離子交換層析原理

1、第五章離子交換層析第五章離子交換層析 離子交換層析離子交換層析是利用離子交換劑上的可交換離是利用離子交換劑上的可交換離 子與周圍介質(zhì)中被分離的各種離子間的親和力不同，子與周圍介質(zhì)中被分離的各種離子間的親和力不同， 經(jīng)過交換平衡達到分離的目的的一種柱層析法。經(jīng)過交換平衡達到分離的目的的一種柱層析法。 離子交換層析具有離子交換層析具有靈敏度高，重復(fù)性、選擇性靈敏度高，重復(fù)性、選擇性 好，分析速度快好，分析速度快等優(yōu)點，是當前最常用的層析法之等優(yōu)點，是當前最常用的層析法之 一。一。 18481848年，年，ThompsonThompson 等人在研究土壤堿性物質(zhì)交換過等人在研究土壤堿性物質(zhì)交換過 程

2、中發(fā)現(xiàn)離子交換現(xiàn)象。本世紀程中發(fā)現(xiàn)離子交換現(xiàn)象。本世紀4040年代，出現(xiàn)了具有穩(wěn)定年代，出現(xiàn)了具有穩(wěn)定 交換特性的交換特性的聚苯乙烯聚苯乙烯離子交換樹脂。離子交換樹脂。5050年代，離子交換層年代，離子交換層 析進入生物化學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用于氨基酸的分析。目前離子交析進入生物化學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用于氨基酸的分析。目前離子交 換層析仍是生物化學(xué)領(lǐng)域中常用的一種層析方法，廣泛的換層析仍是生物化學(xué)領(lǐng)域中常用的一種層析方法，廣泛的 應(yīng)用于各種生化物質(zhì)如氨基酸、蛋白、糖類、核苷酸等的應(yīng)用于各種生化物質(zhì)如氨基酸、蛋白、糖類、核苷酸等的 分離純化。分離純化。 第一節(jié)第一節(jié) 基本原理基本原理 在水中呈不溶解狀態(tài)，能釋放出反

3、離子。同時它在水中呈不溶解狀態(tài)，能釋放出反離子。同時它 與溶液中的其他離子或離子化合物相互結(jié)合，結(jié)合后與溶液中的其他離子或離子化合物相互結(jié)合，結(jié)合后 不改變本身和被結(jié)合離子或離子化合物的理化性質(zhì)。不改變本身和被結(jié)合離子或離子化合物的理化性質(zhì)。 離子交換劑離子交換劑 特性特性 離子交換劑與水溶液中離子或離子化合物的反應(yīng)離子交換劑與水溶液中離子或離子化合物的反應(yīng) 主要是以離子交換方式進行。所進行的離子交換反應(yīng)主要是以離子交換方式進行。所進行的離子交換反應(yīng) 是可逆的。假定以是可逆的。假定以RARA代表陽離子交換劑，在溶液中解代表陽離子交換劑，在溶液中解 離出來的陽離子離出來的陽離子A A+ +與溶液

4、中的陽離子與溶液中的陽離子B B+ +可發(fā)生可逆的可發(fā)生可逆的 交換反應(yīng)，反應(yīng)式為：交換反應(yīng)，反應(yīng)式為： RA + BRA + B+ + RB + ARB + A+ + 該反應(yīng)能以極快的速率達到平衡，平衡的移動遵該反應(yīng)能以極快的速率達到平衡，平衡的移動遵 循質(zhì)量作用定律。循質(zhì)量作用定律。 離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng) 示意圖（離子交換過程示意圖（離子交換過程） 電離基團（磺酸根）電離基團（磺酸根） 可交換離子（鈉離子）可交換離子（鈉離子） 交換離子交換離子 不交換離子不交換離子 離子交換劑對溶液中不同離子具有不同的結(jié)合力，離子交換劑對溶液中不同離子具有不同的結(jié)合力， 結(jié)合力的大小取決于離子交換劑的

5、選擇性。結(jié)合力的大小取決于離子交換劑的選擇性。 離子交換劑的選擇性離子交換劑的選擇性可用其反應(yīng)的可用其反應(yīng)的平衡常數(shù)平衡常數(shù)K K表示：表示： K KRBARBA+ +/RAB/RAB+ + 如果反應(yīng)溶液中如果反應(yīng)溶液中AA+ + 等于等于BB+ + ，則，則K KRB/RARB/RA。 若若K1K1，即，即RBRARBRA，表示離子交換劑對，表示離子交換劑對B B+ +的結(jié)合的結(jié)合 力大于力大于A A+ + ； 若若K=1K=1，即，即RBRBRARA，表示離子交換劑對，表示離子交換劑對A A+ + 和和B B+ +的的 結(jié)合力相同；結(jié)合力相同； 若若K1K1，即，即RBRARBRA，表示離

6、子交換劑對，表示離子交換劑對B B+ +的結(jié)合的結(jié)合 力小于力小于A A+ +。 K K值是反映離子交換劑對不同離子的結(jié)合力或選擇值是反映離子交換劑對不同離子的結(jié)合力或選擇 性參數(shù)，故稱性參數(shù)，故稱K K值為離子交換劑對值為離子交換劑對A A+ +和和B B+ +的選擇系數(shù)。的選擇系數(shù)。 影響離子交換選擇性的因素影響離子交換選擇性的因素 v水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；水合離子半徑：半徑越小，親和力越大； v離子化合價：高價離子易于被吸附；離子化合價：高價離子易于被吸附； v溶液溶液pHpH：影響交換基團和交換離子的解離程度，不但影響交換容量；對：影響交換基團和交換離子的解離程度，不但影

