18.1凝膠色譜SizeExclusion/ExcludingChromatography(SEC)GelFiltrationChromatography(GFC)GelPenetrationChromatography(GPC)18.1凝膠色譜SizeExclusion/Exc28.1.1、凝膠色譜原理

以各種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠顆粒為固定相，根據(jù)流動相中所含各組分的分子大小不同而達(dá)到物質(zhì)分離目的的一種色譜技術(shù)。

28.1.1、凝膠色譜原理

以各種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的3凝膠的孔隙大小分布有一定范圍（Φmin～Φmax

）大、中、小三類分子彼此間較易分開，但每種凝膠分離范圍之外的分子，在不改變凝膠種類的情況下是很難分離的。化學(xué)結(jié)構(gòu)不同但相對分子質(zhì)量相近的物質(zhì)，不可能通過凝膠色譜法達(dá)到完全的分離純化的目的。若Φ分子＞Φmax→全部被排阻在凝膠顆粒之外→全排阻兩種全排阻的分子即使大小差別很大，也不能有分離效果若Φ分子＜Φmin→能進(jìn)入凝膠的全部孔隙。如果兩種分子都能全部進(jìn)入凝膠孔隙，即使它們的大小有差別，也不會有好的分離效果。3凝膠的孔隙大小分布有一定范圍（Φmin～Φmax）大、4根據(jù)分離的對象是水溶性的化合物還是有機(jī)溶劑可溶物，又可分為凝膠過濾色譜（GFC）和凝膠滲透色譜（GPC）。GFC一般用于分離水溶性的大分子，如多糖類化合物。凝膠的代表是葡聚糖系列，洗脫溶劑主要是水。GPC主要用于分離測定有機(jī)溶劑中可溶的高聚物(聚苯乙烯、聚氯已烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)的分子量和分子量分布，常用的凝膠為聚苯乙烯凝膠，洗脫溶劑為四氫呋喃等有機(jī)溶劑。4GPC主要用于分離測定有機(jī)溶劑中可溶的高聚物(聚苯乙烯、5Vi=g（干凝膠質(zhì)量）×Wr（凝膠單位吸水量）Vt＝Vo十Vi十Vg8.1.2、凝膠色譜理論Vt

：柱床總體積

Vo：柱床內(nèi)凝膠顆粒外面空隙之間的水相容積

Vi：即凝膠顆粒內(nèi)部所含水相的容積

Vg：干凝膠顆粒體積5Vi=g（干凝膠質(zhì)量）×Wr（凝膠單位吸水量）8.1.26Vo、Vi、Vt的測定①Vo的測定選用分子量約200萬的藍(lán)色葡聚糖-2000（或一種不被凝膠滯留的有顏色的大分子物質(zhì)，便于觀察)，測定它的洗脫曲線，洗脫峰峰頂洗出的體積就是該柱的Vo值。

②Vi的測定選用一種分子量小于凝膠工作范圍下限的化合物，測出其洗脫體積Vei，減去Vo就是該柱的Vi。常用鉻酸鉀(黃色)或有UV吸收的物質(zhì)如N-乙酰酪氨酸乙酯來測定Vi。

③Vt的測定式中，π為常數(shù)3.14，D為柱直徑，h為凝膠床的高度。6Vo、Vi、Vt的測定①Vo的測定式中，π為常數(shù)3.14，7分配系數(shù)（Kd）

Ve：洗脫體積，自樣品加入到組分最大濃度(峰)出現(xiàn)時所流出的容積；Ve＝Vo十KdVi7分配系數(shù)（Kd）Ve：洗脫體積，自樣品加入到組分最大濃度8Kd=0，Ve=Vo（分子體積大，完全排阻）0＜Kd＜1，Ve在Vo與Vo十Vi之間變化

Kd=1，Ve=Vo十Vi（分子體積小，完全在凝膠顆粒內(nèi)部擴(kuò)散）8Kd=0，Ve=Vo（分子體積大，完全排阻）9凝膠特性參數(shù)（1）排阻極限（exclusionlimit):

不能擴(kuò)散到凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的最小分子的相對分子質(zhì)量。（2）分級范圍（fractionationrange):

即能為凝膠阻滯并且相互之間可以得到分離的溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量范圍。SephadexG-50的分級范圍為1.5-30kD.9凝膠特性參數(shù)（1）排阻極限（exclusionlimit10（3）溶脹率：溶脹后每克干凝膠所吸收的水分的百分率稱為溶脹率，即交聯(lián)葡聚糖凝膠（Sephadex）簡介商品名

