GE离子交换选择指南(Ion exchange selection guide)
离子交换分离技术
Modern uses
• In recent decades, high performance synthetic ion exchange media was developed for purification of fluids used in the Nuclear Power, Petrochemical, Mining, Pharmaceutical, Chemical Processing, and Food & Beverage industries.
离子交换纤维素的优点
• 大分子物质能自由在骨架中扩散和交换， 亲水性强，表面积大，容易吸收分子，交 换基团稀疏但对大分子的实际交换容量大， 吸附力弱而使交换和洗脱条件缓和/不易引 起变性，分辨率强。
离子交换纤维素分类
• 阳离子和阴离子交换纤维素 • 强酸型、中强酸型、弱酸型 • 强碱型、中强碱型、弱碱型
• 向树脂中添加Y+，反应平衡向右移动，交换离子被 吸附到树脂上；向树脂中添加X+，反应平衡向左移 动，交换离子全部或大部分从树脂上释放出来。 • Adding Y+ to resin will shift the equilibrium to the right, and thus target ions are adsorbed to resin. Conversely, adding X+ will shift the equilibrium to the left, causing release of target ions from resin.
(生物制药工艺学)第八章离子交换法(ion-exchange
60
氨基酸制备、分离
• 猪血粉水解制备6种氨基酸:
61
无盐水制备
• 无盐水制备是利用氢型阳离子交换树脂 和羟型阴离子交换树脂的组合以除去水 中所有的离子，其反应式如下：
62
无盐水制备
• 阳离子交换树脂用强酸性树脂，阴离子交换树脂 可以用强碱或弱碱树脂。
44
三、交换环境的影响
• 1、溶液的pH：解离度、交换容量、 选择性。
• 2、离子强度：交换容量、选择性、 交换速度
• 3、有机溶剂：能降低有机离子的解 离程度。
45
四、树脂结构的影响
（一）树脂载体的交联度：
• 交联度上升，膨胀度下降，K值增大，树 脂潜在的选择能力提高。
• 空隙大小的影响，即膨胀度增大，促使树 脂吸附量增加。
• 交换：静态交换 动态交换 • 洗脱： • 洗脱方式：分静态洗脱及动态洗脱两种，pH
及离子强度改变。 • 洗脱液：酸、碱、盐。
56
• 酸、碱洗脱液旨在改变吸附物的电荷或改变 树脂吸附基团的解离状态，以消除静电结合 力，迫使目的物被释放出来；
• 盐类洗脱液是通过高浓度的同种电荷的离子 与目的物竞争树脂上的活性基团，使吸附物 解离。
•
C1/C2=P
• 在稀溶液(C2较小)中，树脂吸附高价离 子的倾向很大。
43
举例
• 例如：
• 当k=2 P=1 m1+m2=1 C2=0.1mol/L Z2=1时 • 若Z1=2 则m1＝0.9，m2＝0.1 • 若Z1=3 则m1＝0.97，m2＝0.03 • 在较稀的溶液中，树脂几乎仅吸附高价离子。
34
交换容量测定方法
• 阳离子交换树脂（氢型）的测定方法：一定量 树脂 中 加入 NaOH溶 液， 一天 或 数天 后 测定 NaOH剩余量，从消耗的碱量求交换容量。
预装柱选择指导中文版
如果已知样品含有疏水组分，开始先使用低疏 水性的柱料。
选择在低盐离子浓度时具有最佳分辨率和上样 容量的柱料。
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6．尽早去除破坏性的污染物： 例如，蛋白酶
7．在每一步使用不同的技术： 充分利用可以用来进行分离的样品特性 优势（大小、电荷、疏水性、配基特异 性）
8．色谱步骤数目最少： 额外的步骤降低了产量，并且耗费了时 间；符合逻辑的结合各种纯化步骤
回收率
术语词汇表
样品特性：包括大小、电荷、疏水性、对特 异配基的亲和性、等电点（pI）、pH、以及 温度稳定性。 样品制备：在色谱分离第一步之前的澄清。 可以包括抽提和/或浓缩步骤。
离子交换色谱柱料的选择
对于绝大多数纯化，尤其是样品特性未知的纯 化，推荐开始时使用强离子交换，有利于在起 始方法研发过程中，使用广泛的pH范围。
• 强离子交换：Q（阴离子），S或者SP（阳离 子）在广泛的pH范围下具有各种电荷。
• 弱离子交换：DEAE、ANX（阴离子）和CM （阳离子）分别在狭窄的pH范围（为pH 2–9和 pH 6–10）下具有各种电荷，提供了离子交换分 离的其它选择。
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10-20 cv
亲和色谱根据蛋白（或者蛋白基团）与色谱基 质连接的特定配基之间的可逆相互作用分离蛋 白。只要可以获得合适的配基，并且结合可 逆，亲和色谱就可以使用。
靶蛋白与互补的结合物质（配基）发生特异和 可逆的结合。样品在适合与配基特异结合的条 件下上样。没有结合的物质被洗脱，结合的靶 蛋白在改变到适合解离的条件下进行回收。洗 脱可以使用竞争性配基特异性的进行，或者使 用改变pH值、离子强度或极性非特异性的进 行。在结合过程中，蛋白被浓缩，以纯化后的 浓缩形式被收集。
(生物制药工艺学)第八章离子交换法(ion-exchange
22
第三节 离子交换动力学
• 一、离子交换平衡
• • R代表离子交换树脂，Z1及Z2分别为离子A1和A2的
价电数。
•
表示溶液中与树脂表面的两种离子。
23
尼科尔斯基方程式
• 用m1、m2及C1、C2分别代表树脂上和溶液中的 两种离子的浓度。
• 数量关系可表示:
•
• 尼科尔斯基方程式
• K＞1时 离子A1比离子A2对树脂有较大的吸引力
10
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
型树脂（—COOH ,
），
在酸性环境中解离度受到抑制。
11
阴离子交换树脂
• 强碱型阴离子交换树脂： •
(生物制药工艺学)第八章离子交换法 (ion-exchange
第一节 基本原理
• 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。
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；717
16
离子交换树脂的骨架
（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。
• 交联度
17
18
（二）丙烯酸型离子交换树脂
离子交换
和凝胶树脂比较，大孔树脂有以下特点： 和凝胶树脂比较，大孔树脂有以下特点： 交联度高、溶胀度小，有较好的理化稳定性； 1。交联度高、溶胀度小，有较好的理化稳定性； 有较大的孔度、孔径和比表面， 2。有较大的孔度、孔径和比表面，给离子交换提供良好的接触 条件，交换速度快，有较好的抗有机污染性能； 条件，交换速度快，有较好的抗有机污染性能； 其永久性孔隙在水化作用时起缓冲作用，耐胀缩不易破碎； 其永久性孔隙在水化作用时起缓冲作用，耐胀缩不易破碎； 流体阻力小，工艺参数比较稳定。 3。 流体阻力小，工艺参数比较稳定。 缺点： 缺点： 装填密度小、体积交换量小、洗脱剂用量多，价格高， 装填密度小、体积交换量小、洗脱剂用量多，价格高，一次性 投资较大等缺点