7、響交換容量；對 交換選擇性影響亦大。交換選擇性影響亦大。 v離子強度：越低越好；離子強度：越低越好； v有機溶劑：不利于吸附；有機溶劑：不利于吸附； v交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：交聯(lián)度大，膨脹度小，篩分能力增大；交聯(lián)交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：交聯(lián)度大，膨脹度小，篩分能力增大；交聯(lián) 度小，膨脹度大，吸附量減少；度小，膨脹度大，吸附量減少； v樹脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力；樹脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力； 如如Na+Ca2+Al3 Si4。如 。如 原子價數(shù)相同，交換量則原子價數(shù)相同，交換量則隨隨 交換離子的原子序數(shù)的增加交換離子的原子

8、序數(shù)的增加 而增大而增大，如，如Li NaK Pb 。 。在稀溶液中適用。在稀溶液中適用。 在稀溶液中，強堿性樹脂的各負電性基團的離子在稀溶液中，強堿性樹脂的各負電性基團的離子 結(jié)合力次序是：結(jié)合力次序是： CH3COOFOHHCOOClBrCrO42NO2 IC2O42 SO42檸檬酸根。檸檬酸根。 弱堿性陰離子交換樹脂對各負電性基團結(jié)合力的弱堿性陰離子交換樹脂對各負電性基團結(jié)合力的 次序為：次序為：FC1Br=I CH3COOMoO42PO43AsO43NO3酒石酸根酒石酸根 檸檬酸根檸檬酸根CrO42SO42OH。 1、競爭；、競爭；2、增加蛋白、增加蛋白 質(zhì)的水合作用，降低吸質(zhì)的水合作

9、用，降低吸 附和交換速度。附和交換速度。 兩性離子如蛋白質(zhì)、核苷酸、氨基酸等與離子交換劑的兩性離子如蛋白質(zhì)、核苷酸、氨基酸等與離子交換劑的 結(jié)合力，主要決定于它們的理化性質(zhì)和特定的條件下呈現(xiàn)結(jié)合力，主要決定于它們的理化性質(zhì)和特定的條件下呈現(xiàn) 的離子狀態(tài)。當?shù)碾x子狀態(tài)。當pHpIpHpIpHpI時，能被陰離子交換劑吸附。若在相同時，能被陰離子交換劑吸附。若在相同pIpI條件下，條件下， 且且pIpIpHpH時，時，pIpI越高，堿性越強，就越容易被陽離子交換劑越高，堿性越強，就越容易被陽離子交換劑 吸附。吸附。 離子交換層析就是利用離子交換劑的荷電基團，吸附溶離子交換層析就是利用離子交換劑的荷電

10、基團，吸附溶 液中相反電荷的離子或離子化合物，被吸附的物質(zhì)隨后為液中相反電荷的離子或離子化合物，被吸附的物質(zhì)隨后為 帶同類型電荷的其他離子所置換而被洗脫。由于各種離子帶同類型電荷的其他離子所置換而被洗脫。由于各種離子 或離子化合物對交換劑的結(jié)合力不同，因而洗脫的速率有或離子化合物對交換劑的結(jié)合力不同，因而洗脫的速率有 快有慢，形成了層析層?？煊新?，形成了層析層。 離子交換機理離子交換機理 vA A+ +自溶液中擴散到樹脂表面自溶液中擴散到樹脂表面 vA A+ +從樹脂表面進入樹脂內(nèi)部的從樹脂表面進入樹脂內(nèi)部的 活性中心活性中心 vA A+ +與與RBRB在活性中心上發(fā)生復(fù)分在活性中心上發(fā)生復(fù)分

11、 解反應(yīng)解反應(yīng) v解吸附離子解吸附離子B B+ +自樹脂內(nèi)部擴散自樹脂內(nèi)部擴散 至樹脂表面至樹脂表面 vB B+ +離子從樹脂表面擴散到溶液離子從樹脂表面擴散到溶液 中中 v交換速度交換速度的控制步驟是擴散速的控制步驟是擴散速 度，不同的分離體系可能由內(nèi)度，不同的分離體系可能由內(nèi) 部擴散或外部擴散控制部擴散或外部擴散控制 影響交換速度的因素影響交換速度的因素 v顆粒大?。河≡娇祛w粒大?。河≡娇?v交聯(lián)度：交聯(lián)度小，交換速度快交聯(lián)度：交聯(lián)度小，交換速度快 v溫度：越高越快溫度：越高越快, ,與擴散系數(shù)增加有關(guān)與擴散系數(shù)增加有關(guān) v離子化合價：化合價越高，擴散速度小離子化合價：化合價越高，擴散

