离子交换层析
离子交换层析技术的解析
离子交换层析技术的解析离子交换层析技术是一种基于离子交换原理的分离纯化技术，适用于各种液体和气体中离子的分离、纯化和富集等。
其原理是通过一种固定于生化载体上的离子交换树脂，对样品中的离子进行吸附、分离、洗脱等处理，从而获得高纯度、高效率的目标离子。
离子交换层析技术的基本原理和流程离子交换层析技术的基本原理是利用离子交换树脂对溶液中离子进行选择性吸附的原理进行分离，其主要流程包括样品的预处理、树脂的固定、离子的吸附、洗脱和再生等几个关键步骤。
样品的预处理，通常包括调整样品pH、滤液和去除杂质等。
然后将样品加入离子交换树脂中，在一定的纵向或横向流动条件下，离子通过离子交换树脂的静电作用被吸附下来，从而实现了离子的选择性分离。
离子交换层析技术的应用离子交换层析技术广泛应用于各种检测，分析和生产场合，如制药、食品、环保、化工、生物等领域。
其中，离子交换层析技术在制药领域中的应用十分重要。
离子交换层析技术可用于药物纯化、多肽纯化、基因表达产物探究、酶学研究、蛋白质研究等。
此外，离子交换层析技术还可以用于制药企业原料药检测和生产工艺的优化。
离子交换层析技术优点与其他技术相比，离子交换层析技术具有分离效率高、操作简单、可靠性高、灵敏度高等优点，同时也具有一定的分度能力，因此在生物分子或配体的纯化、鉴定和定量的分离分析方面具有独特的优越性。
离子交换层析技术的未来发展虽然离子交换层析技术已经成为生产领域中不可或缺的一种技术，但是离子交换层析技术还面临着很多问题，主要包括低效率、高成本、难以批量生产等问题。
未来发展的方向主要包括开发新型的高效离子交换树脂、不断提高离子交换层析技术的选择性、发展更加便捷和经济的离子交换层析技术等。
结语离子交换层析技术是一种重要的分离纯化技术，并且十分广泛地应用于各种领域。
离子交换层析技术的优点在于它能够高效地完成离子的选择性分离和纯化，并且具有单个分子级别的识别能力，为生化分子的研究提供了有力的手段。
离子交换层析的原理
离子交换层析的原理
离子交换层析是一种分离和富集离子的技术，基于离子的交换作用在固体和液相之间。
其原理主要基于离子的电荷和大小的差异，通过固体材料与溶液中的离子之间的相互作用，实现离子的分离和分析。
在离子交换层析过程中，采用具有离子交换基团的固体材料作为吸附剂。
这些固体材料通常是树脂或凝胶，具有高度交联的结构，能够提供大量的交换位点。
这些交换基团可以选择性地吸附相应离子，并释放其他离子。
离子交换层析的过程可以分为两个步骤：吸附和洗脱。
在吸附步骤中，固体材料中的交换基团与溶液中的目标离子发生相互作用，使目标离子被固定在固体表面上。
这种相互作用可以是电静力吸引力、静电作用力或配位作用等。
在洗脱步骤中，采用适当的洗脱剂，通过改变溶液条件，如pH值、离子浓度等，来解离吸附在固体表面上的离子，并将其溶解出来。
这样就实现了对离子的分离和富集。
离子交换层析的选择性主要取决于固体材料表面上的交换基团和目标离子之间的相互作用力。
不同的交换基团对离子的选择性也不同，可以选择适合分离目标离子的交换基团。
除了选择性外，离子交换层析的分离效果还与溶液条件、交换剂用量、洗脱剂的选择等因素有关。
因此，在进行离子交换层析实验时，需要根据具体情况进行优化条件，以达到较好的分
离效果。
总的来说，离子交换层析是一种常用的离子分离和富集技术，通过固体材料与溶液中离子之间的交换作用，实现离子的分离和富集。
其原理基于离子之间的相互作用力以及交换基团的选择性，通过调控条件和洗脱剂，达到对离子的有效分离。
离子交换层析
样品进柱
离子交换层析的基本操作
为了达到满意的分离效果，进样量一般为介质交换容量的10-20% 为了避免进样溶液中的离子强度过高，样品浓度不宜太高
交换容量：离子交换剂中全部可交换的离子或功能基团的总数