羧酸阳离子交换树脂在不同pH下的交换容量 羧酸阳离子交换树脂在不同pH下的交换容量 pH
pH 5 6 2.5 7 8.0 8 9.0 9 9.0
交换容量（meq/g） 0.8
和弱酸阳离子树脂的结合力很强，容易再生。 H＋和弱酸阳离子树脂的结合力很强，容易再生。
新型离子交换树脂
大孔离子交换树脂 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同 的骨架结构， 的骨架结构， 在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再 引入化学功能基团 引入化学功能基团，便可得到大孔离子交 化学功能基团，便可得到大孔离子交 换树脂
离子交换树脂的构成
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）
树脂的网络骨架
离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 按活性基团分类， exchange) 含酸性基团） 脂(cation exchange)（含酸性基团） 和阴离子交换树脂( exchange) 和阴离子交换树脂(anion exchange) 含碱性基团）。 （含碱性基团）。 具体又可以分为：强阳、 具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴 强阴、
离子交换剂的选择
1. 离子交换剂的选择离子交换剂的种类很多，离子交换层析要取得较好的效果首先要选择合适的离子交换剂。
首先是对离子交换剂电荷基团的选择，确定是选择阳离子交换剂还是选择阴离子交换剂。
这要取决于被分离的物质在其稳定的 pH 下所带的电荷，如果带正电，则选择阳离子交换剂;如带负电，则选择阴离子交换剂。
例如待分离的蛋白等电点为 4,稳定的pH范围为6-9，由于这时蛋白带负电，故应选择阴离子交换剂进行分离。
强酸或强碱型离子交换剂适用的 pH范围广，常用于分离一些小分子物质或在极端pH下的分离。
由于弱酸型或弱碱型离子交换剂不易使蛋白质失活，故一般分离蛋白质等大分子物质常用弱酸型或弱碱型离子交换剂。
其次是对离子交换剂基质的选择。
前面已经介绍了，聚苯乙烯离子交换剂等疏水性较强的离子交换剂一般常用于分离小分子物质，如无机离子、氨基酸、核苷酸等。
而纤维素、葡聚糖、琼脂糖等离子交换剂亲水性较强，适合于分离蛋白质等大分子物质。
一般纤维素离子交换剂价格较低，但分辨率和稳定性都较低，适于初步分离和大量制备。
葡聚糖离子交换剂的分辨率和价格适中，但受外界影响较大，体积可能随离子强度和pH 变化有较大改变，影响分辨率。
琼脂糖离子交换剂机械稳定性较好，分辨率也较高，但价格较贵。
另外离子交换剂颗粒大小也会影响分离的效果。
离子交换剂颗粒一般呈球形，颗粒的大小通常以目数（mesh）或者颗粒直径（mm）来表示，目数越大表示直径越小。
前面在介绍交换容量时提到了一些关于交换剂颗粒大小、孔隙的选择。
另外离子交换层析柱的分辨率和流速也都与所用的离子交换剂颗粒大小有关。
一般来说颗粒小，分辨率高，但平衡离子的平衡时间长，流速慢 ; 颗粒大则相反。
所以大颗粒的离子交换剂适合于对分辨率要求不高的大规模制备性分离，而小颗粒的离子交换剂适于需要高分辨率的分析或分离。
这里特别要提到的是，离子交换纤维素目前种类很多，其中以DEAE纤维素（二乙基氨基纤维素）和CM纤维素（羧甲基纤维素）最常用，它们在生物大分子物质（蛋白质，酶，核酸等）的分离方面显示很大的优越性。
离子交换分离法(一)
离子交换分离法（一）离子交换分别(ionexchangeseparation)是利用离子交换剂与试液中的离子之间发生交换作用举行分别的办法，是分析化学中重要的分别办法之一。
离子交换分别法的分别效果很高，常用于富集微量的元素、除去干扰元素以及分别性质相近的元素等，还可以用来制备纯化去离子水。
但离子交换分别操作较棘手，周期较长。
离子交换剂的种类无数，主要分为无机离子交换剂和有机离子交换剂两大类。
目前分析化学中应用较多的是有机离子交换剂，即离子交换树脂(ionexchangeresin)。
一、离子交换树脂及其性能 1．离子交换树脂的种类与结构 (1)离子交换树脂的种类离子交换树脂是一种具有网状结构的高分子聚合物，性质稳定，难溶于普通溶剂。
树脂网状结构的骨架上带有活性基团(交换基团)，可以与溶液中的离子发生交换。
依所含可交换的活性基团及其酸碱性强弱的不同，离子交换树脂可以分成以下四类：阳离子交换树脂{嚣篙藿嚣喜季萎曩藉誓阴离子交换树脂{雾蓑篆器霎季篓曩署鉴阳离子交换树脂带有酸性的活性基团，其中的阳离子可被溶液中的阳离子所交换，假如活性基团是强酸性的一S03H，则R—SO3H树脂为强酸性阳离子交换树脂；假如活性基团是一COOH和一OH等弱酸性基团，则RCOOH和ROH为弱酸性阳离子交换树脂。
阴离子交换树脂带有碱性的活性基团，其中的阴离子可被溶液中的阴离子所交换，假如碱性的活性基团是季铵基闭=N一，如R—N(CH3)3OH，则为强碱性阴离子交换树脂；假如活性基团是其他碱性较弱的氨基如R—NH2等，则为弱碱性阴离子交换树脂： (2)离子交换树脂的结构以常用的聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂为例。
这类树脂是一种由苯乙烯和二乙烯苯经聚合和磺化而成的带有一SO3H的高聚物。
从图20—3所示的结构可以看出，在高聚物中有无数长的碳链，而碳链之间又通过苯环相连，形成了网状结构。
其中的磺酸基一SO3H是离子交换树脂中的活性基团，溶液中的阳离子可以蔓延到网状结构的内部，同活性基团中的H+举行交换。
GE 离子交换层析手册
GE Healthcare
离子交换色谱及色谱聚焦
原理和方法
GE Healthcare 生命科学产品使用手册
抗体纯化手册 18-1037-46
重组蛋白手册 蛋白扩增与简单纯化 18-1142-75
蛋白纯化手册 18-1132-29
离子交换色谱及色谱聚焦 原理与方法 11-0004-21
亲和色谱层析 原理与方法 18-1022-29
符号 ............................................................................................................................................................................................... 8 通用缩写 ..................................................................................................................................................................................... 9
GST基因融合系统手册1 8-1157-58
GE离子交换层析柱
GE离子交换层析柱 protocol 5ml（举例子）Preparation1. Buffer:（pH 根据蛋白的 pI 进行调整，pH 尽量远离 pI。