12、速度小 v離子大?。涸叫≡娇祀x子大?。涸叫≡娇?v攪拌速度：在一定程度上，越大越快攪拌速度：在一定程度上，越大越快 v溶液濃度：當交換速度為外擴散控制時，濃度越大，交換速溶液濃度：當交換速度為外擴散控制時，濃度越大，交換速 度越快度越快 離子交換層析的基本原理離子交換層析的基本原理 若選擇陽離子交換樹脂，則帶正電荷的物質(zhì)與若選擇陽離子交換樹脂，則帶正電荷的物質(zhì)與H H+ +發(fā)生交換發(fā)生交換 而結(jié)合在樹脂上。若選擇陰離子交換樹脂，則帶負電荷的物而結(jié)合在樹脂上。若選擇陰離子交換樹脂，則帶負電荷的物 質(zhì)可與質(zhì)可與OH-OH-發(fā)生交換而結(jié)合在樹脂上。發(fā)生交換而結(jié)合在樹脂上。 物質(zhì)在樹脂上結(jié)合的牢固程度

13、有差異，選用適當?shù)南疵撘何镔|(zhì)在樹脂上結(jié)合的牢固程度有差異，選用適當?shù)南疵撘?可將混合物中的組分逐個洗脫下來，達到分離純化的目的。可將混合物中的組分逐個洗脫下來，達到分離純化的目的。 + + + + + + + + + + + + 1.1.平衡階段平衡階段: :離子交離子交 換劑與反離子結(jié)合換劑與反離子結(jié)合 2.2.吸附階段：吸附階段：樣品樣品 與反離子進行交換與反離子進行交換 3 3、4. 4. 解吸附階段：解吸附階段： 梯度緩沖溶液先洗下梯度緩沖溶液先洗下 弱吸附物質(zhì)，后洗下弱吸附物質(zhì)，后洗下 強吸附物質(zhì)強吸附物質(zhì) 5.5.再生階段：再生階段：用原始用原始 平衡液進行充分洗滌平衡液進行充分洗

14、滌 ，既可重復(fù)使用，既可重復(fù)使用 第二節(jié)第二節(jié) 離子交換劑的分類及性質(zhì)離子交換劑的分類及性質(zhì) 一、離子交換劑的類型一、離子交換劑的類型 根據(jù)離子交換劑中基質(zhì)的組成及性質(zhì)，可將其分成兩根據(jù)離子交換劑中基質(zhì)的組成及性質(zhì)，可將其分成兩 大類：大類：疏水性離子交換劑疏水性離子交換劑和和親水性離子交換劑。親水性離子交換劑。 (1)(1)疏水性離子交換劑疏水性離子交換劑 是一種與水親和力較小的人工合成樹脂，最常見的是是一種與水親和力較小的人工合成樹脂，最常見的是 由由苯乙烯與交聯(lián)劑二乙烯苯苯乙烯與交聯(lián)劑二乙烯苯反應(yīng)生成的聚合物，在此結(jié)構(gòu)反應(yīng)生成的聚合物，在此結(jié)構(gòu) 中再以共價鍵引入不同的電荷基團。由于引入電

15、荷基團的中再以共價鍵引入不同的電荷基團。由于引入電荷基團的 性質(zhì)不同，又可分為性質(zhì)不同，又可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂及及 螯合離子交換樹脂。螯合離子交換樹脂。 陽離子交換劑：陽離子交換劑： 陽離子交換劑的電荷基團帶負電，反離子帶正電，可與陽離子交換劑的電荷基團帶負電，反離子帶正電，可與 溶液中的陽離子或帶正電荷化合物進行交換反應(yīng)。溶液中的陽離子或帶正電荷化合物進行交換反應(yīng)。 依據(jù)電荷基團的強弱，可分為依據(jù)電荷基團的強弱，可分為強酸型強酸型( (帶磺酸的基團，帶磺酸的基團，R R SOSO3 3H)H)、中強酸型中強酸型（含磷酸基團或亞磷酸基團，（含磷酸基

16、團或亞磷酸基團，R RPOPO3 3H H2 2） 及及弱酸型弱酸型（帶羧基和酚基的樹脂，（帶羧基和酚基的樹脂， R RCOOHCOOH或或R R苯環(huán)苯環(huán)OHOH） 三種。三種。 這些交換劑在交換時，氫離子為外來的陽離子所取代，這些交換劑在交換時，氫離子為外來的陽離子所取代， 如下式所示：如下式所示： R RCOOHCOOHNaNa+ +R RCOONaCOONa H H+ + 陰離子交換劑陰離子交換劑 此類交換劑是在基質(zhì)骨架上引入季胺此類交換劑是在基質(zhì)骨架上引入季胺-N-N (CH(CH3 3) )3 3 、叔、叔 胺胺-N(CH-N(CH3 3) )2 2 、仲胺、仲胺-NHCH-NHCH

17、3 3 和伯胺和伯胺-NH-NH2 2 基團后構(gòu)成的?；鶊F后構(gòu)成的。 依據(jù)胺基堿性的強弱，又可分為強堿性依據(jù)胺基堿性的強弱，又可分為強堿性( (含季胺基含季胺基) )、弱、弱 堿性堿性( (含叔胺、仲胺基含叔胺、仲胺基) )及中強堿性及中強堿性( (既含強堿性基團又含弱既含強堿性基團又含弱 堿性基團堿性基團) )三種陰離子交換劑。三種陰離子交換劑。 它們與溶液中的離子進行交換時，反應(yīng)式為：它們與溶液中的離子進行交換時，反應(yīng)式為： 螯合離子交換劑：螯合離子交換劑： 這類離子交換樹脂具有吸附這類離子交換樹脂具有吸附( (或絡(luò)合或絡(luò)合) )一些金屬離子而排一些金屬離子而排 斥另一些離子的能力，可通過