样品洗脱
恒定洗脱
离子交换层析的基本操作
分子浓度 离子强度
pH值
阶段洗脱
梯度洗脱
弱酸性阳离子交换剂在pH值降低时，其电离率逐渐降低，离子 交换能力逐渐减弱
弱碱性阴离子交换剂在pH值升高时，其电离率逐渐降低，离子 交换能力逐渐减弱
离子交换介质的基本性质
常用的离子交换剂
离子交换树脂：
最常见的离子交换树脂是含有酸性或碱性基团的人工合成的聚苯 乙烯-二乙烯苯不溶性高分子化合物
离子交换树脂的优点是：流速快，对小分子物质的交换容量大， 因而适合用于氨基酸、核苷酸等小分子生化物质的分离纯化
离子交换层析
离子交换层析的基本原理 离子交换介质的基本性质 离子交换介质的选择原则 离子交换层析的基本操作
离子交换层析的基本原理
离子交换层析是以离子交换剂为固定相，以特定的含离子溶液为 流动相，利用离子交换剂对待分离的各种离子结合力的差异，而将混 合物中不同离子进行分离的层析技术。
离子交换介质的基本性质
离子交换介质的基本性质
常用的离子交换剂
离子交换葡聚糖：
离子交换葡聚糖是葡聚糖经环氧氯丙烷交联后形成的具有多孔三 维空间网状结构和离子交换功能基团的多糖衍生物（Sephadex G） Sephadex的优点如下：
亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋白质、核 酸及其它生物分子的非特异性吸附能力小
10 20 30 40 50 60 70 80 90
生化技术第六章 离子交换层析
3.不同离子型交换剂的选择 原则：选择结合力较小的反离子，有利于提高交 换容量。 强阳性——选H型；强阴性——选OH型； 弱酸性——选Na型；弱碱性——选Cl型。 4.不同基质离子交换剂的选择 疏水性的树脂交联度大，空隙小，大分子很难进 入，且骨架的疏水性不利于蛋白质的稳定。分离 大分子物质时一般用亲水性的基质。
疏水性离子交换剂
疏水性离子交换剂中的基质是人工合成的、与水结合
力较小的树脂。常用的树脂是由苯乙烯和二乙烯苯合成的
聚合物，其中二乙烯苯是交联剂，能把聚乙烯苯直链化合
物连接成类似海绵状的结构，在此结构中以共价键引入不
同的电荷基团。离子交换树脂以电荷基团的性质分则有：
阳离子交换树脂、阴离子交换树脂(分别包括强、中、弱
三、分离原理 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。
假设以R-A+代表阳离子交换剂，其中A+为反离子，A+
能够与溶液中的阳离子B+发生可逆的交换反应，反应式
为：R-A++B+
R-B++A+
离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力， 这种结合力的大小是由离子交换剂的选择性决定的。
+
+
+
+
+
+
+
离子交换层析讲解
三、离子交换剂的种类和性质 1.离子交换剂的基质
• 其中：聚苯乙烯离子交换剂（又称为聚苯乙烯树脂）是以
苯乙烯和二乙烯苯合成的具大、流速快。但它与 水的亲和力较小，具有较强的疏水性，容易引起蛋白的变 性。故一般常用于分离小分子物质，如无机离子、氨基酸、 核苷酸等。 以纤维素（Cellulose）、球状纤维素（Sephacel）、葡聚 糖（Sephadex）、琼脂糖（Sepharose）为基质的离子交 换剂都与水有较强的亲和力，适合于分离蛋白质等大分子 物质，葡聚糖离子交换剂一般以Sephadex G－25和G－50 为基质，琼脂糖离子交换剂一般以Sepharose CL－6B为基 质。关于这些离子交换剂的性质可以参阅相应的产品介绍。
离子交换层析
原理及应用
一、简介
• 1、定义：
