离子交换层析

1848年，Thompson 等人在研究土壤碱性物质交换 过程中发现离子交换现象。
本世纪40年代，出现了具有稳定交换特性的聚苯 乙烯离子交换树脂。
50年代，离子交换层析进入生物化学领域，应用 于氨基酸的分析。
目前，离子交换层析仍是生物化学领域中常用的 一种层析方法，广泛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。
R-SO3-Na + H+ R-COO-Na ＋ H+
阴离子交换剂
阴离子交换剂的电荷基团带正电，反离子带负电，可 以与溶液中的负电荷化合物或阴离子进行交换反应。
阴离子交换剂中的可解离基团是伯胺（-NH2）、仲胺
（-NHCH3）、叔胺-N (CH3)2和季胺-N(CH3)3等碱性基团。
强碱性：R-N(CH3)3 OH ＋Cl –
再共价结合引入电荷基团
树脂的网络骨架
根据颗粒大小分为：20-50目、50-100目、100200目、200-400目。 目数越大分辨率越高、交换容量越高。
常用于分离无机离子、有机酸、核苷、核苷酸、 氨基酸等小分子物质。
不易变性的蛋白质 除去表面活性剂、尿素、两性电解质
（二）亲水性离子交换剂
R-N(CH3)3-Cl＋OH –
弱碱性： R-NHCH3 OH ＋Cl – R-N(CH3)2-Cl＋OH –
1
2
3
4
5
起始缓冲 液中的反 离子
1. 平衡阶段: 离子交换剂与反离子结合
2. 吸附阶段：样品与反离子进行交换
样品液中的 离子
洗脱液中的 离子
3、4. 解吸附阶段：用梯度缓冲溶液洗脱，先洗下弱吸附物质，后洗下强 吸附物质
弱碱性、阴离子交换剂
DEAE
CM- sephadex C-25 CM- sephadex C-50
弱碱性、阳离子交换剂
CM
以sephadex G-25 和G-50为载体，引入电荷基团制成的。
A：anion（阴离子） C：cation（阳离子） Ａ或Ｃ后面的阿拉伯数字为凝胶吸水率
的10倍。 如： CM- sephadex C-25
Байду номын сангаас
纤维素-O-CH2COO--Na+
载体
电荷基团 反离子
阳离子交换剂
阳离子交换剂的电荷基团带负电，反离子带正电，可 以与溶液中的正电荷化合物或阳离子进行交换反应。
阳离子交换剂中的电荷基团是磺酸（-SO3H）、磷酸 （-PO3H2）、 羧酸（COOH）和酚羟基（-OH）等酸 性基团。
强酸性：R-SO3 H ＋ Na+ 弱酸性：R-COOH ＋ Na+
原理：
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，离子 交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电 荷基团、反离子。
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。反离子是结合 于电荷基团上的平衡离子，它能与溶液中其它的 离子基团发生可逆的交换反应。
5.再生阶段：用原始平衡液进行充分洗涤，可重复使用
对于呈两性的蛋白质、酶类、多肽和核苷酸 等物质与离子交换剂的结合力，取决于物理 化学性质和离子状态。
pH<pI，带正电荷，相同pH条件下，pI越 大越容易吸附。
pH>pI，带负电荷，相同pH条件下，pI越 小越容易吸附。
第二节 离子交换剂的分类及性质
以Sepharose CL－6B 为载体，引入电荷基团制成的。
二、性质
（一）颜色与形状 树脂类离子交换剂颜色很多，褐色、黄色、乳白
色等；亲水性的离子交换剂基本都是白色的。 （二）交联度：交联剂在载体中所占的百分数。
树脂交联剂为二乙烯苯，交联葡聚糖和纤维素 的交联剂为3-氯代-1，2-环氧丙烷，琼脂糖交 联剂2，3-二溴丙醇
羧甲基
阳离子 磷酸 交换剂 磺甲基
磺乙基
电荷基 团 DEAEAECMPSMSE-
特点
最常用在pH8.6以 下
最常用在pH4以上 用于低pH
强酸性用于极低 pH
2、交联葡聚糖离子交换剂
由数个葡萄糖分子聚合而成 在葡聚糖的羟基上引入电荷基团
类型
性能
离子基团
DEAE-sephadexA-25 DEAE-sephadexA-50
3、琼脂糖离子交换剂
琼脂糖离子交换剂一般以Sepharose CL－ 6B 为载体
引入电荷基团
交换剂 阴离子交换剂 阳离子交换剂
名称
特点
DEAE-Sepharose CL-6B
DEAE- Sepharose Fast FLow
CM- Sepharose CL6B
弱阴性 pH: 2-14 弱阳性 pH: 2-14
实用的离子交换剂应满足下列要求
有高度的不溶性 有疏松的多孔结构和巨大的比表面积 有较多的交换基团 有稳定的物理化学性质
一、分类
根据载体的组成和性质分为：
（一）疏水性离子交换剂 （二）亲水性离子交换剂
（一）疏水性离子交换剂 载体是一种人工合成的、与水结合力小 的树脂物质。苯乙烯和二乙烯苯的聚合 物，海绵状结构。
交换容量 与pH关系
2、交换容量测定 离子交换剂的总交换容量通常以每毫克或每毫升交换 剂含有可解离基团的摩尔数（mol / mg或mol / ml）来 表示。通常可以由滴定法测定。
（三）吸水量（膨胀度） 载体
随交联度增加而降低 电荷基团
强型离子交换剂比弱型的膨胀度大 溶液离子强度和pH 交联度小的在低离子强度溶液的膨胀度比
高离子强度溶液大
与离子强度关系 与电荷强弱关系
与pH关系
（四）交换容量
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。 1、影响因素 颗粒大小 孔径大小 离子强度 pH
亲水性离子交换剂的载体是一类天然的或人 工合成的、与水结合力较大的物质。
常用的有纤维素(Cellulose) 、交联纤维素 (Sephacel) 、交联葡聚糖(Sephadex) 、交联琼 脂糖(Sepharose) 。
引入电荷基团
1、纤维素离子交换剂
交换剂
名称-纤维素
阴离子 交换剂
二乙基氨基乙基 氨乙基
第四章 离子交换层析
第一节 第二节 第三节 第四节
基本原理 离子交换剂的分类及性质 离子交换剂层析操作 应用
第一节 基本原理
概念：利用离子交换剂作为吸附剂，将溶 液中的待分离组分，依据其电荷差异，依 靠库仑力吸附在离子交换剂上，然后利用 合适的洗脱剂将吸附质从离子交换剂上洗 脱下来，达到分离的目的。