第九章離子交換層析法離子交換層析分離技術儀器設備簡介離子交換層析分離技術離子交換全套裝置離子交換層析分離技術第九章離子交換層析第一節離子交換層析基本原理第二節離子交換劑的分類與性質

第三節離子交換劑與緩沖液的選擇第四節離子交換拄層析操作方法第五節離子交換拄層析應用離子交換層析分離技術第一節離子交換層析基本原理一、離子交換劑的組成結構及其的特性

二、離子交換劑的選擇性

三、離子交換柱層析原理示意圖

離子交換層析分離技術一、離子交換劑的組成結構及其特性

基質電荷基團反離子商品名纖維素—O—CH2——COO-

·Na+CM-纖維素纖維素-O-（CH2）2-N+H（C2H5）2·Cl-DEAE-纖維素聚苯乙烯—————SO3-·

Na+732陽離子樹脂

聚苯乙烯——N+（CH2）4·Cl-717陰離子樹脂離子交換層析分離技術聚苯乙烯磺酸型陽離子交換樹脂的制備離子交換層析分離技術離子交換樹脂的形狀結構示意圖離子交換層析分離技術二、離子交換劑的選擇性1、平衡常數

2、選擇性與離子的電荷及水合離子半徑的關系

3、離子濃度對選擇性的影響4、兩性物質的選擇性

離子交換層析分離技術1、平衡常數

值反映離子交換劑對不同離子的結合力或選擇性，稱為選擇系數，此外平衡的移動遵循質量作用定律若KBA值＞1，即[RB]＞[RA]，若KBA值＝1，即[RB]＝[RA],

若KBA值＜1，即[RB]＜[RA]，RA+B+RB+A+離子交換層析分離技術2、選擇性與離子的電荷及

水合離子半徑的關系

離子交換劑與各種水合離子的結合力是與離子的電荷量成正比，而與水合離子半徑的平方成反比。

一價離子：Li+＜Na+＜K+＜Rb+＜Cs+

二價離子：Mg2+＜Ca2+＜Sr2+＜Ba2+

一價陰離子：F-＜Cl-＜Br-＜I-不同價陽離子：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Ti4+離子交換層析分離技術磺酸基樹脂和季胺基樹脂

對各種離子的相對選擇系數

陽離子樹脂

陰離子樹脂反離子相對選擇系數反離子相對選擇系數H+Na+NH4+K+Mn2+Mg2+Fe2+1.01.51.952.52.352.52.55OH-檸檬酸乙酸

Cl-HCO-HPO-

苯1.02203.2

226.05.5

500

離子交換層析分離技術三、離子交換柱層析原理示意圖動畫按鈕離子交換層析分離技術第二節離子交換劑的分類及性質一、離子交換劑分類二、離子交換劑性質離子交換層析分離技術一、離子交換劑分類1．疏水性2．親水性(1)陽離子交換劑(2)陰離子交換劑（1）纖維素離子交換劑（2）交聯葡聚糖離子交換劑

（3）瓊脂糖離子交換劑離子交換層析分離技術1．疏水性離子交換劑R-SO-3H+Na+===R-SO3Na+H+R-PO（OH）2+Na+===R-POOHONa+H+R-N+（CH3）3OH-+Cl-==R-N+（CH3）3·Cl-+OH-

R-N+（CH3）2OH-+H2O==R-N+（CH3）2H·OH-R-N+（CH3）2H·OH-+Cl-=R-N+（CH3）2H·Cl+OH-

陰離子交換劑

陽離子交換劑離子交換層析分離技術2．親水性離子交換劑

磷酸纖維素CM-纖維素DEAE-纖維素

CM-交聯葡聚糖DEAE-交聯葡聚糖CM-SepharoseCL-6B

離子交換層析分離技術二、離子交換劑性質

顏色與形狀

交聯度

吸水量或膨脹度

交換容量穩定性

比重

離子交換層析分離技術交換容量交換容量:

是指離子交換劑與溶液中離子或離子化合物進行交換的能力。

(mg／g或mmol／g、mg／ml或mmol／ml)交換容量的測定：

強酸型與強堿型測定其解離鹽的能力；弱酸型與弱堿型測定其中和酸堿的能力。影響交換容量的因素：

篩孔、離子強度、pH值。離子交換層析分離技術強酸型陽離子交換介質

交換容量的測定法

取一定量的離子交換介質，去離子水溶脹，漂洗干凈用1mol／L的NaOH處理，去離子水洗至中性，1mol／L的HCl處理，去離子水洗至中性。然后用1mol／L的NaCl洗脫，收集洗脫液，再通過已標定的NaOH滴定洗脫液中的氫離子濃度，計算出吸附氫離子的毫摩爾數量，除以離子交換介質的質量，即可得到交換容量。計算公式如下：