18、改變?nèi)芤旱乃岫忍岣咂溥x擇性。斥另一些離子的能力，可通過改變?nèi)芤旱乃岫忍岣咂溥x擇性。 由于它的高選擇性，只需用很短的樹脂柱就可以把欲測的金屬由于它的高選擇性，只需用很短的樹脂柱就可以把欲測的金屬 離子濃縮并洗脫下來。離子濃縮并洗脫下來。 疏水性離子交換劑含有大量的活性基團，交換容量大、流疏水性離子交換劑含有大量的活性基團，交換容量大、流 速快、機械強度大，主要用于分離無機離子、有機酸、核苷酸速快、機械強度大，主要用于分離無機離子、有機酸、核苷酸 及氨基酸等小分子物質(zhì)，也可用于從蛋白質(zhì)溶液中除去表面活及氨基酸等小分子物質(zhì)，也可用于從蛋白質(zhì)溶液中除去表面活 性劑性劑( (如如SDS)SDS)、去污劑

19、、去污劑( (如如TritonX100) )、尿素、兩性電解質(zhì)、尿素、兩性電解質(zhì) 等。等。 (2) (2) 親水性離子交換劑親水性離子交換劑 與水親和性較大，有纖維素、交聯(lián)葡聚糖、交聯(lián)瓊脂與水親和性較大，有纖維素、交聯(lián)葡聚糖、交聯(lián)瓊脂 糖等。糖等。 纖維素離子交換劑纖維素離子交換劑 又稱離子交換纖維素，是以又稱離子交換纖維素，是以微晶纖維素微晶纖維素為基質(zhì)，引入為基質(zhì)，引入 電荷基團構(gòu)成的。分為電荷基團構(gòu)成的。分為強酸性、弱酸性、強堿性及弱堿性強酸性、弱酸性、強堿性及弱堿性離離 子交換劑。纖維素離子交換劑中，最廣泛使用的是子交換劑。纖維素離子交換劑中，最廣泛使用的是二乙胺基二乙胺基 乙基乙基(

20、DEAE(DEAE一一) )纖維素和纖維素和羧甲基羧甲基(CM(CM一一) )纖維素纖維素。 近年來近年來PharmaciaPharmacia公司用微晶纖維素經(jīng)交聯(lián)作用，制成公司用微晶纖維素經(jīng)交聯(lián)作用，制成 了類似凝膠的珠狀弱堿性離子交換劑了類似凝膠的珠狀弱堿性離子交換劑(DEAE(DEAESephacelSephacel) )，結(jié)，結(jié) 構(gòu)與構(gòu)與DEAEDEAE一纖維素相同，對蛋白質(zhì)、核酸、激素及其他生物一纖維素相同，對蛋白質(zhì)、核酸、激素及其他生物 聚合物都有同等的分辨率。聚合物都有同等的分辨率。 微晶纖維微晶纖維- -又稱纖維素膠或又稱纖維素膠或 結(jié)晶纖維素結(jié)晶纖維素 性狀：性狀：白色或幾乎

21、白色白色或幾乎白色 的細小粉末，無臭，無味，的細小粉末，無臭，無味， 可壓成自身粘合的小片，并可壓成自身粘合的小片，并 可在水中迅速分散，不溶于可在水中迅速分散，不溶于 水、稀酸、稀堿溶液和大多水、稀酸、稀堿溶液和大多 數(shù)有機溶劑。數(shù)有機溶劑。 制法：制法：將纖維性植物材將纖維性植物材 料與無機酸搗成漿狀，經(jīng)處料與無機酸搗成漿狀，經(jīng)處 理使之降解后漂洗、研磨、理使之降解后漂洗、研磨、 脫水、烘干、粉碎制成。脫水、烘干、粉碎制成。 目前常用的纖維素交換劑目前常用的纖維素交換劑 離子交換纖維素適用于分離大分子多價電解質(zhì)。離子交換纖維素適用于分離大分子多價電解質(zhì)。 特點：特點： 結(jié)構(gòu)疏松，結(jié)構(gòu)疏松，

22、對生物高分子物質(zhì)對生物高分子物質(zhì)( (如蛋白質(zhì)和核酸如蛋白質(zhì)和核酸 分子分子) )有較大的穿透性；有較大的穿透性； 表面積大，表面積大，因而有較大的吸附容量；因而有較大的吸附容量； 基質(zhì)是親水性的，基質(zhì)是親水性的，避免了疏水性反應(yīng)對蛋白質(zhì)避免了疏水性反應(yīng)對蛋白質(zhì) 分離的干擾；分離的干擾； 電荷密度較低電荷密度較低，與蛋白質(zhì)分子結(jié)合不牢固，在，與蛋白質(zhì)分子結(jié)合不牢固，在 溫和洗脫條件下即可達到分離的目的，不會引起蛋白溫和洗脫條件下即可達到分離的目的，不會引起蛋白 質(zhì)的變性。質(zhì)的變性。 但纖維素分子中只有一小部分羥基被取代，結(jié)但纖維素分子中只有一小部分羥基被取代，結(jié) 合在其分子上的解離基團數(shù)量不多