SephadexG交聯(lián)葡聚糖的商品名為Sephndex，不同規(guī)格型號的葡聚糖用英文字母G表示，G后面的阿拉伯?dāng)?shù)為凝膠持水量的10倍，數(shù)字越小，交聯(lián)度越大，網(wǎng)孔越小，持水量越小。

SephadexG50

的溶脹率為500%30%。（4）凝膠粒徑：一般為球形，其粒徑大小對分離度有重要影響。粒徑越小，分離效率越高。10（3）溶脹率：118.1.3、凝膠色譜介質(zhì)基于凝膠過濾層析的原理，對其介質(zhì)的最基本要求：不能與原料組分發(fā)生除排阻外的任何其他相互作用，如電荷作用、化學(xué)作用、生物學(xué)作用等理想的凝膠過濾介質(zhì)具有高物理強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性，能夠耐受高溫高壓、強(qiáng)酸強(qiáng)堿、高化學(xué)惰性、顆粒大小均一度高的珠狀顆粒。SEC介質(zhì)的要求118.1.3、凝膠色譜介質(zhì)基于凝膠過濾層析的原理，對其介質(zhì)12凝膠色譜介質(zhì)1）苯乙烯、丙烯酰胺、聚乙烯醇→打開不飽合鍵而發(fā)生共聚作用2）單糖間通過糖苷鍵發(fā)生縮聚→多糖如纖維素、葡聚糖、瓊脂糖等→聚合大都僅能得到線性聚合物，小分子量時可溶于水，要想得到具有一定強(qiáng)度的凝膠介質(zhì)，還需將線性聚合物通過交聯(lián)反應(yīng)，形成一定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制交聯(lián)劑的用量可制成各種型號的凝膠。交聯(lián)劑越多，孔隙越小。可分為合成樹脂以及多糖類衍生物兩類12凝膠色譜介質(zhì)1）苯乙烯、丙烯酰胺、聚乙烯醇→打開不飽合鍵131、合成樹脂類131、合成樹脂類141）傳統(tǒng)介質(zhì)——

聚苯乙烯與二乙烯苯交聯(lián)共聚物交聯(lián)度越高，凝膠溶脹時體積變化越小聚苯乙烯樹脂的疏水特性常使蛋白質(zhì)變性→多用于凝膠滲透色譜（GPC）中商品為Styrogel141）傳統(tǒng)介質(zhì)——

聚苯乙烯與二乙烯苯交聯(lián)共聚物交聯(lián)度越高15CH2=CHC=ONH2丙烯酰胺CH2=CHC=ONHCH2NHC=OCH2=CHN,N’-亞甲基雙丙烯酰胺2）聚丙烯酰胺凝膠

商品名為生物凝膠-P（Bio-GelP）。

15CH2=CHC=ONH2丙烯酰胺CH2=CHC161617聚丙烯酰胺凝膠聚丙烯酰胺凝膠的部分結(jié)構(gòu)(Bio-GelP)17聚丙烯酰胺凝膠聚(Bio-GelP)18聚丙烯酰胺凝膠18聚丙烯酰胺凝膠193）聚乙烯醇系凝膠以交聯(lián)聚乙烯醇為骨架的SEC介質(zhì)，典型產(chǎn)品為日本TOSOH拓索公司的Toyopearl大分子鏈上有豐富的-OH→骨架具有高度親水性，方便進(jìn)行化學(xué)改性，生物相容性好193）聚乙烯醇系凝膠以交聯(lián)聚乙烯醇為骨架的SEC介質(zhì)，典型202、多糖類1）葡聚糖系2）瓊脂糖系202、多糖類1）葡聚糖系21葡聚糖凝膠部分結(jié)構(gòu)(Sephadex)1）葡聚糖(Sephadex)系凝膠商品名為SephadexG類21葡(Sephadex)1）葡聚糖(Sephadex)系22蔗糖在葡聚糖酶的作用下發(fā)酵，產(chǎn)生葡聚糖（glucosan），相對分子質(zhì)量很高。但經(jīng)酸水解的作用，可以分解為較小的分子，平均相對分子質(zhì)量為4×104～20×104。結(jié)構(gòu)上大部是以α-1，6-糖苷鍵聚合，有少量的分支。這個聚合體（Dextran）若用環(huán)氧氯丙烷處理，就發(fā)生所謂的交聯(lián)作用，形成一個網(wǎng)狀的分子，這叫作交聯(lián)葡聚糖（sephadex），結(jié)構(gòu)如下式：22蔗糖在葡聚糖酶的作用下發(fā)酵，產(chǎn)生葡聚糖（gluco23廠家：AmershamPharmaciaBiotech安瑪西亞公司體積排阻層析介質(zhì)分離范圍（球蛋白）分離范圍（葡聚糖）相應(yīng)產(chǎn)品葡聚糖凝膠G10<700<700SephadexG-10葡聚糖凝膠G15<1500<1500SephadexG-15葡聚糖凝膠G251000-5000100-4,000SephadexG-25葡聚糖凝膠G501500-30,000500-9,000SephadexG-50葡聚糖凝膠G753000-80,0001,000-50,000SephadexG-75“G-X”反映凝膠的交聯(lián)程度及持水量。G-25為每克干凝膠膨脹時吸水2.5ml交聯(lián)葡聚糖凝膠的種類有G-10、15、25、50、75、100、150和200。通常≤G50的常用于樣品的脫鹽23廠家：AmershamPharmaciaBiotec242）瓊脂糖(Sepharose)系凝膠

