离子交换层析分离技术共45页文档
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生物分离工程-离子交换层析(色谱)-精选文档
灌注层析(Perfusion chromatography)
灌注层析(Perfusion chromatography)是美国PerSeptive Biosystems公司于1989年开发的层析分离技术，Perfusion chromatography是该公司的注册商标．灌注层析的关键是 其以POROS命名的固定相粒子的特殊结构；POROS的基 质是聚苯乙烯—二乙烯苯，含有两种大小不同的孔道。 大孔直径为0.6 ~ 0.8m，流体以对流形式通过，称为穿透 孔(throughpore); 小孔直径与一般介质一样，直径500 ~ o 1000 A， 流体以扩散的形式通过，称为扩散孔(diffusive pore)．如图所示，穿透孔之间以扩散孔相连，保证了
洗脱能力增强
1、影响疏水性吸附的因素
蛋白质的疏水性与其荷电性质相比复杂得多，不易 定量掌握。除疏水性吸附剂的性质(疏水性配基的结构和 修饰密度)外，流动相的组成以及操作温度对蛋白质疏水 性吸附的强弱均产生重要影响。
(1)离子强度及种类
蛋白质的疏水性吸附作用随离子强度提高而增大。离 子的种类亦影响蛋白质的疏水性吸附。疏水性吸附与盐 析沉淀一样，在高价阴离子的存在下作用力较高。因此 HIC分离过程中主要利用硫酸铵、硫酸钠和氯化钠等盐溶 液为流动相，在略低于盐析点的盐浓度下进料，然后逐 渐降低流动相离子强度进行洗脱分离。
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。
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
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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。
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+
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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。
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
液。平衡缓冲液的离子强度和pH的选择首先要保证各个待分 离物质如蛋白质的稳定。其次是要使各个待分离物质与离子 交换剂有适当的结合，并尽量使待分离样品和杂质与离子交 换剂的结合有较大的差别。
一般是使待分离样品与离子交换剂有较稳定的结合。尽量使
杂质不与离子交换剂结合或结合不稳定。在一些情况下可以 使杂质与离子交换剂牢固地结合，而样品与离子交换剂结合 不稳定，也可以达到分离的目的。
离子交换层析的基本操作
（1） 层析柱
离子交换层析要根据分离的样品量选择合适的层析柱，
离子交换用的层析柱一般粗而短，不宜过长。直径和 柱长比一般为1:10到1:50之间，层析柱安装要垂直。装 柱时要均匀平整，不能有气泡。
装柱用于平衡离子交换柱的缓冲
■ 胶体的组成与外型：
Pharmacia (1991) Ion Exchange Chromatography – Principles and Methods p.24
Cellulose Sephcel Monobead
Pharmacia (1980) Separation News: 5
离子交换剂的选择、处理和保存
Buffer: 0.01 M Tris-HCl, pH 8.0
mg / mL gel
Adapted from Pharmacia (1991) Ion Exchange Chromatography – Principles and Methods p.64
影响交换容量的因素很多，主要可分为两个方面。
换剂上的样品组份洗脱下来。
柱效
通过柱子分离得到窄而对称的洗脱峰的能力（分辨率）
装柱的质量
树脂颗粒的大小
正确的洗脱条件
离子交换层析分离技术
取一定量旳离子互换介质，去离子水溶胀，漂洗洁净用 1mol／L旳NaOH处理，去离子水洗至中性，1mol／L旳 HCl处理，去离子水洗至中性。然后用1mol／L旳NaCl洗脱， 搜集洗脱液，再经过已标定旳NaOH滴定洗脱液中旳氢离子 浓度，计算出吸附氢离子旳毫摩尔数量，除以离子互换介质 旳质量，即可得到互换容量。
K+
2.5
Mn2+
2.35
Mg2+
2.5
Fe2+
2.55
阴离子树脂
反离子 相对选择系数
OH-
1.0
柠檬酸 220
乙酸 3.2
Cl-
22
HCO- 6.0
HPO- 5.5
苯
500
三、离子互换柱层析原理示意图
动画按钮
第二节 离子互换剂旳分类及性质
一、离子互换剂分类 二、离子互换剂性质
一、离子互换剂分类
计算公式如下：
交换容量（mmol
/
g）
测得的[H （] mmol） 离子交换介质的质量（g）
强碱型阴离子互换介质 互换容量旳测定措施
取一定量旳离子互换介质，去离子水溶胀，漂洗
洁净，用1mol／L旳HCl处理，去离子水洗至中性， 1mol／L旳NaOH处理，去离子水洗至中性。然后 用1mol／L旳NaCl洗脱，搜集洗脱液，再经过已 标定旳HCl滴定洗脱液中旳氢氧根离子浓度，计算 出吸附氢氧根离子旳毫摩尔数量，除以离子互换介 质旳质量即可得到互换容量。计算公式如下：
离子互换剂旳选择图
2、强、弱离子互换剂旳选择
3、不同离子型互换剂旳选择
选用何种类型离子互换剂? ----取决于离子互换剂对诸反离子旳结合 力。为了提升互换容量，一般应选择结 合力较小旳反离子。据此，强阳性和强 阴性离于互换剂应分别选择H型和OH型； 弱酸性和弱碱性离子互换剂应分别选择 Na型和Cl型。
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。
第五章 层析技术--离子交换层析
离子交换剂与水溶液中离子或离子化合物的 反应主要以离子交换方式进行，或者借助离 子交换剂上电荷基团对溶液中离子或离子化 合物的吸附作用进行。这些过程都是可逆的。
假设以RA代表阳离子交换剂，它在溶液中解 离出来的阳离子A+ 与溶液中的阳离子B+能发 生可逆的交换反应，反应式如下：
RA + B+ RB + A+
态。当pH低于等电点(pI)时，它们能被阳离子交
换剂吸附：反之当pH高于pI时，它们能被阴离子 交换剂吸附。
若在相同的pH条件下，且pI＞pH时，pI越高，碱
性越强就越容易被阳离子交换剂吸附。对于呈胶
体状态的大分子物质—般采用选择性好的弱酸性
离子交换剂，并且希望其交联度小，孔隙大，以
利于大分子物质渗透入网孔中进行离子交换反应。
(2)阴离子交换剂
阴离子交换剂是在树脂中分别引入季胺[N(CH3)3]、叔胺[-N(CH3)2]、仲胺[-NHCH3]和伯 胺[-NH2]基团后构成的。
当引入季胺和叔胺基团时，分别为强阴性和中 强阴性离子交换剂。当引入仲胺和伯胺基团时， 为弱阴性离子交换剂。
它们与溶液中的离子进行交换时， 反应式为： 1. R-N+(CH3)OH- + Cl- = R-N+(CH3)Cl- + OH-
注：
上述排列次序只是在稀溶液中才适用。而在非水
溶液中，且浓度和温度均高时，由于离子水化作
用减弱或根本不发生，所以离子交换剂结合力的
顺序是不同的，或者是完全颠倒排列的。
对于呈两性离子的蛋白质、酶类、多肽和核苷酸
等物质与离子交换剂的结合力，主要取决于它们
的物理化学性质和在特定pH条件下呈现的离子状
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