23、，故合在其分子上的解離基團數(shù)量不多，故交換容量小交換容量小， 僅為交換樹脂的僅為交換樹脂的1/101/10左右。左右。 交聯(lián)葡聚糖離子交換劑交聯(lián)葡聚糖離子交換劑 交聯(lián)葡聚糖離子交換劑是以交聯(lián)葡聚糖交聯(lián)葡聚糖離子交換劑是以交聯(lián)葡聚糖G G2525和和G G5050 為基質(zhì)，通過化學(xué)方法引入電荷基團而制成的。為基質(zhì)，通過化學(xué)方法引入電荷基團而制成的。 交換劑交換劑G G5050型型適用于相對分子質(zhì)量為適用于相對分子質(zhì)量為3 310104 43 310106 6 的物質(zhì)的分離，交換劑的物質(zhì)的分離，交換劑G G2525型型能交換相對分子質(zhì)量較小能交換相對分子質(zhì)量較小 (1(110103 35 5101

24、03 3) )的蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)。 交聯(lián)葡聚糖離子交換劑的性質(zhì)與葡聚糖凝膠相似，交聯(lián)葡聚糖離子交換劑的性質(zhì)與葡聚糖凝膠相似， 在在強酸和強堿中不穩(wěn)定，在強酸和強堿中不穩(wěn)定，在pHpH7 7時可耐時可耐120120的高熱。的高熱。它它 既有既有離子交換作用，又有分子篩性質(zhì)離子交換作用，又有分子篩性質(zhì)，可根據(jù)分子大小對，可根據(jù)分子大小對 生物高分子物質(zhì)進行分級分離，但生物高分子物質(zhì)進行分級分離，但不適用不適用于分級分離相對于分級分離相對 分子質(zhì)量分子質(zhì)量大于大于2 210105 5的蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)。 瓊脂糖離子交換劑瓊脂糖離子交換劑 主要以交聯(lián)瓊脂糖主要以交聯(lián)瓊脂糖CLCL6B6B為基質(zhì)，引入電

25、荷基團為基質(zhì)，引入電荷基團 而構(gòu)成。而構(gòu)成。 這種離子交換凝膠對這種離子交換凝膠對pHpH及溫度的變化均較穩(wěn)定，及溫度的變化均較穩(wěn)定， 可在可在pH3pH31010和和0 07070范圍內(nèi)使用，改變離子強度或范圍內(nèi)使用，改變離子強度或 pHpH時，床體積變化不大。時，床體積變化不大。 如如DEAEDEAESepharoseSepharose CL CL6B6B為陰離子交換劑；為陰離子交換劑； CMCMSepharoseSepharose CL CL6B6B為陽離子交換劑為陽離子交換劑, ,它們的外形呈珠它們的外形呈珠 狀，網(wǎng)孔大，特別適用于相對分子質(zhì)量大的蛋白質(zhì)和狀，網(wǎng)孔大，特別適用于相對分子

26、質(zhì)量大的蛋白質(zhì)和 核酸等化合物的分離，即使加快流速，也不影響分辨核酸等化合物的分離，即使加快流速，也不影響分辨 率。率。 v按骨架結(jié)構(gòu)不同，離子交換樹脂可分為：按骨架結(jié)構(gòu)不同，離子交換樹脂可分為： v 凝膠型凝膠型和和大孔型大孔型。 苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑 二乙烯苯聚合而成，二乙烯苯聚合而成，透明透明， 沒有毛細孔，吸水后形成沒有毛細孔，吸水后形成 微細的孔隙，適合交換無微細的孔隙，適合交換無 離子等小分子。離子等小分子。 苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑 二乙烯苯的二乙烯苯的異構(gòu)體異構(gòu)體聚合，聚合， 經(jīng)過特殊的物理處理，行經(jīng)過特殊的物理處理，行 成大網(wǎng)孔，再

27、導(dǎo)入交換基成大網(wǎng)孔，再導(dǎo)入交換基 團制成，團制成，不透明，不透明，既有微既有微 孔又有大粗孔，吸附大分孔又有大粗孔，吸附大分 子，耐污染。子，耐污染。 疏水性離子交換劑（疏水性離子交換劑（樹脂）樹脂）的命名的命名 （D D） （D D）大孔型大孔型 無無凝膠型凝膠型 分類代號分類代號 0 0強酸強酸 1 1弱酸弱酸 3 3弱堿弱堿 4 4螯合螯合 5 5兩性兩性 6 6氧化還原活氧化還原活 性基團性基團 骨架名稱骨架名稱 0 0苯乙烯系苯乙烯系 1 1丙烯酸系丙烯酸系 2 2酚醛系酚醛系 3 3環(huán)氧系環(huán)氧系 4 4乙烯吡乙烯吡 啶系啶系 5 5脲醛系脲醛系 6 6氯乙烯系氯乙烯系 順序代號順序