242）瓊脂糖(Sepharose)系凝膠25Fig1.GelstructureofagaroseFig2.Structureoftherepeatingunitofagarose（瓊脂糖）25Fig1.Gelstructureofagaro26瓊脂糖凝膠特點(diǎn)：1、沒有共價鍵的交聯(lián)。2、孔徑依賴于瓊脂糖的濃度。3、瓊脂糖凝膠的化學(xué)穩(wěn)定性較差。4、非特異性吸附力低。5、分離范圍大。6、顆粒強(qiáng)度差。26瓊脂糖凝膠特點(diǎn)：1、沒有共價鍵的交聯(lián)。27

瑞典的商品名稱為Sepharose，有3種型號，即Sepharose2B，4B和6B（同中國相同）。阿拉伯?dāng)?shù)字表示凝膠中干膠的百分含量。

美國的為Bio－GA，有6個型號，即Bio-G0.5M，1.5M，5M，15M，50M和150M。阿拉伯?dāng)?shù)字乘以106表示排阻限度。。瓊脂糖的商品名稱有:Sepharose(瑞典)Bio-gelA(美國)Segavac(英國)Gelarose(丹麥)27瑞典的商品名稱為Sepharose，有3種型號，28

英國的稱為Sagavac，又分為Sagavac2F，4F，6F，8F，10F和2C，4C，6C，8C，10C。前面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示凝膠中干膠的百分?jǐn)?shù)，F(xiàn)代表粉末狀，C代表顆粒狀。

丹麥的稱為Gelarose，有5種類型，即2％，4％，6%，8％和10％。

28英國的稱為Sagavac，又分為Sagavac229Table6.PropertiesofSepharose廠家：AmershamPharmaciaBiotech安瑪西亞公司應(yīng)用最廣，機(jī)械強(qiáng)度較低，不能高壓滅菌29Table6.PropertiesofSepha30架橋瓊脂糖凝膠（SepharoseCL）

架橋瓊脂糖凝膠為瓊脂線性分子經(jīng)1，3-二溴丙醇交聯(lián)的凝膠。它的凝膠孔徑均勻，機(jī)械強(qiáng)度明顯加大。對熱和化學(xué)物質(zhì)的穩(wěn)定性大大增加,在pH3-14范圍內(nèi)穩(wěn)定。30架橋瓊脂糖凝膠（SepharoseCL）架橋瓊脂糖凝31Superdex(高交聯(lián)葡聚糖)Fig.15.StructureofSuperdex.Dextranchainsarecovalentlylinkedtoahighlycross-linkedagarosematrix.廠家：AmershamPharmaciaBiotech安瑪西亞公司31Superdex(高交聯(lián)葡聚糖)Fig.15.St32Superose(高交聯(lián)瓊脂糖)Superoseiscomposedofhighlycross-linked（高度交聯(lián)）

porousrigidagarosebeads.廠家：AmershamPharmaciaBiotech安瑪西亞公司32Superose(高交聯(lián)瓊脂糖)Superosei3333常用的商品化凝膠介質(zhì)

