离子交换层析技术优秀课件
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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课件
强碱性,聚苯乙烯树脂 弱碱性,二乙氨乙基纤维素
第10页/共51页
一些常用的纤维素离子交换剂
离子交换剂 可电离基团 可电离基团结构
阳离子交换剂
CM-纤维素(弱酸性) 羧甲基
P-纤维素(中强酸性) 磷酸基
SE-纤维素(强酸性) 磺乙基
阴离子交换剂
=O
=O =O
-
CH2COO H
–O-P-OH OH
-O- CH2-CH2-S-OH
酸碱处理的次序决定了离子交换剂携带反离子的类型。在每 次用酸(或碱)处理后,均应先用水洗涤至近中性,再用碱(或酸) 处理。末了用水洗涤至中性,经缓冲液平衡后即可使用或装柱。
第26页/共51页
再 生:使用过的离子交换剂,可采用一定的方法使 其恢复原来的性状,这一过程叫做再生。再生可以 通过上述的酸、碱反复处理完成 转 型:指离子交换剂由一种反离子转为另一种反离 子的过程。比如,欲使阳离子交换剂转成钠型时, 则需用NaOH处理;欲使其转成氢型时,则需用HCl 处理;欲使其带铵离子时,则需用NH4OH或NH4Cl 处理。
例如: RA + B+
RB + A+
第5页/共51页
离子交换剂应满足的基本条件:
① 有高度的不溶性。即在各种溶剂中不发生溶解 ② 有疏松的多孔结构或巨大的表面积,使交换离子 能在交换剂中进行自由扩散和交换; ③ 有较多的交换基团; ④ 有稳定的物理化学性质。在使用过程中,不因物 理或化学因子的变化而发生分解和变形等现象。
第37页/共51页
分离结束
低
高
盐
盐
第38页/共51页
四、操作注意点
(一)离子交换剂的选择
原则: 根据被分离物质的性质选择—同一性质离子交换剂中选用对被分离物质各组分之
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一些常用的纤维素离子交换剂
离子交换剂 可电离基团 可电离基团结构
阳离子交换剂
CM-纤维素(弱酸性) 羧甲基
P-纤维素(中强酸性) 磷酸基
SE-纤维素(强酸性) 磺乙基
阴离子交换剂
=O
=O =O
-
CH2COO H
–O-P-OH OH
-O- CH2-CH2-S-OH
酸碱处理的次序决定了离子交换剂携带反离子的类型。在每 次用酸(或碱)处理后,均应先用水洗涤至近中性,再用碱(或酸) 处理。末了用水洗涤至中性,经缓冲液平衡后即可使用或装柱。
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再 生:使用过的离子交换剂,可采用一定的方法使 其恢复原来的性状,这一过程叫做再生。再生可以 通过上述的酸、碱反复处理完成 转 型:指离子交换剂由一种反离子转为另一种反离 子的过程。比如,欲使阳离子交换剂转成钠型时, 则需用NaOH处理;欲使其转成氢型时,则需用HCl 处理;欲使其带铵离子时,则需用NH4OH或NH4Cl 处理。
例如: RA + B+
RB + A+
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离子交换剂应满足的基本条件:
① 有高度的不溶性。即在各种溶剂中不发生溶解 ② 有疏松的多孔结构或巨大的表面积,使交换离子 能在交换剂中进行自由扩散和交换; ③ 有较多的交换基团; ④ 有稳定的物理化学性质。在使用过程中,不因物 理或化学因子的变化而发生分解和变形等现象。
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分离结束
低
高
盐
盐
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四、操作注意点
(一)离子交换剂的选择
原则: 根据被分离物质的性质选择—同一性质离子交换剂中选用对被分离物质各组分之
离子交换层析分离技术.ppt