pH>pI,过 Q 柱；pH>pI,过 S 柱）A: 50mM Tris-HClB: 50mM Tris-HCl 1M NaCl过滤除杂质，4℃静置过夜除气泡。
2. Protein:用滤器过滤除质；或者分装于 EP 管，14000rpm，4℃离心 20min，去除沉淀。
3 .Prepare enough tubes有流速时，禁止将泵的探头暴露到空气中!!! 柱子在仪器上时，无论何时均要限压!!! Procedure1 打开仪器总开关，电脑。
检查：泵的探头是否放入纯水中。
洗泵：Manual--pump--pump basic wash--A on ,B on--insert--execute洗系统：Manual--pump--flow--10ml/min--insert--executeManual--other--End time--volume--40 ml2 安装柱子给流速：Manual--pump--flow--3ml/min--insert--execute(仪器显示系统压力为*Mpa)限压力：Manual--Alarms--Alarms pressure--+*)Mpa--insert--execute 是 Hitrap Q 柱子的最大限压)装柱子：先装上面，再下面，装完后用纸巾擦干，观察是否漏液。
3 清洗柱子限压力：Manual--Alarms--Alarms pressure--+*)Mpa--insert--execute给流速：Manual--pump--flow--1ml/min--insert--execute（低流速下装柱子）Manual--other--End time--volume--10 ml（第一次使用的新柱子或者装有乙醇的柱子，必须先用纯水洗以上。
离子交换
离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及 提取稀土元素和贵金属。
5）合成化学和石油化学工业
在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、 酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱， 同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用， 产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容 易控制等。
离子交换设备 —分类
按两相间接触方式可分为固定床、移动 床、流化床。
离子交换设备
—固定床离子交换
固定床是应用较为广泛的一类离子交换。能够 在一定量再生剂的条件下逆流再生获得较高的分散效 果。 结构：溶液分布装置、树脂支撑装置、 观察装置、 检 修装置、 进出料管、 树脂放出口、 溢流口
过程：通常被处理的料液从树脂的上方加入，经过分 布管均匀分布分布于整个树脂的横截面上。
pH一般没有限制。 再生：
过量强酸 应用：
提取、精制新霉素，卡那霉素，春雷霉素
苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的结构
—CH2—∣CH—CH2—CH—CH2—C∣H—CH2—C∣H—
SO3- H+
SO3- H+
SO3- H+
—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—
SO3- H+
HC=CH2
膨胀度：树脂吸水后体积增大的程度
膨胀率：树脂转型时体积增大百分率 Φ ＝ (V2－V1 ) / V1 ％
（V1 膨胀前体积；V2 膨胀后体积）
交换容量
离子交换树脂的性能指标
一定数量的离子交换树脂所带有的可交换基
团的数量。
总交换容量：每克干树脂上活性功能团的总数
（3-6mM/g干）
工作交换容量：也叫实用交换容量，即在某一指
用于金属离子提取分析的离子交换固相萃取柱及其选择指南
Topics in Solid-Phase Extraction: Metals AnalysisIon Exchange Sorbents for Metals Extraction- Analysis & Sorbent Use Selection GuideUCT ENVIRO-CLEAN® (Ion-Exchange Cartridges)*January 5, 2010The determination of trace metals in aqueous environmental samples or other matrices often require sample pretreatment and cleanup procedures prior to analysis by using specific ion-exchange sorbents. The sorbents are used to eliminate matrix interferences and achieve high concentrations of metal ions for good analytical accuracy. They are important when using such techniques as AA, IES and ICP-AES.The use of ion-exchange sorbents for the preconcentration, separation and determination of metal ions for trace analysis is well established in the literature. Selection of an appropriate sorbent ensures both high efficiency in metal chelating while minimizing the mass of sorbent required for a particular analytical task. A high efficiency sorbent means that a smaller bed mass may be used thereby reducing the quantity of solvent required for elution yielding greater analytical sensitivity.Recommendations in this application note include the following metal ions: Zinc (II) Arsenic (V) Tin (IV) Selenous IV) Mercury (II) Chromium (III) Copper (II) Platinum (0) Other metal ions may be extracted by the use of these ion-exchange sorbentsSorbent Selection for Metals ExtractionSolid-phase sorbents have differing capacity and selectivity for various metal ions due to the specific nature of the ion-exchange functional group, the