3333常用的商品化凝膠介質(zhì)34排阻范圍的選擇34排阻范圍的選擇35四、凝膠色譜操作35四、凝膠色譜操作36

凝膠使用前要首先進(jìn)行處理。估計(jì)用量根據(jù)選擇的層析柱估算出凝膠的用量。由于市售的是無水干膠，所以要計(jì)算干膠用量：

干膠用量(g)＝柱床體積(ml)/凝膠的床體積(ml/g)

考慮到損失，故一般凝膠用量再增加10％～20％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。36凝膠使用前要首先進(jìn)行處理。371、凝膠的處理①將稱好的干粉傾入過量的洗脫液中，室溫下充分溶脹。注意不要過分?jǐn)嚢瑁苑李w粒破碎。為了縮短溶脹時間，可在沸水浴中加熱溶脹3-5小時，這樣還可以殺死細(xì)菌和霉菌，并排除凝膠內(nèi)氣泡。②為了保證流速穩(wěn)定，獲得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用前用傾瀉法傾去不易沉下的較細(xì)顆粒，使凝膠顆粒大小一致。371、凝膠的處理①將稱好的干粉傾入過量的382.柱層析系統(tǒng)的安裝382.柱層析系統(tǒng)的安裝393、凝膠裝柱

①將層析柱垂直裝載支架上，將下端輸液管夾緊；②向柱中加入約1/3體積的0.9％NaCl溶液；③將一細(xì)玻棒伸入柱內(nèi)，靠近管內(nèi)壁，順著玻棒緩慢的向管內(nèi)加入混勻的凝膠溶液；④凝膠加至層析柱頂端約3cm時，打開柱下端輸液開關(guān)，使流速控制在0.25-0.5ml/cm2·min。④連續(xù)緩慢地加凝膠直到穩(wěn)定在離管口約5cm處。393、凝膠裝柱①將層析柱垂直裝載支架上，將下端輸液管40凝膠床的檢查和維護(hù)觀察有無凝膠分層、溝流和氣泡等現(xiàn)象。有色物質(zhì)溶液過柱，觀察柱床有無溝流，色帶是否平整。檢查物質(zhì)為藍(lán)色葡聚糖-2000、或者紅色葡聚糖、細(xì)胞色素C、血紅蛋白等物質(zhì)配成2mg/ml的溶液過柱。新柱裝好后，要用洗脫緩沖液平衡，一般用3～5倍體積的緩沖液在恒壓下流過柱床。40凝膠床的檢查和維護(hù)觀察有無凝膠分層、溝流和氣泡等現(xiàn)象。新414、樣品上柱及洗脫①加樣量的控制分析：1-2ml/100ml床體積，制備：10-30ml/100ml床體積

②洗脫液的選擇：洗脫液應(yīng)與浸泡凝膠時所用的溶液一致，否則由于更換溶劑，凝膠體積會發(fā)生變化而影響分離效果。414、樣品上柱及洗脫①加樣量的控制42

凝膠粒度的大小對分離效果的影響細(xì)粒凝膠柱流速低，但洗脫峰窄，分辨率高，多用于精制分離或分析等。粗粒凝膠柱流速高，但洗脫峰平坦，分辨率低，多用于粗制分離，脫鹽等。

凝膠粒度與洗脫效果的關(guān)系圖

同一流速下不同粒度的SephadexG-25柱42凝膠粒度的大小對分離效果的影響凝膠粒度與洗脫效43將分子量極為懸殊的兩類物質(zhì)分開，如蛋白質(zhì)與鹽類，稱作類分離或組分離。將分子量相差不大的大分子物質(zhì)加以分離，如分離血清球蛋白與白蛋白，這叫做分級分離。43將分子量極為懸殊的兩類物質(zhì)分開，如蛋白質(zhì)與鹽類，稱作類分44a．類分離（1）使大分子的分配系數(shù)Kd=0；（2）小分子的Kd=1。選用SephadexG-25凝膠，分離范圍1000～5000。44a．類分離（1）使大分子的分配系數(shù)Kd=0；45b．分級分離（1）使各種物質(zhì)的Kd值盡可能相差大。（2）不使分子量分布在凝膠分離范圍的一側(cè)。（3）分子量大于滲入限的3倍，并小于排阻限的1/3。如用SephadexG-200分離血清蛋白質(zhì)的效果要比SephadexG-150為好。45b．分級分離（1）使各種物質(zhì)的Kd值盡可能相差大。46層析柱長度與直徑的比值稱作“柱比”。對于類分離，柱床體積一般為樣品溶液體積的5倍，柱比5:1到10:1即可。對于分級分離，則要求柱床體積大于樣品體積25倍以上，甚至多達(dá)100倍。柱比在25至100之間。46層析柱長度與直徑的比值稱作“柱比”。47加樣量對分辨率的影響

