中为正三价离子，故可以用阳离子交换树 脂去提取。 （2）强酸性树脂吸附较容易，但洗脱较困难，故用弱酸性阳离子 树脂。 （3）链霉素在碱性环境下不稳定，故应在酸性或中性下吸附。 （4）在酸性下，不仅链霉素不太稳定，并且弱酸性交换树脂在酸 性环境中不起交换作用，故吸附应在中性环境中进行。 （5）在中性下，氢型弱酸性树脂不能起交换作用，故应预先将树 脂处理成钠型。 （6）羧基树脂对氢离子的亲和力很大，故用盐酸来洗脱链霉素可 以完全洗脱，酸的浓度自0.1mol/L提高到1mol/L,可以是洗脱液 的浓度提高。
图5-2 离子交换柱的穿透曲线
4
4.1．洗脱方式
洗脱
“洗脱”－－离子交换完成后将树脂所吸附的物
质释放出来重新转入溶液的过程。
洗脱亦分静态与动态两种。一般动态交换也作动
态洗脱，静态交换也作静态洗脱。
洗脱液有酸、碱、盐等。
酸、碱洗脱液旨在改变吸附物的电荷或改变树
脂活性基团的解离状态，以消除静电结合力， 使目的物被释放出来。 盐类洗脱液是通过高浓度的带同种电荷的离子 与目的物竞争树脂上的活性基团，使吸附物游 离。 实际工作中，静态洗脱可多次反复进行，旨在
含水量
2.1 影响离子交换的主要因素
离子的水化半径 半径较小的离子易吸附 离子的化合价 化合价愈高愈易吸附 溶液的pH 要综合考虑树脂及被分离物质的酸碱稳定性 树脂的交联度 交联度大，膨胀度小的树脂选择性较好。
3 离子选择性动力学
离子交换平衡
树脂吸附离子，主要靠静电力。将含阳离子A+的交换树脂
或氯甲基化后引入季胺基-----强碱树脂
17
2、丙烯酸型阳离子交换树脂
将丙烯酸甲酯与二乙烯苯以过氧化苯甲酰作为 引发剂，聚合后再水解即得到树脂。
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 。
1997年我国石化部颁布了新的规范化命名法。离 子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。
1.4 交联度
离子交换树脂具有不溶解性是由于它的三元 网状结构。要得到网状结构，必须以二乙烯化合 物作为交联剂，其中最常用的是二乙烯苯。 一般来讲，交联度越小，膨胀度越大，树脂 的机械强度越差。
W P% 100% 交联度 W
d m
式中：
W W
d
— 工业二乙烯苯的重量 — 单体相重量
P % — 工业二乙烯苯的含量
m
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。 它是指在实际操作条件下单位体积（或重量）树脂中 实际参加交换的活性基团。它的大小不是固定不变的，而 是与溶液的离子浓度、树脂床的高度、流速、树脂粒度的 大小以及交换基团类型等因素有关。