metal species and the valence state of the metal of interest. Depending on the specific metal ion of interest, elution of the cartridge may be most efficient using both the acid followed by the base elution procedure. This can be determined by looking at the following Extraction Protocol Tables. For example, when eluting Hg(II) from PSA the highest recovery is obtained using acid elution (green box) followed by base elution (yellow box).Sample Analysis1) Sample Extractiona) Assemble an all glass extraction apparatusb) Place a UCT ENVIRO-CLEAN® cartridge on the apparatusNote: Cartridge selection will depend on the volume of sample or theconcentration of metal to be extractedc) Condition 1mL cartridge by adding 3 mL of methanol. (Larger cartridges will requirea larger volume of solvent and water wash volume in steps c) and d))d) Add 3 mL of reagent water and allow to drip through the cartridgeNote: Do not allow the cartridge to dry out after addition of water, otherwiserepeat step d)Add 10-50 mL of sample water to the cartridge. A larger sample volume may beused depending on metal concentration or suspended solids contente) Adjust vacuum setting so that the water flows at 1-3 mL/minute until sample haspassed completely through the cartridgef) Allow the cartridge to air dry for about 1 minute under full vacuum2) Elution--Acida) Prepare a 100 mM nitric acid elution solutionb) Place a collection vial in the vacuum manifoldc) Add 3 mL of the nitric acid solution to the cartridged) Adjust flow rate for a flow of 1-3 mL/minutee) Dilute eluant to an appropriate volume for detection using reagent waterf) Sample is ready for analysis3) Elution--Basea) Prepare a 100 mM triethylamine elution solutionb) Place a collection vial in the vacuum manifolda) Add 3 mL of the triethylamine solution to the cartridgeb) Adjust flow rate for a flow of 1-3 mL/minutec) Dilute eluant to an appropriate volume for detection using reagent waterd) Sample is ready for analysis4) Analysisa) Prepare calibration curves for use with atomic absorption (AA) or InductivelyCoupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES) using appropriatemetals standardsExtraction Protocol TablesHow to use these tables: When choosing an ion-exchange sorbent to capture arsenic (V) for example, all ion-exchange sorbents will capture a small quantity of metal ions, however, only a base extraction would elute metal ions from these sorbents. For extraction of zinc ions, allsorbents would have moderate to high capacity but elution could only occur from the sorbent using acidic elution conditions.Acid Extraction ProtocolSorbent Cu (II) Zn (II) As (V) Sn (IV) Se (IV) Hg (II) Cr (III) Pt (0) PSABCX-HLCCXTAXTHXNAXBase Extraction ProtocolSorbent Cu (II) Zn (II) As (V) Sn (IV) Se (IV) Hg (II) Cr (III) Pt (0) PSABCX-HLCCXTAXTHXNAXGood to High CapacityModerate CapacityLittle or No CapacityIon-Exchange Sorbent KeyPSA Primary secondary amineBCX-HL Benzene sulfonic acid –high loadCCX Carboxylic acidTAX Triacetic acidTHX Sulfhydryl (thiopropyl)NAX AminopropylPrimary Secondary Amine (PSA)The PSA ion-exchange sorbent has a significant capacity for Hg(II) Se(IV) followed by a lesser capacity for