離子交換層析分離技術強堿型陰離子交換介質

交換容量的測定方法

取一定量的離子交換介質，去離子水溶脹，漂洗干凈，用1mol／L的HCl處理，去離子水洗至中性，1mol／L的NaOH處理，去離子水洗至中性。然后用1mol／L的NaCl洗脫，收集洗脫液，再通過已標定的HCl滴定洗脫液中的氫氧根離子濃度，計算出吸附氫氧根離子的毫摩爾數量，除以離子交換介質的質量即可得到交換容量。計算公式如下：離子交換層析分離技術凝膠或纖維類弱堿型陰離子或弱酸性陽離子交換介質換容量的測定方法

取一定量的離子交換介質，漂洗干凈，用1mol／L的NaCl處理，去離子水洗至中性，緩沖液平衡，用已知蛋白的濃度樣品過柱吸附，直至柱內的介質吸附的量達到飽和。用一定濃度的NaCl或其他的洗脫劑洗脫，收集洗脫液，測定洗脫液中的蛋白質的濃度，按如下計算公式交換容量。離子交換層析分離技術第三節離子交換劑與緩沖液的選擇

一、離子交換劑的選擇二、緩沖液的選擇

離子交換層析分離技術一、離子交換劑的選擇必須考慮的影響因素1．陰、陽離子交換劑的選擇2．強、弱離子交換劑的選擇3．不同離子型交換劑的選擇4．不同基質離子交換劑的選擇離子交換層析分離技術必須考慮的因素①要求高度的不溶性和疏松的多孔結構或巨大的表面積，較多的交換基團和穩定的物理化學性質②影響因素對樣品生物活性和可溶性的影響

pH對交換基團、分離物電荷及電性強弱的影響分子大小及共存物質的影響離子交換層析分離技術1．陰、陽離子交換劑的選擇參照電泳結果測定pI確定穩定pH范圍

堿性分子在偏酸性環境中穩定：細胞色素c

酸性分子在偏堿性環境中穩定：核酸、HCG離子交換層析分離技術離子交換劑的選擇圖離子交換層析分離技術2、強、弱離子交換劑的選擇離子交換層析分離技術3、不同離子型交換劑的選擇選用何種類型離子交換劑?----取決于離子交換劑對諸反離子的結合力。為了提高交換容量，一般應選擇結合力較小的反離子。據此，強陽性和強陰性離于交換劑應分別選擇H型和OH型；弱酸性和弱堿性離子交換劑應分別選擇Na型和Cl型。離子交換層析分離技術4．不同基質離子交換劑的選擇基質的理化性質目標物質的理化性質溶液的組成及雜質含量離子交換層析分離技術二、緩沖液的選擇1、緩沖液pH的選擇

2、緩沖液離子組成的選擇3、緩沖液離子強度的選擇離子交換層析分離技術1、緩沖液pH的選擇

①要求：起始緩沖液能使樣品中有效成分與離子交換劑結合，洗脫液能使有效成分從離子交換劑上解離下來。②PH值與目標物pI的關系（pH=pI±1）③選擇性吸附④選用弱陽離子交換劑時，pH高于其pK；選用弱陰離子交換劑時，pH低于其pK；離子交換層析分離技術2、緩沖液離子組成的選擇①緩沖液離子的pK值要接近所用的pH，②采用陽離子交換劑應選用陰離子緩沖液，如：磷酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽③采用陰離子交換劑應選用陽離子緩沖液，如：Tris④緩沖液離子不影響被分離物的活性、測定、溶解度。離子交換層析分離技術3、緩沖液離子強度的選擇①起始緩沖液能使樣品中有效成分與離子交換劑結合，一般小于0.1mol/L。②洗脫液能使有效成分從離子交換劑上解離下來，一般0.15mol/L（或采用pH洗脫）。離子交換層析分離技術第四節離子交換拄層析操作方式一、離子交換劑的處理、轉型和再生二、分離物質的交換三、物質的洗脫與收集

離子交換層析分離技術一、離子交換劑的處理和轉型一般程序：水泡，懸浮，酸或堿浸泡，洗滌至中性疏水性離子交換劑用2-4倍的2mol/LNaOH或2mol/LHCl溶液處理親水性離子交換劑用0.5mol/LNa0H或0.5mol/LHCl溶液處理；轉型與再生：由一種反離子轉到另一種反離子的過程。欲使陽離子交換劑轉成鈉型時，則需用NaOH處理；欲使其轉成氫型時，則需用HCl處理；欲使其帶銨離子時，則需用NH4OH或NH4C1處理。目的：使離子交換劑帶上所希望的離子或基團離子交換層析分離技術二、分離物質的交換分批法柱層析法實際交換量只能按理論交換量的25％-50％計算。離子交換層析分離技術分批法離子交換層析分離技術柱層析系統的組裝柱層析系統的連接離子交換層析分離技術三、物質的洗脫與收集

梯度混合器及形成的梯度變化離子強度梯度洗脫pH值梯度洗脫離子交換層析分離技術產生梯度溶液的三種裝置及形成的梯度變化C=CB-（CB-CA）（1-V2/