I.加樣量少時，A、B二種物質(zhì)充全分開。

II.加樣量適當(dāng)時，A、B二種物質(zhì)剛剛分開。

III.加樣量太大時，A、B二種物質(zhì)只能部分分開。47加樣量對分辨率的影響I.加樣量少時，A、B二種物48流速對蛋白質(zhì)分辨率的影響48流速對蛋白質(zhì)分辨率的影響49凝膠層析加樣操作示意圖1、平衡好的層析柱。2、沿管壁將樣品溶液小心加到凝膠床面上，應(yīng)避免將床面凝膠沖起。3-4、打開下口夾子，使樣品溶液流入柱內(nèi)，同時收集流出液，5-7、當(dāng)樣品溶液流至與膠面相切時，夾緊下口夾子。按加樣操作，用1mL洗脫液沖洗管壁2次。8-9、最后加入3—4mL洗脫液于凝膠上。10、連接柱層析系統(tǒng)，自動收集記錄。49凝膠層析加樣操作示意圖1、平衡好的層析柱。50凝膠柱層析實(shí)物連接50凝膠柱層析實(shí)物連接51515凝膠柱的再生反沖。重新裝柱。51515凝膠柱的再生反沖。526、凝膠柱的保養(yǎng)和凝膠的保存凝膠的保存可采用以下兩種方法：（1）經(jīng)常使用的凝膠以濕態(tài)保存為宜，加入適當(dāng)?shù)囊志鷦３Ｓ玫囊志鷦?0.02％疊氮鈉

(2)較長時期不使用的凝膠可采用干燥保存法。依次用70％、90％和95％乙醇逐步脫水，使凝膠皺縮，最后用乙醚洗滌干燥或在60-80℃下烘干。526、凝膠柱的保養(yǎng)和凝膠的保存凝膠的保存可采用以下兩種方法53五、凝膠色譜的應(yīng)用53五、凝膠色譜的應(yīng)用541、分離純化

GFC可用于相對分子量從幾百到百萬的物質(zhì)的分離純化，是蛋白質(zhì)、肽、脂質(zhì)、抗生素、糖類、核酸以及病毒（50-400nm）的分離與分析中頻繁使用的液相層析法。2、脫鹽鹽析沉淀中得到的高鹽濃度的蛋白質(zhì)溶液用凝膠法脫鹽后，可用于其它層析過程。541、分離純化553、相對分子量的測定

通過分子量與分配系數(shù)的線性關(guān)系進(jìn)行測量，對球形分子較準(zhǔn)確。

Ve=K1-K2lgM

K1、K2為常數(shù)553、相對分子量的測定Ve=K1-K2lgM564、濃縮SephadexG-25（粗）待濃縮液，充分混合，放置10min離心或過濾SephadexG-25吸水量為2.5g/g干凝膠上清液或?yàn)V液被濃縮待濃縮液裝入透析袋中并將其平放于培養(yǎng)皿中袋外撒上吸水凝膠，放置30min另一操作模式564、濃縮SephadexG-25（粗）待濃縮液，充分混8.2離子交換色譜法離子交換色譜法(ionexchangechromatography，IEC)是利用離子交換樹脂為固定相，以適宜的溶劑作為移動相，使溶質(zhì)按它們的離子交換親和力的不同而得到分離的方法。

生化分離中75%的工藝采用此法。578.2離子交換色譜法離子交換色譜法(ionexcha一、基本原理離子交換色譜是指帶電物質(zhì)因電荷力作用而在固定相與流動相之間分配得以相互分離的技術(shù)。蛋白質(zhì)等兩性電解質(zhì)，當(dāng)pH<pI時，蛋白質(zhì)帶凈正電荷；當(dāng)pH>pI時，蛋白質(zhì)帶凈負(fù)電荷。由于各種蛋白質(zhì)等生物大分子的等電點(diǎn)不同，可以通過改變?nèi)芤旱膒H和離子強(qiáng)度來影響它們與離子交換樹脂的吸附作用，從而將它們相互分離開來。58一、基本原理離子交換色譜是指帶電物質(zhì)因電荷力作用而在固定相與離子交換的基本過程：(1)