②吾祖死于是,吾父死于是。(柳宗元《捕蛇者说》)
2、“于是”后来虚化为连词,一般用在句子开 头,连接后一句与前一句,或后一段与前一段, 表示承接或因果关系,和现代汉语“于是”用法 相同。 ①居顷之,石建卒。于是上召广代建为郎中令。 (《李将军传》)
②于是秦王不怿,为一击缶。(《史记·廉颇蔺 相如列传》)
“于”在文言文中主要用作介词。它不能单独充当句子成 分,而是要与其它词或短语组成介宾结构,然后再和其它词 发生关系。
用“于”字构成的介宾结构,多数情况下,用在动词、 形容词之后作补语,有时也可以前置作状语。
“于”的作用有四个方面:
一、引进动作、行为发生的时间、地点
①子于是日哭,则不歌。(《论语·述而》) ②是干戚用于古,不用于今也。(《五蠹》) ③遂置姜氏于城颖。(《左传·隐公元年》) ④权起更衣,肃追于宇下。(《资治通鉴·赤壁之战》)
二、引进动作、行为所涉及的对象、方面 ①季康子问政于孔子。(《论语·颜渊》) ②于赵则有功矣,于魏则未为忠臣也。《史记·魏公子列传》 ③上古竞于道德,中世逐于智谋,当今争于气力。《五蠹》 ④青取之于蓝。(《荀子·劝学》 三、引进动作、行为的主动者 ①劳心者制人,劳力者制于人。(《孟子·滕文公上》) ②吾不能举全吴之地、十万之众,受制于人。《赤壁之战》
能力训练
之子于归,宜其室家。(《诗·周南·桃夭》) 毛先生以三寸之舌,强于百万之师。(《史记·平原君
虞卿列传》) 于其身也,则耻师焉,惑矣。(唐·韩愈《师说》) 青出于蓝而胜于蓝 。(《劝学》) 臣诚恐见欺于王而负赵。(《史记·廉颇蔺相如列传》) 子贡贤于仲尼。(《论语·述而》) 夫子固拙于用大也。(《庄子·逍遥游》)
3、连接状语和中心语,不译。 ①黔无驴,有好事者船载以入。
2、“于是”后来虚化为连词,一般用在句子开 头,连接后一句与前一句,或后一段与前一段, 表示承接或因果关系,和现代汉语“于是”用法 相同。 ①居顷之,石建卒。于是上召广代建为郎中令。 (《李将军传》)
②于是秦王不怿,为一击缶。(《史记·廉颇蔺 相如列传》)
“于”在文言文中主要用作介词。它不能单独充当句子成 分,而是要与其它词或短语组成介宾结构,然后再和其它词 发生关系。
用“于”字构成的介宾结构,多数情况下,用在动词、 形容词之后作补语,有时也可以前置作状语。
“于”的作用有四个方面:
一、引进动作、行为发生的时间、地点
①子于是日哭,则不歌。(《论语·述而》) ②是干戚用于古,不用于今也。(《五蠹》) ③遂置姜氏于城颖。(《左传·隐公元年》) ④权起更衣,肃追于宇下。(《资治通鉴·赤壁之战》)
二、引进动作、行为所涉及的对象、方面 ①季康子问政于孔子。(《论语·颜渊》) ②于赵则有功矣,于魏则未为忠臣也。《史记·魏公子列传》 ③上古竞于道德,中世逐于智谋,当今争于气力。《五蠹》 ④青取之于蓝。(《荀子·劝学》 三、引进动作、行为的主动者 ①劳心者制人,劳力者制于人。(《孟子·滕文公上》) ②吾不能举全吴之地、十万之众,受制于人。《赤壁之战》
能力训练
之子于归,宜其室家。(《诗·周南·桃夭》) 毛先生以三寸之舌,强于百万之师。(《史记·平原君
虞卿列传》) 于其身也,则耻师焉,惑矣。(唐·韩愈《师说》) 青出于蓝而胜于蓝 。(《劝学》) 臣诚恐见欺于王而负赵。(《史记·廉颇蔺相如列传》) 子贡贤于仲尼。(《论语·述而》) 夫子固拙于用大也。(《庄子·逍遥游》)
3、连接状语和中心语,不译。 ①黔无驴,有好事者船载以入。
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
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
大学课程离子交换层析课件
补充材料
1.离子交换树脂的结构(1)
离子交换树脂的结构可分为骨架(基体)
以及离子交换功能团,其中骨架是立体网状结 构的高分子聚合物。目前最常用的离子交换树 脂是苯乙烯—二乙烯苯的聚合物,示意图为:
CH=CH2
+
CH=CH2