离子交换层析（Ion Exchange Chromatography简称为IEC）是以离子交换 剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交 换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力 大小的差别而进行分离的一种层析方法
2、发展历程
• 1848年，Thompson等人在研究土壤碱性物质交
二、基本原理 阴离子交换
• 通过选择合适的洗脱方式和洗脱液，如增加离子
强度的梯度洗脱。随着洗脱液离子强度的增加， 洗脱液中的离子可以逐步与结合在离子交换剂上 的各种负电基团进行交换，而将各种负电基团置 换出来，随洗脱液流出。 与离子交换剂结合力小的负电基团先被置换出来， 而与离子交换剂结合力强的需要较高的离子强度 才能被置换出来，这样各种负电基团就会按其与 离子交换剂结合力从小到大的顺序逐步被洗脱下 来，从而达到分离目的。
X+ Y-↔ A-
二、基本原理
• 从上面的反应式中可以看出，如果A离子与离子交 •
离子交换层析法
五、缓冲液的选择
缓冲液酸碱度的选择，决定于被分离物质的等电点、稳定 性、溶解度和交换剂离子的pK值。使用阴离子交换纤维时要选 用低于pK值的缓冲液，若欲分离的物质属于酸性，则缓冲液的 pH值要高于该物的等电点；用阳离子交换纤维时要选用高于 pK值的缓冲液，目的物属于碱性物质的话，缓冲液要低于该物 等电点的pH值。 缓冲液离子以不干扰分离物活性测定、不影响待测物溶解 度、不发生沉淀为原则，如使用UV吸收法测样品，那么 pyridine或barbital这类会吸收UV的物质就不适用。
三、树脂的选择
最常见的离子交换树脂材质是聚苯乙烯苯二乙烯（polystyrenedivinylbenzene）， 它是由苯乙烯（styrene）和苯二乙烯 （divinylbenzene）聚合产生的三维网状结 构，举例来说，Dow化学公司所生产的树脂 Dowex 50×8，表示含8%苯二乙烯。 具体的，根据交换树脂的性能，树脂可分 为阳离子与阴离子交换树脂：
1. 阳离子交换树脂 分为强酸型、中强酸型和弱酸型三类，强酸型树脂含有－R－ SO3H，中强酸型树脂含有－PO3H2、－PO2H2或－O－PO2H2， 弱酸型树脂含有－COOH或－OH。 阳离子交换树脂进行的反应 如下：
2. 阴离子交换树脂 分为强碱型、中强碱型和弱碱型三类，含有铵盐，四级铵盐 [ － N+(CH3)3] 为强碱型树脂，三级以下铵盐 [－N(CH3)2]、[ － NHCH3]、[ －NH2] 都属弱碱型树脂；同时具有强碱和弱碱型基 团的，为中强碱型的树脂。阴离子交换树脂进行的反应如下：
洗脱馏份的分析按一定体积（5-10ml/管）收集的洗脱液可 逐管进行测定，得到层析图谱。依实验目的的不同，可采用适 宜的检测方法（生物活性测定、免疫学测定等）确定图谱中目 的物的位置，并回收目的物。
离子交换层析法
离子交换层析法离子交换层析法是以具有离子交换性能的物质作固定相，利用它与流动相中的离子能进行可逆的交换性质来分离离子型化合物的一种方法。
⒈离子交换剂预处理和装柱：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。
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。
⒉加样与洗脱加样：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％。
洗脱：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。
离子交换层析法
离
子
+ OH-
交 换 R-N+（CH3）2 OH- + H2O == R-N+（CH3）2
剂
H·OH-
2．亲水性离子交换剂