初始穩(wěn)定狀態(tài)(2)

離子交換過程(3)

洗脫過程(4)

介質(zhì)的再生過程59離子交換的基本過程：(1)初始穩(wěn)定狀態(tài)59

離子交換樹脂是一種不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑的固體高分子聚合物。它具有網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)并含有活性基團(tuán)，能與溶劑中其他帶電粒子進(jìn)行離子交換或吸著。二、離子交換樹脂1.定義60離子交換樹脂是一種不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑的固體高分子聚合交換樹脂表面61交換樹脂表面61二、離子交換樹脂的分類

1.按樹脂骨架的主要成分(1)聚苯乙烯型樹脂由苯乙烯(母體)和二乙烯苯(交聯(lián)劑)的共聚物作為骨架，再引入活性基團(tuán)(2)丙烯酸樹脂由丙烯酸酯類和甲基丙烯酸酯類及其它烯屬單體共聚制成的樹脂。(3)多乙烯多胺-環(huán)氧氯苯烷樹脂由多乙烯胺與環(huán)氧氯苯烷的共聚物作為骨架。(4)酚-醛型樹脂主要由水楊酸、苯酚和甲醛縮聚而成，水楊酸和甲醛形成線狀結(jié)構(gòu)，苯酚作為交聯(lián)劑。62二、離子交換樹脂的分類1.按樹脂骨架的主要成分(1)聚其結(jié)構(gòu)由三部分組成：1.不溶性的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的樹脂骨架，使樹脂具有化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；2.是與骨架相聯(lián)的功能基團(tuán)；3.是與功能基團(tuán)帶相反電荷的可移動的離子，稱為活性離子，它在樹脂骨架中的進(jìn)進(jìn)出出，就發(fā)生離子交換現(xiàn)象。離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)63其結(jié)構(gòu)由三部分組成：離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)63離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)-網(wǎng)絡(luò)骨架苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環(huán)氧系64離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)-網(wǎng)絡(luò)骨架苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環(huán)氧離子交換樹脂結(jié)構(gòu)骨架：接有功能基團(tuán)，本身是惰性功能基團(tuán)：連接在骨架上，可與相反離子結(jié)合待交換分子：在吸附階段可與活性離子交換，與骨架上的功能基團(tuán)結(jié)合活性離子：與功能基團(tuán)所帶電荷相反的可移動的離子離子交換法概述65離子交換樹脂結(jié)構(gòu)骨架：接有功能基團(tuán)，本身是惰性功能基團(tuán)：連接活性離子為陽離子，稱陽離子交換樹脂，與陽離子發(fā)生交換活性離子為陰離子，稱陰離子交換樹脂，與陰離子發(fā)生交換活性離子為陽離子，稱陽離子交換樹脂，1)陽離子交換樹脂活性基團(tuán)為酸性，對陽離子具有交換能力。3.按活性基團(tuán)分類(1)強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂(2)弱酸性陽離子交換樹脂671)陽離子交換樹脂活性基團(tuán)為酸性，對陽離子具有交換陽離子交換樹脂交換前交換達(dá)到平衡后68陽離子交換樹脂交換前交換達(dá)到平衡后68一般以磺酸基一SO3H作為活性基團(tuán)，交換反應(yīng)以磺酸型樹脂與氯化鈉的作用為例，可表示如下：由于是強(qiáng)酸性基團(tuán)，其電離程度不隨外界溶液的pH而變化，所以使用時的pH一般沒有限制。此外，以磷酸基一PO(OH)2和次磷酸基一PHO(OH)作為活性基團(tuán)的樹脂具有中等強(qiáng)度的酸性。強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂69一般以磺酸基一SO3H作為活性基團(tuán)，交換反應(yīng)以磺酸型樹脂與氯苯乙烯系強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—∣∣SO3-H+∣SO3-H+SO3-H+—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—SO3-H+···—CH2—CH—CH2—···SO3-H+HC=CH2HC=CH2m+nHC=CH270苯乙烯系強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)—CH2—CH—CH2—C弱酸性陽樹脂功能團(tuán)可以為羧基-COOH，-OH(酚羥基）這類樹脂的電離程度小，其交換性能和溶液的pH有很大關(guān)系。在酸性溶液中，這類樹脂幾乎不能發(fā)生交換反應(yīng)，交換能力隨溶液的pH增加而提高。