CH2 -CH2-CH2-CH2 - CH2-CH2
DE-52
• DEAE纤维素(DE-52)属于弱碱性阴离子 交换剂,经过化学处理,纤维素分子部分 羟基被二乙氨基乙基[-O-CH2-CH2N+(C2H5)2]取代。
• 该交换剂对大分子蛋白质通透性好,交换 容量大,分辨率高,是生物化学中常用的 分离大分子蛋白质和核酸的离子交换剂。
步骤
逐渐增 加盐离 子浓度 进行梯 度清洗
2、常见的高分子聚合物基质
• 纤维素的结构:
3、电荷基团
• 阳离子交换剂: 常见的带有SO3- 或COO-基团
类型
结构
活性机团
使用pH值
强酸型
交联的聚苯乙 -SO3H
烯
(磺酸基)
0~14
弱酸型 聚丙烯酸
-COOH(羧 基)
-OH (酚羟基)
不能小4 不能小于9.5
3、电荷基团
• 阴离子交换剂:常见的带有N+R基团(R可以 是甲基、乙基等小烃基)
(四)洗脱1、洗 脱洗脱一般采取分步淋洗或梯度淋洗,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
Cl-
浓 度
Br-
2mol/L NaNO3 I-
0 40 80 120 160 200 240 280 320 体积/mL 图5-3 Cl-,Br-和I-的分步淋洗
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。
离子交换层析法课件
在平衡分离过程中,影响分离效果的因素主要包括固定相的离子交换容量、流动相的组成和pH值、温度 等。通过调整这些参数,可以优化分离效果。
动力学分离过程
动力学分离过程是指离子交换层析在 未达到平衡状态时,利用离子的动力 学差异进行分离的过程。与平衡分离 过程相比,动力学分离过程所需时间 较短,通常在数分钟至数小时内完成 。
原理
离子交换层析法的原理基于不同生物 分子所带电荷的差异,通过与离子交 换剂上的可交换离子进行交换,实现 生物分子的分离和纯化。
发展历程与现状
发展历程
离子交换层析法自20世纪50年代问世以来,经历了不断改进和完善的过程,目前已成为生物分子分离纯化的重要 手段之一。
现状
随着蛋白质组学、基因组学等生物技术的快速发展,离子交换层析法在生物样品制备、蛋白质纯化等领域的应用 越来越广泛,成为生物医药、生物工程等领域不可或缺的技术手段。
离子交换层析法课件
目录
• 离子交换层析法概述 • 离子交换剂 • 离子交换层析分离过程 • 离子交换层析法的应用 • 离子交换层析法的优缺点 • 实验操作与注意事项
01
离子交换层析法概述
定义与原理
定义
离子交换层析法是一种利用离子交换 剂作为固定相,通过离子交换和吸附 分离蛋白质、多肽等生物分子的分离 纯化技术。
02
固定床分离过程的特点是操作简便、分离效果好。由于离 子交换剂固定在分离柱中,可以避免离子交换剂流失和污 染。同时,由于离子交换剂的利用率较高,因此该方法在 处理大规模样品时具有较高的实用价值。
03
在固定床分离过程中,影响分离效果的因素主要包括固定 相的粒径和孔径、流动相的流速和组成等。通过调整这些 参数,可以优化分离效果。
离子交换层析法可用于水中重金属离子的检 测,为环境监测提供有力手段。
动力学分离过程
动力学分离过程是指离子交换层析在 未达到平衡状态时,利用离子的动力 学差异进行分离的过程。与平衡分离 过程相比,动力学分离过程所需时间 较短,通常在数分钟至数小时内完成 。
原理
离子交换层析法的原理基于不同生物 分子所带电荷的差异,通过与离子交 换剂上的可交换离子进行交换,实现 生物分子的分离和纯化。
发展历程与现状
发展历程
离子交换层析法自20世纪50年代问世以来,经历了不断改进和完善的过程,目前已成为生物分子分离纯化的重要 手段之一。
现状
随着蛋白质组学、基因组学等生物技术的快速发展,离子交换层析法在生物样品制备、蛋白质纯化等领域的应用 越来越广泛,成为生物医药、生物工程等领域不可或缺的技术手段。
离子交换层析法课件
目录