磷酸纤维素 CM-纤维素 DEAE-纤维素 CM-交联葡聚糖 DEAE-交联葡聚糖 CM-Sepharose CL-6B
二、离子交换剂性质
颜色与形状 交联度 吸水量或膨胀度 交换容量 稳定性 比重
CA 、CB ＝梯度混合器A瓶、 B瓶的浓度； A1 、B1 ＝A瓶、B瓶的横切面积； V2＝流经层析柱的体积，V1＝梯度洗脱液的总体积。
线性和阶梯式梯度溶液分离牛血清 白蛋白的图谱
第五节 离子交换拄层析应用
一、去离子水的制备 二、制备、纯化生命物质 二、测定蛋白质的等电点
一价离子：Li+＜Na+＜K+＜Rb+＜Cs+ 二价离子：Mg2+＜Ca2+＜Sr2+＜Ba2+ 一价阴离子：F-＜Cl-＜Br-＜I不同价阳离子：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Ti4+
磺酸基树脂和季胺基树脂 对各种离子的相对选择系数
阳离子树脂
反离子 相对选择系数
H+
1.0
Na+
1.5
NH4+
1.95
2、缓冲液离子组成的选择
①缓冲液离子的pK值要接近所用的pH， ②采用阳离子交换剂应选用阴离子缓冲液，
如：磷酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐 ③采用阴离子交换剂应选用阳离子缓冲液，
如：Tris ④缓冲液离子不影响被分离物的活性、测定、
溶解度。
3、缓冲液离子强度的选择
①起始缓冲液能使样品中有效成分与离子交换 剂结合，一般小于0.1mol/L。
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
离子交换层析原理
离子交换层析原理离子交换层析是一种常用的离子分离技术，它基于离子在固定相和流动相之间的交换作用，实现了对离子的有效分离和富集。
离子交换层析原理主要包括固定相的选择、离子交换作用和分离机理等方面，下面将详细介绍离子交换层析的原理及其应用。
首先，固定相的选择对离子交换层析具有重要影响。
固定相通常是一种离子交换树脂，它具有一定的离子交换能力，能够与待分离的离子发生交换反应。
树脂的选择应根据待分离离子的性质和要求进行，常见的固定相包括阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
阴离子交换树脂主要用于富集和分离阳离子，而阳离子交换树脂则用于富集和分离阴离子。
其次，离子交换作用是离子交换层析的核心原理。
在离子交换树脂中，固定相上的功能基团与待分离的离子发生交换反应，使得待分离的离子被富集或分离。
这种交换反应是可逆的，离子在固定相和流动相之间不断进行交换，最终实现离子的分离和富集。
离子交换作用的强弱取决于固定相的性质和离子的性质，如离子的电荷、大小和亲和力等。
离子交换层析的分离机理主要包括吸附-解吸附和排斥-吸附两种模式。
在吸附-解吸附模式中，离子在固定相上被吸附，随后在流动相中解吸附，实现了离子的分离。
而在排斥-吸附模式中，流动相中的离子与固定相上的离子发生排斥作用，随后被固定相吸附，实现了离子的分离。
这两种模式通常会同时存在，共同作用于离子的分离过程。
离子交换层析在实际应用中具有广泛的用途。
它常用于水质分析、生物化学分离、环境监测和工业生产等领域。
例如，离子交换层析可用于水中重金属离子的富集和分离，以及生物样品中蛋白质和核酸的纯化和分离。
此外，离子交换层析还常用于工业废水处理和环境监测中，实现了对有害离子的有效去除和分离。
总之，离子交换层析是一种重要的离子分离技术，它基于离子交换作用和固定相的选择，实现了对离子的有效分离和富集。
离子交换层析的原理及其应用对于理解和掌握离子分离技术具有重要意义，对于相关领域的研究和应用具有重要的指导作用。
离子交换层析法的原理
离子交换层析法的原理