28、代號 用以區(qū)別交換基團或交聯(lián)劑的差異。用以區(qū)別交換基團或交聯(lián)劑的差異。 交聯(lián)度（交聯(lián)度（% %） 例：例： 0010017 7 凝膠型苯乙烯系強酸陽離子交換樹脂交聯(lián)度為凝膠型苯乙烯系強酸陽離子交換樹脂交聯(lián)度為7%7% D001D001 大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 親水性離子交換劑的命名親水性離子交換劑的命名 v交換基團寫在前面，然后寫骨架，最后寫原骨架的編號。交換基團寫在前面，然后寫骨架，最后寫原骨架的編號。 在編號前加在編號前加C C、A A以區(qū)分陽離子和陰離子。以區(qū)分陽離子和陰離子。 v 如：如：DEAE-SephadexDEAE-Sephadex A

29、-25 A-25 v CM-Sephadex CM-Sephadex C-25 C-25 二、性質(zhì)二、性質(zhì) 1 1、顏色與形狀、顏色與形狀 樹脂類離子交換劑：褐色、黃色、乳白色等樹脂類離子交換劑：褐色、黃色、乳白色等 親水性離子交換劑：白色親水性離子交換劑：白色 珠狀珠狀 2 2、交聯(lián)度、交聯(lián)度 交聯(lián)度：交聯(lián)度：交聯(lián)劑在離子交換劑中的比例，用重量百交聯(lián)劑在離子交換劑中的比例，用重量百 分率表示。分率表示。 3 3、膨脹度（吸水量）、膨脹度（吸水量） 膨脹度：膨脹度：每每g g干膠在水或其他規(guī)定的溶劑中，在一定時干膠在水或其他規(guī)定的溶劑中，在一定時 間與溫度條件下膨脹后所占有的體積毫升數(shù)。間與溫

30、度條件下膨脹后所占有的體積毫升數(shù)。 影響膨脹度的因素有：影響膨脹度的因素有： （1 1）、基質(zhì)）、基質(zhì) （2 2）、電荷基團）、電荷基團 （3 3）、離子強度和）、離子強度和pHpH值值 親水性離子交換劑大，親水性離子交換劑大， 疏水性離子交換劑小。疏水性離子交換劑小。 與交聯(lián)度的關(guān)系。與交聯(lián)度的關(guān)系。 強堿和強酸大于弱堿和強堿和強酸大于弱堿和 弱酸；電荷數(shù)和性質(zhì)相弱酸；電荷數(shù)和性質(zhì)相 同，相差不大。同，相差不大。 交聯(lián)度大的離子交換劑對離子交聯(lián)度大的離子交換劑對離子 強度和強度和pHpH值不敏感。交聯(lián)度小值不敏感。交聯(lián)度小 或者弱的離子交換劑相反。或者弱的離子交換劑相反。 4. 4. 交換容

31、量交換容量 交換容量交換容量是指離子交換劑能提供交換離子的量，是指離子交換劑能提供交換離子的量， 它反映離子交換劑與溶液中離子進行交換的能力。通它反映離子交換劑與溶液中離子進行交換的能力。通 常以每毫克或每毫升交換劑含有可解離基團的毫克當常以每毫克或每毫升交換劑含有可解離基團的毫克當 量數(shù)（量數(shù)（meqmeq/mg/mg或或meqmeq/ml/ml）表示。）表示。 總交換容量：總交換容量：理論交換容量，它只和離子交換劑理論交換容量，它只和離子交換劑 本身的性質(zhì)有關(guān)。本身的性質(zhì)有關(guān)。 有效交換容量：有效交換容量：實際交換容量，與實驗條件有很實際交換容量，與實驗條件有很 大的關(guān)系，后面提到的交換容

32、量如未經(jīng)說明都是指有大的關(guān)系，后面提到的交換容量如未經(jīng)說明都是指有 效交換容量。效交換容量。 影響交換容量的因素：影響交換容量的因素： 1 1、篩孔篩孔 要根據(jù)被分離的對象來選擇。樣品組分與離子交要根據(jù)被分離的對象來選擇。樣品組分與離子交 換劑作用的表面積越大，交換容量越高。一般離子交換劑作用的表面積越大，交換容量越高。一般離子交 換劑的孔隙應(yīng)盡量能夠讓樣品組分進入，這樣樣品組換劑的孔隙應(yīng)盡量能夠讓樣品組分進入，這樣樣品組 分與離子交換劑作用面積大。分離小分子樣品，可以分與離子交換劑作用面積大。分離小分子樣品，可以 選擇較小孔隙的交換劑，因為小分子可以自由的進入選擇較小孔隙的交換劑，因為小分子

33、可以自由的進入 孔隙，而小孔隙離子交換劑的表面積大于大孔隙的離孔隙，而小孔隙離子交換劑的表面積大于大孔隙的離 子交換劑。子交換劑。 2 2、離子強度、離子強度 一般來說，離子強度增大，交換容量下降。實一般來說，離子強度增大，交換容量下降。實 驗中增大離子強度進行洗脫，就是要降低交換容量以驗中增大離子強度進行洗脫，就是要降低交換容量以 將結(jié)合在離子交換劑上的樣品組分洗脫下來。將結(jié)合在離子交換劑上的樣品組分洗脫下來。 3 3、pHpH值值 首先首先pHpH值影響樣品中組分和離子交換劑的帶電值影響樣品中組分和離子交換劑的帶電 性質(zhì)。性質(zhì)。 其次影響離子交換劑的解離程度。其次影響離子交換劑的解離程度。