• 离子交换层析法概述 • 离子交换剂 • 离子交换层析分离过程 • 离子交换层析法的应用 • 离子交换层析法的优缺点 • 实验操作与注意事项
01
离子交换层析法概述
定义与原理
定义
离子交换层析法是一种利用离子交换 剂作为固定相,通过离子交换和吸附 分离蛋白质、多肽等生物分子的分离 纯化技术。
02
固定床分离过程的特点是操作简便、分离效果好。由于离 子交换剂固定在分离柱中,可以避免离子交换剂流失和污 染。同时,由于离子交换剂的利用率较高,因此该方法在 处理大规模样品时具有较高的实用价值。
03
在固定床分离过程中,影响分离效果的因素主要包括固定 相的粒径和孔径、流动相的流速和组成等。通过调整这些 参数,可以优化分离效果。
离子交换层析法可用于水中重金属离子的检 测,为环境监测提供有力手段。
层析分离技术—离子交换层析法分离氨基酸(生物分离技术课件)
洗涤好的纤维素使用前必须平衡至所需的pH和离子强度。已平衡的交换剂在 装柱前还要减压除气泡。为了避免颗粒大小不等的交换剂在自然沉降时分层,要 适当加压装柱,同时使柱床压紧,减少死体积,有利于分辨率的提高。
柱子装好后再用起始缓冲液淋洗,直至达到充分平衡方可使用。
一.离子交换层析的分离原理
加样: 层析所用的样品应与起始缓冲液有相同的pH和离子强度,所选定的pH值应 落在交换剂与被结合物有相反电荷的范围,同时要注意离子强度应低,可用透析 、凝胶过滤或稀释法达此目的。样品中的不溶物应在透析后或凝胶过滤前,以离 心法除去。为了达到满意的分离效果,上样量要适当,不要超过柱的负荷能力。 柱的负荷能力可用交换容量来推算,通常上样量为交换剂交换总量的1%-5%。
一.离子交换层析的分离原理
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:
一.离子交换层析的分离原理
一.离子交换层析的分离原理
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。
柱子装好后再用起始缓冲液淋洗,直至达到充分平衡方可使用。
一.离子交换层析的分离原理
加样: 层析所用的样品应与起始缓冲液有相同的pH和离子强度,所选定的pH值应 落在交换剂与被结合物有相反电荷的范围,同时要注意离子强度应低,可用透析 、凝胶过滤或稀释法达此目的。样品中的不溶物应在透析后或凝胶过滤前,以离 心法除去。为了达到满意的分离效果,上样量要适当,不要超过柱的负荷能力。 柱的负荷能力可用交换容量来推算,通常上样量为交换剂交换总量的1%-5%。
一.离子交换层析的分离原理
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:
一.离子交换层析的分离原理
一.离子交换层析的分离原理
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。
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,又称功能基团。 • (3)与功能基团以离子键连接的可移动的活性
离子,亦称平衡离子。
• 如聚苯乙烯磺酸型钠树脂。
11
阳离子交换树脂分类
• 强酸型树脂:磺酸型树脂,功 能基团为磺酸根(—SO3H)及甲 基磺酸根(—CH2SO3H),有好 的解离能力。
• 中酸性树脂:磷酸型树脂(—
PO3H2 )
• 弱酸性树脂:羧酸型树脂和酚
• 国外一些产品用字母C代表阳离子树脂 (C为cation的第一个字母),A代表阴 离子树脂(A为Anion的第一个字母), 如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和 阴树脂,亦分别代表阳树脂和阴树脂。
离子交换树脂的骨架(p126)
(一)苯乙烯型离子交换树脂 • 由苯乙烯与二
乙烯苯经过氧 苯甲酰催化聚 合而成。
,交换速度下降一个数量级。 • 5、温度。 • 6、离子浓度:交换速度随离子浓度的上升而
加快。
29
第四节 离子交换树脂的性能
• 一、离子交换对树脂的基本要求 • 二、影响树脂性能的几个因素 • 三、主要理化常数的测定