离子交换层析法是一种根据物质带电性质差异，从而实现分离纯化的层析技术。
该方法的原理是以离子交换剂为固定相，以特定的含离子的溶液为流动相，利用离子交换剂对需要分离的各种蛋白质结合力的差异，而将混合物中不同蛋白质进行分离。
离子交换的本质是目标物和介质功能配基之间的静电相互作用，蛋白质的带电性是由蛋白质多肽中带电氨基酸决定的，而蛋白质中氨基酸的电性又取决于介质中的pH，所以蛋白质的带电性也就依赖于介质的pH。
层析时，离子交换树脂的分子中有活性基并带有阴、阳电荷，在水溶液中可与其它阴、阳离子起交换作用，这种交换作用是可逆的，遵循化学平衡原理。
通过连续添加洗脱液，溶液平衡向右进行，可以把原有离子交换树脂上的活性离子洗脱下来，而带有相同电荷的离子被交换吸附在树脂上，然后被吸附的物质又可用另一种洗脱液洗下来，从而达到分离提取的目的。
离子交换层析
离子交换层析离子交换层析，是一种常用的分离纯化技术，通过固定相上的离子交换剂与溶液中的离子发生置换反应，实现对目标离子的选择性分离。
它广泛应用于水处理、制药、生物技术、食品工业等领域，发挥着重要的作用。
在离子交换层析中，离子交换剂是关键的分离介质。
一般来说，离子交换剂是具有离子可交换功能的均质材料。
根据介质的性质，离子交换剂可以分为阳离子交换剂和阴离子交换剂，用于分离以阳离子或阴离子形式存在的目标物质。
离子交换剂的选择应考虑到分离的目标离子的性质和阳离子或阴离子交换剂的特性。
离子交换层析的工作原理是离子在固定相和液相之间的交换作用。
通过溶液中的离子与固定相上的离子交换剂发生反应，固定相上的离子交换剂也可释放出根离子或酸离子以与液相中的离子发生反应。
在离子交换的过程中，目标离子与固定相上的离子交换剂发生选择性的吸附与解吸，实现了目标离子的分离纯化。
离子交换层析的工艺流程通常包括前处理、进料、洗脱和再生等步骤。
前处理是为了使进料溶液与离子交换剂更好地接触，可以采用调整pH值、滤除杂质等方法。
进料环节是将目标离子溶液与离子交换剂接触，使离子发生交换反应。
洗脱是将目标离子被吸附在固定相上的离子交换剂从固定相上解吸出来，采用调整pH值、改变浓度等方法。
再生是将已经吸附的离子交换剂通过一定的操作条件重新得到可再使用的形式。
离子交换层析具有许多优点。
首先，层析介质的选择性强，可以实现高效的纯化分离。
其次，离子交换层析可以在常温下进行，避免了高温条件下目标物质的失活。
再次，操作简单，易于控制，适合大规模工业生产。
此外，离子交换层析还可以实现连续操作，提高生产效率。
总结起来，离子交换层析是一种重要的分离纯化技术，广泛应用于水处理、制药、生物技术、食品工业等领域。
通过选择合适的离子交换剂和优化工艺条件，可以实现对目标离子的高效分离纯化，为各个领域的生产提供了有力的支持。
离子交换层析ionexchangechromatography
强碱 含季胺基团 [-N+(CH3)3] 弱碱 含叔胺、伯胺基团[-N(CH3)2 阴离子互换树脂对化学试剂及热都不如阳离 子互换树脂稳定。
2.离子互换纤维素
▪ 阴离子互换纤维素 —如:DEAE-纤维素 pH8.6下列分离中性或酸性物质,具二乙 胺乙基
▪ 阳离子互换纤维素—如:CM-纤维素 一 般pH>4条件下使用,具有羧甲基
2、检测：从第2管起每搜集管中加入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旳显色反 应，若生成紫色化合物，则阐明搜集到氨 基酸。
Separation of amino acids on a cation exchange column
Different types of ion exchange resins (a) Cation exchanger (b) Anion exchanger.