34、 pHpH對弱酸和弱堿型離子交換劑影響對弱酸和弱堿型離子交換劑影響 較大，弱酸型離子交換劑在較大，弱酸型離子交換劑在pHpH較高較高 時，電荷基團充分解離，交換容量時，電荷基團充分解離，交換容量 大，而在較低的大，而在較低的pHpH時，電荷基團不時，電荷基團不 易解離，交換容量小。易解離，交換容量小。 交換容量的測定法交換容量的測定法 （1 1）強酸型陽離子交換介質(zhì)交換容量的測定法）強酸型陽離子交換介質(zhì)交換容量的測定法 取一定量的離子交換介質(zhì)，去離子水溶脹，漂洗干取一定量的離子交換介質(zhì)，去離子水溶脹，漂洗干 凈用凈用1mol1molL L的的NaOHNaOH處理，去離子水洗至中性，處理，去離子

35、水洗至中性，1mol1molL L 的的HClHCl處理，去離子水洗至中性。然后用處理，去離子水洗至中性。然后用1mol1molL L的的NaClNaCl 洗脫，收集洗脫液，再通過已標定的洗脫，收集洗脫液，再通過已標定的NaOHNaOH滴定洗脫液中滴定洗脫液中 的氫離子濃度，計算出吸附氫離子的毫摩爾數(shù)量，除以的氫離子濃度，計算出吸附氫離子的毫摩爾數(shù)量，除以 離子交換介質(zhì)的質(zhì)量，即可得到交換容量。離子交換介質(zhì)的質(zhì)量，即可得到交換容量。 v（2 2）強堿型陰離子交換介質(zhì)交換容量的測定方法）強堿型陰離子交換介質(zhì)交換容量的測定方法 取一定量的離子交換介質(zhì)，去離子水溶脹，漂洗干凈，取一定量的離子交換介質(zhì)

36、，去離子水溶脹，漂洗干凈， 用用1mol1molL L的的HClHCl處理，去離子水洗至中性，處理，去離子水洗至中性，1mol1molL L的的NaOHNaOH 處理，去離子水洗至中性。然后用處理，去離子水洗至中性。然后用1mol1molL L的的NaClNaCl洗脫，收洗脫，收 集洗脫液，再通過已標定的集洗脫液，再通過已標定的HClHCl滴定洗脫液中的氫氧根離子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(shù)量，除以離子交換濃度，計算出吸附氫氧根離子的毫摩爾數(shù)量，除以離子交換 介質(zhì)的質(zhì)量即可得到交換容量。介質(zhì)的質(zhì)量即可得到交換容量。 v（3 3）凝膠或纖維類弱堿性或弱酸性離子交

37、換介質(zhì)）凝膠或纖維類弱堿性或弱酸性離子交換介質(zhì) 換容量的測定方法換容量的測定方法 v 取一定量的離子交換介質(zhì)，漂洗干凈，用取一定量的離子交換介質(zhì)，漂洗干凈，用1mol1molL L的的 NaClNaCl處理，去離子水洗至中性，緩沖液平衡，用已知蛋處理，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(nèi)的介質(zhì)吸附的量達到白的濃度樣品過柱吸附，直至柱內(nèi)的介質(zhì)吸附的量達到 飽和。用一定濃度的飽和。用一定濃度的NaClNaCl或其他的洗脫劑洗脫，收集洗或其他的洗脫劑洗脫，收集洗 脫液，測定洗脫液中的蛋白質(zhì)的濃度，按計算公式計算脫液，測定洗脫液中的蛋白質(zhì)的濃度，按計算公式計算 交換容

38、量。交換容量。 5 5其它其它 v穩(wěn)定性穩(wěn)定性，離子交換劑穩(wěn)定性都較好，特別是樹脂類，離子交換劑穩(wěn)定性都較好，特別是樹脂類 離子交換劑，在濃度較高的酸或堿溶液中進行短期離子交換劑，在濃度較高的酸或堿溶液中進行短期 處理后，其性質(zhì)仍無改變。而親水性離子交換劑的處理后，其性質(zhì)仍無改變。而親水性離子交換劑的 理化穩(wěn)定性一般與其基質(zhì)的穩(wěn)定性相近。與樹脂類理化穩(wěn)定性一般與其基質(zhì)的穩(wěn)定性相近。與樹脂類 相比，穩(wěn)定性差，易被污染。相比，穩(wěn)定性差，易被污染。 v比重比重，離子交換劑經(jīng)過溶脹處理后的比重是恒定的。，離子交換劑經(jīng)過溶脹處理后的比重是恒定的。 不同的溶液中溶脹處理后的比重是有差異。不同的溶液中溶脹處