Sn(IV), Cu(II), Zn(II) and Cr(III). Metal ions are readily eluted from PSA by the use of weak acid solutions such as 100mM nitric acid solution. Additional recovery for selenium can be obtained by following the acid elution by the use of 100 mM triethylamine solution Benzenesulfonic Acid-High Load (BCX-HL)The BCX-HL ion-exchange sorbent is the least selective of all ion-exchange sorbents and has significant capacity for Hg(II) and Sn(IV) thus ensuring high extraction efficiency for trace analysis. It is also a strong sorbent for Cu(II), Zn(II), Cr(III) and small amounts of Pt. In most cases, metal ions are readily eluted from BCX-HL by the use of 100mM nitric acid solution. Improvement in Hg(II) recovery yield and Sn(IV) can be achieved when eluting with 100 mM triethylamine solution.Carboxylic Acid (CCX)The CCX sorbents have high selectivity for Sn(IV) and Hg(II). Metal ions are readily eluted from CCX by the use of weak acid solutions such as 100mM nitric acid solution. Sn(IV) is eluted using 100 mM triethylamine solution. Additional Hg(II) is released under basic elution.Triacetic Acid (TAX)TAX sorbents have the highest affinity for Sn(IV) and Hg(II) followed by lesser amounts ofCu(II) and Zn(II). Metal ions are readily eluted from TAX by the use of weak acid solutions such as 100 mM nitric acid solution. Sn(IV) is eluted using 100 mM triethylamine solution. Additional Hg(II) is released under basic elution.Sulfhydryl THX (thiopropyl)THX sorbents have the highest affinity for Hg(II) and Sn(IV), and approximately equal weights of Sn(IV) and Cu(II). Metal ions are readily eluted from THX by the use of weak acid solutions such as 100mM nitric acid solution. Sn(IV), Se(IV) and Hg(II) are eluted using 100 mM triethylamine solution.Aminopropyl (NAX)The NAX ion-exchange sorbent has a significant capacity for Hg(II) followed by Se(IV). Metal ions are readily eluted from NAX by the use of weak acid solutions such as 100mM nitric acid solution. Additional Hg(II) is released under basic elution.For further data and specific information and discussion of each sorbent see separate UCT publications: Topics in Solid-Phase Extraction: Metals Analysis.*UCT ENVIRO-CLEAN® Ion-exchange cartridges are available in a variety of cartridge sizes, sorbent mass and particle size to most analytical requirements. For further information, contact UCT.DCN-105001-181UCT, LLC • 2731 Bartram Road • Bristol, PA 19007 • 800.385.3153 • 215.781.9255 • • Email: methods@©UCT, LLC 2010 • All rights reserved。
离子交换预装柱和填料选择指南
equilibration
sample application
1M
gradient elution
wash high salt wash
2–4 cv
re-equilibration
unbound molecules elute, UV signal returns to baseline
[NaCl]
Buffer concentration The buffer concentration should be sufficient to maintain buffering capacity and constant pH while an increasing salt concentration is applied. Recommended concentrations are shown in Tables 1 and 2.
Strong ion exchangers Q (anionic), S or SP (cationic) are fully charged over a broad pH range.
Weak ion exchangers DEAE, ANX (anionic) and CM (cationic) are fully charged over a narrower pH range (pH 2–9 and pH 6–10, respectively), but give alternative selectivities for separations.