對于羧基樹脂，應(yīng)該在pH＞7的溶液中操作，而對于酚羥基樹脂，溶液的pH應(yīng)＞9。71弱酸性陽樹脂功能團(tuán)可以為羧基-COOH，-OH(酚羥基）對2)陰離子交換樹脂活性基團(tuán)為堿性，對陰離子具有交換能力。3.按活性基團(tuán)分類(1)強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂(2)弱堿性陰離子交換樹脂722)陰離子交換樹脂活性基團(tuán)為堿性，對陰離子具有交換陰離子交換樹脂交換前交換達(dá)到平衡后73陰離子交換樹脂交換前交換達(dá)到平衡后73強(qiáng)堿性陰樹脂I型的堿性比II型強(qiáng)，但再生較困難，II型樹脂的穩(wěn)定性較差。和強(qiáng)酸性樹脂一樣，強(qiáng)堿性樹脂使用的pH范圍沒有限制有兩種強(qiáng)堿性樹脂：功能基團(tuán)為三甲胺基稱為強(qiáng)堿Ⅰ型二甲基-β-羥基-乙基胺為強(qiáng)堿II型水溶液中R≡N＋OH－(Cl－)-74強(qiáng)堿性陰樹脂I型的堿性比II型強(qiáng)，但再生較困難，II型樹脂的弱堿性陰樹脂和弱酸性樹脂一樣，其交換能力隨pH變化而變化，pH越低，交換能力越大。功能團(tuán)為水溶液中：R－NH3+OH－；R

NH2+OH－；R≡NH+OH－75弱堿性陰樹脂和弱酸性樹脂一樣，其交換能力隨pH變化而變化，p四類樹脂的特性比較四類樹脂的特性比較雖然強(qiáng)型離子交換樹脂可在寬PH范圍操作，但吸附后難于解吸，因此在實(shí)用中，人們更多考慮用弱型離子交換樹脂。雖然強(qiáng)型離子交換樹脂可在寬PH范圍操作，但吸附四類樹脂的特性比較四類樹脂的特性比較

對陰離子交換樹脂：

pH〉pI，蛋白質(zhì)帶負(fù)電，而且pH越高，負(fù)電荷越多，越易吸附。雖然高pH吸附容量大，但解吸困難。

實(shí)際選擇的pH是可吸附的最低pH。

對陽離子交換樹脂：最佳pH是可吸附的最高pH。

對陰離子交換樹脂：④

鹽的穩(wěn)定性

弱酸、弱堿性樹脂成的鹽（鹽型）不穩(wěn)定，易水解。弱酸樹脂：RCOOH+NaOH→RCOONa+H2O

水解：RCOONa+H2O→RCOOH+NaOH

*洗到pH9~10

弱堿樹脂：RNH3OH+HCl→RNH3Cl+H2O

水解：RNH3Cl+H2O→RNH3OH+HCl

*洗到pH4~5NaOHH2ORCOONaRCOOHNaOH四類樹脂的特性比較80④鹽的穩(wěn)定性弱酸樹脂：RCOOH+NaOH→RCO81離子交換吸附應(yīng)在很低的離子強(qiáng)度下進(jìn)行（離子濃度高會解吸所吸附的溶質(zhì)），所以離子交換一般不在鹽析后進(jìn)行。

緩沖溶液中離子強(qiáng)度一般在10-50mmol/L,具體濃度有實(shí)驗(yàn)確定。81離子交換吸附應(yīng)在很低的離子強(qiáng)度下進(jìn)行（離子濃度高會強(qiáng)酸樹脂再生時耗用過量的酸；強(qiáng)堿樹脂再生時耗用過量的堿。強(qiáng)酸樹脂：RSO3Na+HClRSO3H+NaCl再生難弱酸樹脂：RCOONa+HCl→RCOOH+NaCl易強(qiáng)堿樹脂：R≡N+Clˉ