O OH
O
－CO2
R CH COOH +
NH2
O R
N CH2
－2H2O
O R
N CHCOOH
O O
H
R H2O
N CH
RCHO +
O O
H NH2
O OO
H N
O
O
OH OH
O
O O
H N
O O
O
O
紫色物质，用于α－氨基酸旳比色测定和纸层析显色
▪
Asp
His
▪ pH4.2
▪ pH >10
[器材]
原则：不能发生化学反应，所带电荷应与样 品一致。防止使样品变性
(三)洗脱剂 原则：所用洗脱液比吸着物质具有更活 泼旳离子或基团
离子交换层析纯化蛋白质的原理
离子交换层析纯化蛋白质的原理离子交换层析是一种重要的蛋白质分离纯化技术。
其原理是利用离子交换树脂库中树脂的静电荷性吸附靶分子，通过调节合适的洗脱条件使目标蛋白质逐步从树脂上溶解剂洗脱，最终获得高纯度的目标蛋白质。
离子交换层析基于了离子之间相互作用的原理。
树脂表面带有离子团，使得树脂能够吸附离子性化合物。
离子性化合物在电解质溶液中通常呈现出离子化的形式，离子化能力与化合物本身的酸碱性及离子外壳多少有关。
不同的离子性化合物在电解质水溶液中，因其不同的离子半径和电荷量而表现出不同的离子吸附效应，因此可通过调节离子交换树脂的固有电荷性质，控制所吸附蛋白质的亲和力。
一般来说，离子交换树脂会分为两种：阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
阳离子交换树脂通常带有负电荷，用于吸附正电荷的蛋白质，如赖氨酸、精氨酸等。
阴离子交换树脂带有正电荷，用于吸附负电荷的蛋白质，如天冬酰胺酸、谷氨酸等。
蛋白质在交换树脂上的吸附与蛋白质表面的极性、电荷以及交换树脂的化学性质有关。
在离子交换层析中，吸附规律通常分为两种类型：强吸附和弱吸附。
强吸附是指交换树脂与目标蛋白质之间的非常紧密的结合，需要用高盐度、酸性或碱性的溶液才能使其从树脂上溶解剂洗脱。
相反，弱吸附是指交换树脂与目标蛋白质较松散的结合，可通过一些较弱溶剂去除目标蛋白质。
离子交换层析的优点在于具有高纯度和针对性、操作简便等特点，适用于表达量较高的蛋白质分离。
然而，由于蛋白质的结构多样性和多样化，交换树脂吸附效应的不确定性，以及强洗脱所带来的影响，都可能导致影响纯度和可行性的问题。
因此，在离子交换层析前，必须对样品的基本性质进行详细的研究和解析，以确定适当的实验条件，并实现当代生物技术领域的进一步深化。
离子交换层析实验报告
离子交换层析实验报告
实验目的：
通过离子交换层析技术，分离和纯化溶液中的离子。
实验原理：
离子交换层析技术是一种基于化学亲和力原理的分离技术，常
用于分离带电离子物种。
实验中，采用了阴离子交换树脂进行离
子交换层析。
树脂中固定有一定数量的正离子，来吸附溶液中的
负离子。
随着流动相的进出，树脂的正离子与溶液的负离子不断
交换，从而实现分离和纯化。
实验步骤：
1. 将阴离子交换树脂装入离子交换层析柱中，平衡至稳定状态；
2. 将样品溶液均匀注入离子交换层析柱，并以一定的流速进行
洗脱；
3. 通过读取峰值吸收率、紫外吸收率或放射性测量结果，确定分离物种的含量和纯度；
4. 再次平衡和清洗层析柱。
实验结果：
通过经过层析柱后的溶液，我们成功地分离出了目标离子，并得到了较高的纯度。
最终结果如下：
目标离子浓度：0.45mol/L
分离纯度：99.6%
实验结论：
离子交换层析技术是一种基于化学亲和力原理的有效分离和纯化方法。
在实验中，通过使用阴离子交换树脂，我们成功地分离出目标离子，并获得了高纯度的样品。
实验结果表明，离子交换层析技术在化学、生物等领域有着广泛的应用前景。
离子交换层析的原理
离子交换层析的原理
离子交换层析主要是一种有机材料，是一种含有离子交换官能团和其他固体基础的混
合物，其中的离子交换官能团能够与入射的气体发生反应，产生出具有一定离子性的气体，通过离子交换官能团的交换离子的作用，实现气体的分离、富集以及活化，是火花放电等
产生气体的检测和分离的重要方法。
离子交换层析的原理主要包括：离子传递和离子换位。
离子传递：由于离子交换材料具有离子交换官能团，当掺入气体阵列中时，由于离子