V
V
V
V
+ Cation
0
pH
Anion
-
Abs
Abs
Abs
离子交换层析ionexchangechromatography
与水含茚三酮的反应：
O OH OH O O －CO2 O O RCHO + O O H N O O H NH2 O R N CH2 O OH OH O O O O H N O O O H R N CH H2O R CH COOH + NH2 －2H2O O O R N CHCOOH
紫色物质，用于α－氨基酸的比色测定和纸层析显色
三、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 之间结合力差异大的型号交换剂，以保证 通过离子交换层析后能得到比较满意的结 果。
考虑因素： 1.被分离物质带何种电荷 2.被分离物质分子的大小 大分子物质选用凝胶，其次选用纤维素 3.被分离物质所处的环境 4.被分离物质的物理化学性质 5.被分离物质的大概数量
2、检测：从第2管起每收集管中加入2ml茚三 酮显色液，充分混合，沸水浴 15 分钟，自 来水冷却，观察氨基酸与茚三酮的显色反 应，若生成紫色化合物，则说明收集到氨 基酸。
Separation of amino acids on a cation exchange column
Different types of ion exchange resins (a) Cation exchanger (b) Anion exchanger.
2.离子交换纤维素 阴离子交换纤维素 — 如 :DEAE- 纤维素 pH8.6 以下分离中性或酸性物质 , 具二乙 胺乙基 阳离子交换纤维素—如:CM-纤维素 一 般pH>4条件下使用,具有羧甲基
Hale Waihona Puke 3.离子交换凝胶— 分离大分子物质 如 ： 葡 聚 糖 （ Sephadex）、 聚 丙 烯 酰 胺 （PAG）、琼脂糖（Sepharose）
离子交换层析(Ion Exchange Chromatography ,IEC)(2)
离子交换层析(Ion Exchange Chromatography ,IEC)(2)(2)离子交换剂的电荷基团根据与基质共价结合的电荷基团的性质，可以将离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂。
阳离子交换剂的电荷基团带负电，可以交换阳离子物质。
根据电荷基团的解离度不同，又可以分为强酸型、中等酸型和弱酸型三类。
它们的区别在于它们电荷基团完全解离的pH 范围，强酸型离子交换剂在较大的pH 范围内电荷基团完全解离，而弱酸型完全解离的pH 范围则较小，如羧甲基在pH小于6时就失去了交换能力。
一般结合磺酸基团(-SO3H)，如磺酸甲基(简写为SM)、磺酸乙基(S E)等为强酸型离子交换剂，结合磷酸基团(-PO3H2)和亚磷酸基团(-PO2 H)为中等酸型离子交换剂，结合酚羟基(-OH)或羧基(-COOH)，如羧甲基(CM)为弱酸型离子交换剂。
一般来讲强酸型离子交换剂对 H 离子的结合力比Na+离子小，弱酸型离子交换剂对H 离子的结合力比Na+离子大。
阴离子交换剂的电荷基团带正电，可以交换阴离子物质。
同样根据电荷基团的解离度不同，可以分为强碱型、中等碱型和弱碱型三类。
一般结合季胺基团(-N(CH3)3)，如季胺乙基(QAE)为强碱型离子交换剂，结合叔胺(-N(CH3)2)、仲胺(-NHCH3)、伯胺(-NH2)等为中等或弱碱型离子交换剂，如结合二乙基氨基乙基(DEAE)为弱碱型离子交换剂。
一般来讲强碱型离子交换剂对 OH-离子的结合力比Cl-离子小，弱酸型离子交换剂对OH-离子的结合力比Cl-离子大。
(3)交换容量交换容量是指离子交换剂能提供交换离子的量，它反映离子交换剂与溶液中离子进行交换的能力。
通常所说的离子交换剂的交换容量是指离子交换剂所能提供交换离子的总量，又称为总交换容量，它只和离子交换剂本身的性质有关。
在实际实验中关心的是层析柱与样品中各个待分离组分进行交换时的交换容量，它不仅与所用的离子交换剂有关，还与实验条件有很大的关系，一般又称为有效交换容量。
选择离子法
选择离子法（Selective Ion Exchange Method）是一种基于离子交换原理的分析化学技术，用于测定溶液中特定离子的浓度。
这种方法通过使用具有特定选择性的离子交换树脂或膜，只允许特定离子通过，从而实现对目标离子的分离和测定。
基本原理：选择离子法的核心是离子交换树脂或膜的选择性。
这些材料具有特定的官能团，能够与目标离子发生特定的化学作用，如静电吸引或形成配位键。
因此，它们可以选择性地捕获和保留目标离子，而其他离子则被排除。
应用步骤：1. 样品准备：首先，需要将样品进行适当的前处理，以去除可能干扰测定的其他离子或物质。
2. 装填离子交换柱：将具有选择性的离子交换树脂装填到柱中。
树脂的性质（如交换容量、孔径和官能团类型）必须与目标离子的特性相匹配。
3. 洗脱：将样品或标准溶液通过离子交换柱。
目标离子会与树脂上的官能团发生交换，并被保留在柱上，而其他离子则通过柱。
4. 检测：通过eluent（洗脱剂）或再生溶液清洗柱，将保留在树脂上的目标离子洗脱下来。
洗脱液随后被收集并进行检测，通常使用质谱仪、原子吸收光谱仪或其他适合的仪器。
5. 数据分析：根据洗脱液中目标离子的浓度，可以计算出原始样品中目标离子的浓度。
优点：-高选择性：能够准确测定特定离子，不受其他离子的干扰。
-灵敏度：由于离子交换的专一性，可以实现较低浓度范围内离子的检测。
-快速：一旦样品通过柱，检测过程通常很快。
缺点：-成本：可能需要专门的设备和耗材，成本较高。
-操作要求：需要专业的操作技能和知识。
选择离子法在环境监测、临床分析、食品安全、水处理等多个领域都有广泛的应用。
它是一种强大的分析工具，能够为科研和工业提供准确、可靠的离子浓度数据。
Ion-exchange离子交换法
❖ (1)参照云峰沸石的电子能谱图 可知云峰人造沸石为钠型沸石，可交 ❖ 换阳离子为Na+离子; ❖ (2)熔盐体系中，液相仅为熔融态AgN03，固相为沸石; ❖ (3)由于不存在其他竞争离子，可以认为在沸石表面:
查数据发现ff的的水化半径水化半径为为0352nm0352nm而clcl的水化半径为的水化半径为0332nmbr0332nmbr033nm0331nm0331nm它们的增减它们的增减趋势是相反的趋势是相反的ff的水合离子半径最大的水合离子半径最大
Ion-exchange
离子交换法
康晋 03081006
离子交换概述
❖ 历史：早在古希腊时期人们就会用特定的黏土纯化海水.算是 比较早的离子交换法.这些黏土主要是沸石.
