离子交换层析及应用ppt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ppt课件 (2)
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。
a
。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。
图5-19
b
也称工作容量 （估计值） 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
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。
二、离子交换层析的知识准备
（三）离子交换层析介质的分类
• 交联度大，网孔变小，大分子量的离子不 能进入树脂颗粒内发生离子交换。
• 在不影响分离的情况下，以采用交联度较 高的树脂为好，这样可以提高树脂对离子 的选择性 。
二、离子交换层析的知识准备
（三）离子交换层析介质的分类
树脂resin（据所含交换基团的性质分） 阳离子交换树脂
图5-17 水的软化流程
一、认识离子交换层析
（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
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、 应用
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。
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8
特点：
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
❖ 淡黄色球状颗粒；
❖ 化学稳定性好，耐磨性好； ❖ 在酸性、碱性和中性介质中都可使用； ❖ 交换反应速度快； ❖ 无机、有机阳离子均可交换。
9
1.2.2 弱酸性阳离子交换树脂
功能团可以为羧基—COOH，酚羟基—
OH等。这种树脂的电离程度小，其交换性
能和溶液的PH有很大关系。在酸性溶液中，
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
14
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。
18
110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯二乙烯苯三元共聚而得 。
19
常用离子交换树脂特性表
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。
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。
21
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。
一般以磺酸基— SO3H作为活性基团，由于是强酸性基团，其电
离程度不随外界溶液的PH大小而变化，所以使用时的PH一般没有限制。
通式用R表示熟知的骨架。
此外还以磷酸基—PO(OH)2和次磷酸基—PHO(OH)作为活性基团 的树脂具有中等强度的酸性
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+。
3
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
CH=CH2 +
CH=CH2
CH=CH2
交联剂
碱性基团
—N+R3 —NR2
特殊基团
4
树脂的网络骨架
5
离子交换树脂三维空间立体结构
6
1.2 离子交换树脂的分类
1.2.1 强酸性阳离子交换树脂
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。
11
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。
12
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。
用Na2CO3、 NH4OH等进 行再生。
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
13
离子交换树脂的分类
阳离子交换树脂
交换基为酸性， H+与阳离子交换
强酸型 弱酸型
依据活性基团的种类
—SO3H —COOH —OH
离子交换层析法
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。
这类树脂几乎不发生交换反应，交换能力
随溶液的PH增加而提高。对于羧基树脂，
应该在PH>7的溶液中操作，而对于酚羟基
树脂，溶液的PH>9。
10
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
2
第一章 1 基本概念 1.1 离子交换树脂
离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂 的高分子化合物，它的化学稳定性良好，具有离 子交换能力。
其巨大的分子可以分为两部分：一部分是不能 移动的、多价的高分子集团，构成树脂的骨架， 使树脂具有上述的溶解性和稳定性；另一部分是 可以移动的离子，称为活性离子（活性集团）， 它在树脂骨架中进进出出 ，就发生离子交换现 象。
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
15
16
17 17
2、丙烯酸型阳离子交换树脂
22
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。
交联度 W d P% 100% Wm
式中：
W d — 工业二乙烯苯的重量
P% — 工业二乙烯苯的含量
W m — 单体相重量
23
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。
24
2 离子交换树脂的理化性能
特点：
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
❖ 淡黄色球状颗粒；
❖ 化学稳定性好，耐磨性好； ❖ 在酸性、碱性和中性介质中都可使用； ❖ 交换反应速度快； ❖ 无机、有机阳离子均可交换。
9
1.2.2 弱酸性阳离子交换树脂
功能团可以为羧基—COOH，酚羟基—
OH等。这种树脂的电离程度小，其交换性
能和溶液的PH有很大关系。在酸性溶液中，
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
14
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。
18
110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯二乙烯苯三元共聚而得 。
19
常用离子交换树脂特性表
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。
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。
21
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。
一般以磺酸基— SO3H作为活性基团，由于是强酸性基团，其电
离程度不随外界溶液的PH大小而变化，所以使用时的PH一般没有限制。
通式用R表示熟知的骨架。
此外还以磷酸基—PO(OH)2和次磷酸基—PHO(OH)作为活性基团 的树脂具有中等强度的酸性
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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+。
3
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
CH=CH2 +
CH=CH2
CH=CH2
交联剂
碱性基团
—N+R3 —NR2
特殊基团
4
树脂的网络骨架
5
离子交换树脂三维空间立体结构
6
1.2 离子交换树脂的分类
1.2.1 强酸性阳离子交换树脂
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。
11
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。
12
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。
用Na2CO3、 NH4OH等进 行再生。
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
13
离子交换树脂的分类
阳离子交换树脂
交换基为酸性， H+与阳离子交换
强酸型 弱酸型
依据活性基团的种类
—SO3H —COOH —OH
离子交换层析法
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。
这类树脂几乎不发生交换反应，交换能力
随溶液的PH增加而提高。对于羧基树脂，
应该在PH>7的溶液中操作，而对于酚羟基
树脂，溶液的PH>9。
10
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
2
第一章 1 基本概念 1.1 离子交换树脂
离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂 的高分子化合物，它的化学稳定性良好，具有离 子交换能力。
其巨大的分子可以分为两部分：一部分是不能 移动的、多价的高分子集团，构成树脂的骨架， 使树脂具有上述的溶解性和稳定性；另一部分是 可以移动的离子，称为活性离子（活性集团）， 它在树脂骨架中进进出出 ，就发生离子交换现 象。
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
15
16
17 17
2、丙烯酸型阳离子交换树脂
22
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。
交联度 W d P% 100% Wm
式中：
W d — 工业二乙烯苯的重量
P% — 工业二乙烯苯的含量
W m — 单体相重量
23
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。
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2 离子交换树脂的理化性能