官能团和气体阵列中的离子二者之间的力学和化学交换，气体阵列中的离子可以在离子交
换官能团的特定位置进行换位，发生迁移，换位，由此形成气体分离和富集的效果。
从理论上讲，离子交换层析作用于不同种类的离子，而结合离子传递和离子换位的相
互作用，实现了浓度不断增加的效果，达到增强浓度的效果，从而实现气体的分离、富集
和活化的效果。
由于其具有特殊的工作温度，非常适合于工业应用，特别是用于工业中排
放气体的检测和分离。
离子交换层析
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
多缓冲剂：
多缓冲剂是两性电解质缓冲剂，由相对分子质量大小不一的各种多羧基多氨基化合物组成，存在各自的等电点。常用的多缓冲剂有Pharmacia公司生产的Polybuffer 96、Polybuffer 74和Pharmalyte等，缓冲pH范围分别为pH 9-6，pH 7-4和pH 10.5-8。在相应的缓冲pH范围内，各种多缓冲剂具有均衡的缓冲容量，在层析聚焦操作中提供平滑的pH梯度。
（3)疏水性吸附剂种类多，选择余地大，价格与离子交换剂相当。
羟基磷灰石层析
羟基磷灰石（hydroxyapatite, HAP):是一种磷酸钙晶体，基本分子结构为
一般认为，HAP的吸附主要基于钙高子和磷酸根离子的静电引力，即在HAP晶体表面存在两种不同的吸附晶面，各存在吸附点c点和P点，前者起阴离于交换作用，后者起阳离于交换作用．因此，在中性pH环境下酸性蛋白质(pI<7)主要吸附于c点，碱性蛋白质(PI>7)主要吸附于P点．利用磷酸盐缓冲液(K2HP04+KH2PO4）为流动相洗脱展开时，磷酸根离子在c点竞争性吸附，交换出酸性蛋白质，而K+在P点竞争性吸附，交换出碱性蛋白质。所以HAP层
POROS介质的大比表面积和溶质吸附容量。同时，扩散孔道长度小于lm，溶质扩散所需时间极短，大大降低了利用传统介质进行层析分离的扩散传质阻力。
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离子交换层析
离子交换层析是在以离子交换剂为固定相，液体为流动 相的系统中进行的。此法广泛应用于很多生化物质(例如氨 基酸、多肽、蛋白质、糖类、核苷和有机酸等)的分析、制 备、纯化，以及溶液的中和、脱色等方面。
一、基本原理
离子交换剂是由基质、电荷基团(或功能基团)和反离子
2．吸附阶段，混合样品中的分子与离子交换剂结合； 3．开始解吸阶段，杂质分子与离子交换剂之间结合较弱
而先被洗脱，目标分子仍处于吸附状态； 4．完全解吸阶段，目标分子被洗脱； 5．再生阶段，用起始缓冲液重新平衡层析柱，以备下次
使用。
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氨基酸的分离过程
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二、离子交换剂的部分性质 ㈠ 粒度 基质颗粒大小直接关系到分离效果，颗粒越小，层 析柱的理论塔板数就越大，分离效果越好，但同时 交换容量变小，层析时背景压力增大，限制了流速 的提高，因此细颗粒的介质常适用于分析型分离； 相反，基质颗粒越大，柱效率会下降，但离子交换 剂的交换容量提高，背景压力减小，因此大颗粒介 质适合于实验室小规模分离及大规模工业化分离。
第二种在有溶剂存在条件下进行聚合，称为大 孔树脂。
第三种为琼脂糖介质的孔，孔径大小仅与琼脂 糖浓度有关，交联对孔结构影响不大。
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㈢ 电荷密度
电荷密度是指基质颗粒上单位表面积的取代 基（功能集团）的数量，它决定着离子交 换剂的交换容量、膨胀度等性质。对小分 子进行离子交换时，交换剂上功能基团密 度越大，工作能力越强，高电荷密度的离 子交换剂具有优势。
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有效交换容量指每克干介质或每毫升湿胶在一定 的实验条件下吸附某种分子的实际容量。由于 有效容量是一个变值，在说明其数值时应当同 时指出实验条件.