❖ 离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙 烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络 结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通 常为酸性或碱性基团)而制成。
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交换平衡
反应通式为:
— nR-A+ + B n+
Rn-Bn+ n+ )r(A+)sn/(R-A+)rn(Bn+)s (Rn-Bn+ )r是树脂中Bn+的活度, (R-A+)r是树脂中A+的活度, (Bn+)s是溶液中Bn+的活度. r(A+)s是溶液中A+的活度. K为离子交换选择系数.
离子交换分离技术的操作步骤和原理
离子交换分离技术的操作步骤和原理离子交换分离技术（Ion Exchange Chromatography）是一种广泛应用于实验室和工业中的分离和纯化技术。
其操作步骤简便，原理清晰，被广泛应用于分析、制药、环境监测等领域。
离子交换分离技术的原理基于离子交换树脂的特性。
离子交换树脂具有一定的功能基团，能够与溶液中的离子发生化学反应。
在这一过程中，反应中的阳离子会与树脂上的阴离子基团结合，而阴离子与树脂上的阳离子基团结合。
通过这种离子交换反应，实现溶液中特定离子的分离与纯化。
离子交换分离技术的操作步骤主要包括样品准备、离子交换柱的装置、进样和洗脱等环节。
首先，样品准备是离子交换分离技术的重要一步。
样品通常需要被预处理，以便去除杂质和调整pH值等参数。
这可以通过过滤、酸碱调节、或其他化学反应来实现。
经过适当的样品准备后，样品溶液中的目标离子可以进一步分离和纯化。
其次，装置离子交换柱。
离子交换柱是离子交换分离技术操作中的核心设备，其内部充满了离子交换树脂。
常见的离子交换树脂有阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
在这一步骤中，需要将柱导通缓冲液，以达到最佳的性能。
缓冲液的选择取决于离子交换柱中离子交换树脂的功能基团及其性质。
接下来，进行样品的进样。
进样可以通过多种方式实现，比如通过注射器将样品溶液垂直滴入柱中。
进样时，溶液中的目标离子会与离子交换树脂中的功能基团发生离子交换反应。
这一步骤的快速和准确性对于最终的分离效果起着重要作用。
完成进样后，需要通过洗脱步骤将目标离子从离子交换树脂中解离出来。
合适的洗脱条件取决于样品的特性和离子交换树脂的性质。
洗脱可以通过改变溶液pH 值、离子浓度或引入竞争性离子来进行。
通过调节洗脱条件，目标离子可以从离子交换树脂上被洗脱下来，实现分离和纯化。
最后，为了保持离子交换柱的稳定和延长使用寿命，在操作完成后需要进行再生步骤。
再生根据离子交换柱的特性和实验需求而定，常见的再生方法包括酸碱洗脱、高浓度离子洗脱等。
离子交换色谱原理
离子交换色谱原理
离子交换色谱（Ion Exchange Chromatography，简称IEC）是
一种常用的色谱分离技术，基于离子交换原理进行物质的分离。
在离子交换色谱中，站相通常由带电离子的树脂组成，称为离子交换树脂。
离子交换树脂具有一定的官能团，可以与带相反电荷的离子发生静电吸附或解离平衡。
当样品溶液经过离子交换树脂柱时，带相反电荷的离子会与树脂上的固定离子发生竞争吸附，从而实现不同离子之间的分离。
离子交换色谱根据离子交换的方式可分为阳离子交换色谱（Cation Exchange Chromatography，简称CEX）和阴离子交
换色谱（Anion Exchange Chromatography，简称AEX）。
在
阳离子交换色谱中，树脂上的固定离子为阴离子，吸附的是带正电荷的离子；而在阴离子交换色谱中，则相反。
在离子交换色谱中，采用不同的洗脱剂可以改变离子交换平衡，从而实现样品组分的分离。
常用的洗脱剂包括盐溶液、酸溶液或碱溶液，其浓度和pH值的调节可以改变离子交换树脂的吸
附和解吸特性。
离子交换色谱在生物医药、环境分析等领域有着广泛的应用。
通过调节离子交换树脂和洗脱剂的条件，可以实现对不同离子性物质的定量和质量分析。