30
一、离子交换对树脂的 基本要求*(p126):
• 1、有尽可能大的交换容量。 • 2、有良好的交换选择性。 • 3、化学性质稳定。 • 4、化学动力学性能好。 • 5、物理性能好。
代下来。
• 对阳子交换树脂而言,目的物的pI值愈大 (愈碱),将其洗脱下来所需溶液的pH值也 愈高。
5
离子交换树脂吸附和洗脱过程
(1)X+为平衡离子,YH+及Z+为待分离离子;
(2)YH+和Z+取代X+而被吸附;
(3)加碱后YH+失去正电荷,被洗脱;
(4)提高X+的浓度取代出Z+
6
树脂的选择
心。 • 3、平衡离子A+ 与离子B+交换。 • 4、B+从交换中心扩散到离子表面。 • 5、B+ 再扩散到溶液中。
27
粒子扩散
• 速度:
•
颗粒孔径、
•
颗粒半径、
•
树脂交换容量、
•
离子A+的半径与电荷、
•
平衡离子的性质(电荷、半径)
。
28
离子交换速度的影响因素:
• 1、树脂粒度:树脂粒度大,交换速度慢。 • 2、搅拌速度 • 3、树脂交联度:交联度大,交换速度低。 • 4、离子半径和离子价:离子每增加一个电荷
• 蛇笼树脂:脱盐 • 螯形树脂:金属离子 • 吸附树脂 :“脱色树脂” • 热再生离子交换树脂:
25
常用离子交换树脂特性表
•
26
第三节 离子交换(p129)
• R-B+ + A+ R-A+ + B+ • 离子交换过程: • 1、A+从溶液扩散到树脂表面。 • 2、A+从树脂颗粒表面扩散到颗粒中
101树脂? D011树脂?
• 分类名称: 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螫合性 两性-氧化还原性
• 骨架名称: 苯乙烯系 丙烯酸系 醋酸系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
• 强酸类 1~100号; • 弱酸类 101~200; • 强碱类201~300; • 弱碱类301~400; • 中强酸类401~500 • 交联度:是合成载体骨架时交联剂重量的百分数,
• pH大于等电点时,物质带负电荷, 与阴离子交换剂进行交换;
• pH小于等电点时,物质带正电荷, 可以与阳离子交换剂进行交换。
8
蛋白质等电点与所用交换剂
9
离子交换技术的应用
10
第二节 离子交换树脂的结构和种类
• 离子交换树脂构成: • (1)惰性的不溶性高分子固定骨架,称载体。 • (2)与载体共价键连接的不能移动的活性基团
31
二、影响树脂性能的几个因素
• 1、离子交换树脂具有的功能基团性质和数 目,数目是其交换容量的基础。(pH)
• 2、树脂的交联度——树脂强度、交换选择 性、动力学性质。
• 3、树脂骨架和平衡离子。
32
pH对交换容量的影响
离子交换层析技术优秀课件
第一节 基本原理与特点
• 离子交换法:利用溶液中带电粒子与离 子交换剂之间结合力的差异进行物质分 离的操作方法。
• 带电粒子与离子交换剂间的作用力是静 电力。
• 电荷密度、电荷种类
2
离子交换剂
• 离子交换剂:由惰性的不溶性载体、功能基团 和平衡离子组成。
• 阳离子交换剂:平衡离子带正电荷。 • 阴离子交换剂:平衡离子带负电荷。 • R-X+ + Y+ R-Y+ + X+
• R-表示阳离子交换剂的功能基团和载体;X+ 为平衡离子;Y+为交换离子。
3
吸附
• 选择性吸附:调节溶液的pH值,使目的 物带有相当数量的静电荷,而主要杂质 离子带相反电荷或较弱的电荷。
• 选择合适的树脂(如阳离子交换树脂) ,便可使目的物被离子交换树脂吸附, 而杂质较少被吸附。
4
洗脱
• (1)调节洗脱液的pH值。 • (2)用高浓度的同性离子将目的物离子取
用“×”将树脂编号与交联度分开。 • 弱酸101 ×4其交联度为4%。 • 国内常用树脂命名:724;732(001×7);717
19
• 大孔树脂在型号前加“D”,凝胶型树脂 的交联度值可在型号后用“×”号连接阿 拉伯数字表示。如D011×7,表示大孔