一般情况下，同一种交换剂对于分子量小的蛋白 质有效交换容量较大，而对于分子量大的蛋白 质有效容量较小；对于同一种蛋白质，离子交 换剂的交联度越小有效容量越大，而交联度越 大有效容量越小。
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两性离子如蛋白质、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态。当pH低于等电点(pI)时， 它们带正电荷能与阳离子交换剂结合；反之，pH高于pI时， 它们带负电荷能与阴离子交换剂结合 。pH与pI的差值越 大，带电量越大，与交换剂的结合力越强。
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㈣ 膨胀度 又称吸水值，是指当干态的离子交换剂在 水溶液中吸水后造成体积膨胀的程度，通 常用每克干胶吸水膨胀后的体积（毫升） 来表示。
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㈤ 交换容量
交换容量是指离子交换剂能够结合溶液中可交换离 子的能力，通常分为总交换容量和有效交换容量。
总交换容量用每克干介质或每毫升湿胶包含的带电 功能基团的数量来表示.可以通过酸碱滴定的方法 来测定，也可使得离子交换剂和某种小的离子之 间发生完全交换，然后通过测定该离子的含量算 出总交换容量，总交换容量并不反映交换剂对可 交换分子的结合情况.
离子交换层析之所以能成功地把各种无机离子、有机 离子或生物大分子物质分开，其主要依据是离子交换剂对 各种离子或离子化合物有不同的结合力。
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氨基酸的离子交换分离原理
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What happens in ion exchange?
Equilibration
anion exchange
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㈡ 交联度和网孔结构
交联度的大小影响着离子交换剂的很多特 性，包括机械强度、膨胀度、网孔大小、 交换容量等。
一般交联度越高，网孔的孔径越小；交联 度越低，网孔孔径越大。仅琼脂糖交换 剂是例外.
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㈡ 交联度和网孔结构
分离介质的孔有3种结构。第一种通过交联使 大分子链间形成孔，这叫凝胶孔。
exchanger
bead
+-- ++--+++---
-++-++++- -
Elution
Regeneration
-
-
-
-
--
-
-
+ -
+ +-
++
+-
+-----+-+-----+++- -
-+-----+----+--+-------++----
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离子交换层析一般步骤
1．上样阶段，此时离子交换剂与平衡离子结合；（平衡 阶段）
bead
+-- ++--+++---
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What happens in ion exchange?
Sample application and w-ash
--
-++-++++- -
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What happens in ion exchange?
Elution
-
-
-
-43;+-+- +-
+------+-+-----+++- -
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What happens in ion exchange?
Regeneration
-+-----+----+--+-------++----
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What happens in ion exchange?
Equilibration
Sample application and wash
--
anion
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离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力，这种 结合力的大小是由离子交换剂的选择性决定的。强酸性(阳性) 离子交换剂对H+的结合力比对Na+的小；强碱性(阴性)离子交 换剂对OH-的结合力比对Cl-的小得多；弱酸性离子交换剂对H+ 的结合力远比对Na+的大；弱碱性离子交换剂对OH-的结合力比 对Cl-的大。因此，在应用离子交换剂时，采用何种反离子进 行电荷平衡是决定吸附容量的重要因子之一。离子交换剂与 各种水合离子(离子在水溶液中发生水化作用形成的)的结合 力与离子的电荷量成正比，而与水合离子半径的平方成反比。 所以，离子价数越高，结合力越大。在离子间电荷相同时， 则离子的原子序数越高，水合离子半径越小，结合力亦越大。
构成的，基质与电荷基因以共价键连 接，电荷基因与反离子
以离子键结合。
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，假设以RA+代表阳离子交换剂，其中A+为
反离子，A+能够与溶液中的阳离子B+发生可逆的交换反应，反
应式为：RA++B+
RB++A+
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离子交换色谱中所进行的离子交换过程（以阳离子交换树脂为例）