+

NaOHR≡N+OH￣

+NaCl難弱堿樹脂：R-NH3+Clˉ

+NaOH→R-NH3OH+NaCl易⑤再生的難易程度樹脂的操作步驟（str）：

◆交換（吸著）3RCOONa+str3+(RCOO)3str+3Na+

◆洗脫（解吸）(RCOO)3str+3HCl→3RCOOH+str3++3Clˉ

◆再生RCOOH+NaOH→RCOONa+H2O，水洗至pH9

四類樹脂的特性比較82強(qiáng)酸樹脂再生時耗用過量的酸；強(qiáng)堿樹脂再生時耗用過量的堿。⑤

性能陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂強(qiáng)酸性弱酸性強(qiáng)堿性

弱堿性活性基團(tuán)磺酸羧酸季氨

胺pH對交換能力的影響

無在酸性中交換能力很小

無在堿性溶液中交換能力很小鹽的穩(wěn)定性

穩(wěn)定洗滌要水解

穩(wěn)定洗滌時要水解再生需過量的強(qiáng)酸很容易需要過量的強(qiáng)堿再生容易，可用碳酸鈉或氨交換速度快慢(除非離子化后)快慢(除非離子化后)四類樹脂的特性比較83性能陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂強(qiáng)酸性弱酸性強(qiáng)堿性1977年，我國原石油化工部頒布了離子交換樹脂的命名法，規(guī)定離子交換樹脂的型號由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成：第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類；第二位數(shù)字代表骨架；第三位數(shù)字微順序號。分類代號和骨架代號都分成7種，分別以0～6表示。

二、離子交換樹脂的命名841977年，我國原石油化工部頒布了離子交換樹脂的命名法，規(guī)定代號分類名稱骨架名稱0強(qiáng)酸性苯乙烯系1弱酸性丙烯酸系2強(qiáng)堿性酚醛系3弱堿性環(huán)氧系4螯合性乙烯吡啶系5兩性脲醛系6氧化還原性氯乙烯系85

大孔樹脂在型號前加“D”，凝膠型樹脂的交聯(lián)度值可在型號后用“×”號連接阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如D011×7，表示大孔強(qiáng)酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂，其交聯(lián)度為7代號分類名稱骨架名稱0強(qiáng)酸性苯乙烯系1弱酸性丙烯酸系2強(qiáng)堿性1.交聯(lián)度交聯(lián)度表示離子交換樹脂中交聯(lián)劑的含量，例如：聚苯乙烯型樹脂是由二乙烯苯將鏈狀分子聯(lián)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的，二乙烯苯稱為交聯(lián)劑。樹脂中交聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為交聯(lián)度。聚苯乙烯型交換樹脂含有8%的二乙烯苯，則此樹脂的交聯(lián)度為8%。一般樹脂的交聯(lián)度為8%-12%。

三、離子交換樹脂的理化性能861.交聯(lián)度三、離子交換樹脂的理化性能862.交換容量：

交換容量是指每克干燥離子交換樹脂或每毫升完全溶脹的離子交換樹脂所能吸收的一價離子的毫摩爾數(shù)，以mmol/g表示，是表征樹脂離子交換能力的主要參數(shù)。

交換容量的大小，取決于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中活性基團(tuán)的數(shù)目，含有活性基團(tuán)越多，交換容量也越大。但交換容量太大，活性基團(tuán)太多，樹脂不穩(wěn)定。872.交換容量：87

粒度是樹脂顆粒在溶漲后的大小，色譜用50～100目樹脂，一般提取純化用20～60目(0.25~0.84mm)樹脂則可。粒度小的樹脂因表面大，效率高；粒度過小，堆積密度大，容易產(chǎn)生阻塞；粒度過大又會導(dǎo)致強(qiáng)度下降、裝填量小、內(nèi)擴(kuò)散時間延長，不利于有機(jī)大分子的交換。所以，粒度大小應(yīng)根據(jù)具體需要選擇。一般樹脂為球形，這樣可減少流體阻力。3.粒度和形狀88粒度是樹脂顆粒在溶漲后的大小，色譜用50～100目樹強(qiáng)酸（或強(qiáng)堿）性離子交換劑的滴定曲線開始是水平的，到某一點(diǎn)突然升高（或降低），表明在該點(diǎn)交換劑上的離子交換基團(tuán)已被堿（或酸）完全飽和；弱酸（或弱堿）性離子交換劑的滴定曲線逐漸上升（或下降），無水平部分。利用滴定曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可估算離子交換劑的交換容量，而由轉(zhuǎn)折點(diǎn)的數(shù)目，可推算不同離子交換基團(tuán)的數(shù)目。

4.滴定曲線89強(qiáng)酸（或強(qiáng)堿）性離子交換劑的滴定曲線開始是水平的，到某一點(diǎn)突5.穩(wěn)定性樹脂應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，不容易分解破壞，不