强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂,其交 联度为7。
• 交联度
21
22
(二)丙烯酸型离子交换树脂
丙烯酸型阳离子交换树脂:是由丙烯酸甲酯 与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。
23
丙烯酸型阳离子交换树脂
• 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 。
24
(三)阴离子及其它交换树脂
两性树脂: 蛇笼树脂(snake-cage resins)
16
离子交换树脂的命名
• 离子交换树脂的命名方式:
• 离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组 成,第一位数字代表产品的分类,第二位 数字代表骨架的差异,第三位数字为顺序 号用以区别基因、交联剂等的差异。
• 表8-1 树脂型号中的一、二位数字的意义 • 代号: 0 1 2 3 4 5 6
型树脂(—COOH ,
),
在酸性环境中解离度受到抑制
。 12
阴离子交换树脂
• 强碱型阴离子交换树脂: •
• 弱碱型阴离子交换树脂:活性基团为伯、仲、叔胺 基。在碱性环境中解离度受到抑制。
• 中强碱性阴离子交换树脂:兼有以上两类活性基团。
13
离子交换树脂功能基团的电离常数
14
离子交换树脂的性能
15
离子,亦称平衡离子。
• 如聚苯乙烯磺酸型钠树脂。
11
阳离子交换树脂分类
• 强酸型树脂:磺酸型树脂,功 能基团为磺酸根(—SO3H)及甲 基磺酸根(—CH2SO3H),有好 的解离能力。
• 中酸性树脂:磷酸型树脂(—
PO3H2 )
• 弱酸性树脂:羧酸型树脂和酚
• 国外一些产品用字母C代表阳离子树脂 (C为cation的第一个字母),A代表阴 离子树脂(A为Anion的第一个字母), 如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和 阴树脂,亦分别代表阳树脂和阴树脂。
离子交换树脂的骨架(p126)
(一)苯乙烯型离子交换树脂 • 由苯乙烯与二
乙烯苯经过氧 苯甲酰催化聚 合而成。
,交换速度下降一个数量级。 • 5、温度。 • 6、离子浓度:交换速度随离子浓度的上升而
加快。
29
第四节 离子交换树脂的性能
• 一、离子交换对树脂的基本要求 • 二、影响树脂性能的几个因素 • 三、主要理化常数的测定
30
一、离子交换对树脂的 基本要求*(p126):
• 1、有尽可能大的交换容量。 • 2、有良好的交换选择性。 • 3、化学性质稳定。 • 4、化学动力学性能好。 • 5、物理性能好。
代下来。
• 对阳子交换树脂而言,目的物的pI值愈大 (愈碱),将其洗脱下来所需溶液的pH值也 愈高。
5
离子交换树脂吸附和洗脱过程
(1)X+为平衡离子,YH+及Z+为待分离离子;
(2)YH+和Z+取代X+而被吸附;
(3)加碱后YH+失去正电荷,被洗脱;
(4)提高X+的浓度取代出Z+
6
树脂的选择
心。 • 3、平衡离子A+ 与离子B+交换。 • 4、B+从交换中心扩散到离子表面。 • 5、B+ 再扩散到溶液中。
27
粒子扩散
• 速度:
•
颗粒孔径、
•
颗粒半径、
•
树脂交换容量、
•
离子A+的半径与电荷、
•
平衡离子的性质(电荷、半径)
。
28
离子交换速度的影响因素:
• 1、树脂粒度:树脂粒度大,交换速度慢。 • 2、搅拌速度 • 3、树脂交联度:交联度大,交换速度低。 • 4、离子半径和离子价:离子每增加一个电荷
• 蛇笼树脂:脱盐 • 螯形树脂:金属离子 • 吸附树脂 :“脱色树脂” • 热再生离子交换树脂:
25
常用离子交换树脂特性表
•
26
第三节 离子交换(p129)
• R-B+ + A+ R-A+ + B+ • 离子交换过程: • 1、A+从溶液扩散到树脂表面。 • 2、A+从树脂颗粒表面扩散到颗粒中
101树脂? D011树脂?