同时，离子交换色谱也可以用于纯化和富集目标化合物，具有良好的分离效果和高选择性。
总结而言，离子交换色谱利用离子交换树脂栏柱，通过调节洗
脱剂的性质和条件，使样品中的离子与固定离子发生交换吸附和解吸反应，从而实现对样品中离子的分离和分析。
该技术在分析化学和生物化学中具有重要的应用价值。
离子交换分离最新实用版
1968年Scott将该技术用于分析人体尿液，能分辨出140多 个峰，快速而准确地得到实验结果。
1976年Campbell D O和 Larsen N R 报道了该技术在强放 射性裂变产物以及超钚元素分离中的应用。
20世纪70年代以来，仪器的研制和生产获得蓬勃发展，高 压输液泵和单波长紫外检测器的出现，再加微机处理技术， 是现代液相色谱技术面目焕然一新。
（2）在稀溶液中，树脂对离子的选择性随价态的增 二价离子： Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+
(3) 在稀溶液中，相同价态的选择性系数随水合离子半径的减小而增加：
加而增加。 High Performance Ion Exchange Chromatograph
从卤水及气田水中提 取硼酸； 1稀土元素及贵金属的分离富集
二价离子： Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+
（3）了解离子交换平衡以及离子对树脂亲和性一般规律；
因为：RM + RM = N （1）选择系数 Selectivity Coefficient
A
B
cA + cB = c0
C0保持恒量，所以曲线B和A互为倒像。
4.2.2 离子交换平衡常数
（2）高效离子交换色谱技术 难点：离子交换动力学以及离子交换色谱理论
4.1 概述
离子交换分离法是目前最重要、应用最广的分离方法之一。
理 由：
（1）制备分离、分析分离、微量富集、未知化合物组成或 性质鉴定； （2）高效离子交换色谱的出现使传统的IES步入新阶段； （3）涉及领域广：在超钚元素的分离、稀土元素的分离分 析、氨基酸、核酸的分离等方面，取得了前所未有的成就。 涉及：核化学、放射化学、无机、生物、药物、环境等。
离子交换层析柱和填料选择指引
GE医疗中国离子交换层析柱和填料选择指南GE梦想启动未来一般信息离子交换层析的原理离子交换（IEX）层析能够分离电荷只有轻微差别的一分子或组分子。
以保证分离是基于带电分子与带相反电荷的层析填料之间的可逆相互作用。
通常情况下，选择条件被感兴趣的分子随着上样柱上而结合到层析填料然后改变条件以便使被结合的物质被洗脱。
经常通过连续梯度或逐步增加离子强度进行洗脱，最常使用NaCl。
图1显示典型的高分辨率梯度洗脱。
阶段洗脱如图3所示。
]lCaN[柱体积（CV）1 M5 CV不结合的分子在梯度开始前被洗脱高盐洗涤平衡梯度洗脱样品上样体积再平衡洗涤5–10 CV5–10 CV10–20 CV紧密结合的分子在高盐洗涤中被洗脱图1.使用梯度洗脱的典型IEX分离。
蛋白质由含有可以被测定的弱酸和弱碱基团（即电离基团）。
因此，蛋白质的净表面电荷是高度依赖的p H，并将随着环境pH变化而逐渐改变。
每种蛋白质都有其针对pH的独特静电荷关系，这可以被视为滴定曲线（图2）。
这条曲线反映了蛋白质整体净电荷如何根据环境的pH变化。
可以在不同的pH值下利用IEX 以分离具有截然不同电荷性质的多种蛋白。
图2显示如何选择正确的pH（实现令人满意的分最重要参数之一）。
离子交换剂的选择以强交换剂(Q, S, SP)开始，能够在广泛的pH范围进行开发工作。
如果感兴趣蛋白的等电点低于pH 7.0或未知，则使用强阴交换剂（Q）结合蛋白。
当在一个极端pH下出现最大分辨率，而且感兴趣的蛋白质在此pH下稳定时，使用强交换剂。
如果强的离子交换剂的选择性不理想，则考虑使用弱的交换剂(DEAE, ANX, CM)，但请记住弱的离子交换剂的离子交换能力随着pH而变化。
多峰配体(MMC, adhere)提供离子相互作用、氢键和疏水相互作用。
MMC表现的如同弱的阳离子交换剂，但可以在高电导率下结合。
Adhere表现为强阴离子交换剂。
层析柱填料选择根据纯化步骤的目标和起始材料的条件选择离子交换填料。