• 分类名称: 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螫合性 两性-氧化还原性
• 骨架名称: 苯乙烯系 丙烯酸系 醋酸系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
• 强酸类 1~100号; • 弱酸类 101~200; • 强碱类201~300; • 弱碱类301~400; • 中强酸类401~500 • 交联度:是合成载体骨架时交联剂重量的百分数,
• pH大于等电点时,物质带负电荷, 与阴离子交换剂进行交换;
• pH小于等电点时,物质带正电荷, 可以与阳离子交换剂进行交换。
8
蛋白质等电点与所用交换剂
9
离子交换技术的应用
10
第二节 离子交换树脂的结构和种类
• 离子交换树脂构成: • (1)惰性的不溶性高分子固定骨架,称载体。 • (2)与载体共价键连接的不能移动的活性基团
31
二、影响树脂性能的几个因素
• 1、离子交换树脂具有的功能基团性质和数 目,数目是其交换容量的基础。(pH)
• 2、树脂的交联度——树脂强度、交换选择 性、动力学性质。
• 3、树脂骨架和平衡离子。
32
pH对交换容量的影响
离子交换层析技术优秀课件
第一节 基本原理与特点
• 离子交换法:利用溶液中带电粒子与离 子交换剂之间结合力的差异进行物质分 离的操作方法。
• 带电粒子与离子交换剂间的作用力是静 电力。
• 电荷密度、电荷种类
2
离子交换剂
• 离子交换剂:由惰性的不溶性载体、功能基团 和平衡离子组成。
• 阳离子交换剂:平衡离子带正电荷。 • 阴离子交换剂:平衡离子带负电荷。 • R-X+ + Y+ R-Y+ + X+
• R-表示阳离子交换剂的功能基团和载体;X+ 为平衡离子;Y+为交换离子。
3
吸附
• 选择性吸附:调节溶液的pH值,使目的 物带有相当数量的静电荷,而主要杂质 离子带相反电荷或较弱的电荷。
• 选择合适的树脂(如阳离子交换树脂) ,便可使目的物被离子交换树脂吸附, 而杂质较少被吸附。
4
洗脱
• (1)调节洗脱液的pH值。 • (2)用高浓度的同性离子将目的物离子取
用“×”将树脂编号与交联度分开。 • 弱酸101 ×4其交联度为4%。 • 国内常用树脂命名:724;732(001×7);717
19
• 大孔树脂在型号前加“D”,凝胶型树脂 的交联度值可在型号后用“×”号连接阿 拉伯数字表示。如D011×7,表示大孔
强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂,其交 联度为7。
• 交联度
21
22
(二)丙烯酸型离子交换树脂
丙烯酸型阳离子交换树脂:是由丙烯酸甲酯 与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。
23
丙烯酸型阳离子交换树脂
• 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 。
24
(三)阴离子及其它交换树脂
两性树脂: 蛇笼树脂(snake-cage resins)
16
离子交换树脂的命名
• 离子交换树脂的命名方式:
• 离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组 成,第一位数字代表产品的分类,第二位 数字代表骨架的差异,第三位数字为顺序 号用以区别基因、交联剂等的差异。
• 表8-1 树脂型号中的一、二位数字的意义 • 代号: 0 1 2 3 4 5 6
型树脂(—COOH ,
),
在酸性环境中解离度受到抑制
。 12
阴离子交换树脂
• 强碱型阴离子交换树脂: •
• 弱碱型阴离子交换树脂:活性基团为伯、仲、叔胺 基。在碱性环境中解离度受到抑制。
• 中强碱性阴离子交换树脂:兼有以上两类活性基团。
13
离子交换树脂功能基团的电离常数
14
离子交换树脂的性能
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