39、理后的比重是有差異。 v流速流速，一般是由離子交換劑的性質(zhì)、操作壓、層析，一般是由離子交換劑的性質(zhì)、操作壓、層析 柱體積和分離樣品的要求等因子控制的。在操作壓柱體積和分離樣品的要求等因子控制的。在操作壓 和其它層析條件相同的情況下，離子交換劑的顆粒和其它層析條件相同的情況下，離子交換劑的顆粒 大，洗脫液的黏度小，流速就快，反之流速則慢。大，洗脫液的黏度小，流速就快，反之流速則慢。 第三節(jié)第三節(jié) 離子交換劑與緩沖液的選擇離子交換劑與緩沖液的選擇 一、離子交換劑的選擇一、離子交換劑的選擇 應(yīng)用離子交換層析技術(shù)分離物質(zhì)時，選擇理想的離應(yīng)用離子交換層析技術(shù)分離物質(zhì)時，選擇理想的離 子交換劑是提高子交換

40、劑是提高獲得率和分辨率獲得率和分辨率的重要環(huán)節(jié)。任何一種的重要環(huán)節(jié)。任何一種 離子交換劑都不可能適用于所有的樣品物質(zhì)的分離，因離子交換劑都不可能適用于所有的樣品物質(zhì)的分離，因 此必須根據(jù)各類離子交換劑的性質(zhì)以及待分離物質(zhì)的理此必須根據(jù)各類離子交換劑的性質(zhì)以及待分離物質(zhì)的理 化性質(zhì)，選擇一種最理想的離子交換劑進行層析分離?；再|(zhì)，選擇一種最理想的離子交換劑進行層析分離。 選擇離子交換劑的一般原則如下：選擇離子交換劑的一般原則如下： (1) (1) 陰、陽離子交換劑選擇陰、陽離子交換劑選擇 如果被分離物質(zhì)帶正電荷，應(yīng)選擇陽離子交換劑；如果被分離物質(zhì)帶正電荷，應(yīng)選擇陽離子交換劑； 如帶負電荷，應(yīng)選擇

41、陰離子交換劑；如被分離物為兩性如帶負電荷，應(yīng)選擇陰離子交換劑；如被分離物為兩性 離子，則一般應(yīng)根據(jù)其在穩(wěn)定離子，則一般應(yīng)根據(jù)其在穩(wěn)定pHpH范圍內(nèi)所帶電荷的性質(zhì)范圍內(nèi)所帶電荷的性質(zhì) 來選擇交換劑的種類。來選擇交換劑的種類。 (2) (2) 強、弱離子交換劑選擇強、弱離子交換劑選擇 強型離子交換劑適用的強型離子交換劑適用的pHpH范圍很廣，常用來制備去范圍很廣，常用來制備去 離子水和分離一些在極端離子水和分離一些在極端pHpH溶液中解離且較穩(wěn)定的物質(zhì)。溶液中解離且較穩(wěn)定的物質(zhì)。 弱型離子交換劑適用弱型離子交換劑適用pHpH范圍狹窄，在范圍狹窄，在pHpH為中性的溶液中為中性的溶液中 交換容量高，

42、用它分離生命大分子物質(zhì)時，其活性不易交換容量高，用它分離生命大分子物質(zhì)時，其活性不易 喪失。喪失。 (3) (3) 不同離子型交換劑的選擇不同離子型交換劑的選擇 離子交換劑處于電中性時常帶有一定的反離子，使用時離子交換劑處于電中性時常帶有一定的反離子，使用時 選擇何種離子交換劑，取決于交換劑對各種反離子的結(jié)合力。選擇何種離子交換劑，取決于交換劑對各種反離子的結(jié)合力。 為了提高交換容量，一般應(yīng)選擇結(jié)合力較小的反離子。為了提高交換容量，一般應(yīng)選擇結(jié)合力較小的反離子。據(jù)此，據(jù)此， 強酸型和強堿型離子交換劑應(yīng)分別選擇強酸型和強堿型離子交換劑應(yīng)分別選擇H H型和型和OHOH型；弱酸型型；弱酸型 和弱堿型

43、交換劑應(yīng)分別選擇和弱堿型交換劑應(yīng)分別選擇NaNa型和型和ClCl型。型。 另外還要保證平衡離子不對樣品組分有明顯影響。另外還要保證平衡離子不對樣品組分有明顯影響。因為因為 在分離過程中，平衡離子被置換到流動相中，它不能對樣品在分離過程中，平衡離子被置換到流動相中，它不能對樣品 組分有污染或破壞。如在制備過程中用到的離子交換劑的平組分有污染或破壞。如在制備過程中用到的離子交換劑的平 衡離子是衡離子是H H或或OHOH離子，因為其它離子都會對純水有污染。但離子，因為其它離子都會對純水有污染。但 是在分離蛋白質(zhì)時，一般不能使用是在分離蛋白質(zhì)時，一般不能使用H H或或OHOH型離子交換劑，因型離子交換

44、劑，因 為分離過程中為分離過程中H H或或OHOH離子被置換出來都會改變層析柱內(nèi)離子被置換出來都會改變層析柱內(nèi)pHpH值，值， 影響分離效果，甚至引起蛋白質(zhì)的變性。影響分離效果，甚至引起蛋白質(zhì)的變性。 (4) (4) 不同基質(zhì)離子交換劑的選擇不同基質(zhì)離子交換劑的選擇 交換劑的基質(zhì)是疏水性還是親水性，對被分離物質(zhì)交換劑的基質(zhì)是疏水性還是親水性，對被分離物質(zhì) 的穩(wěn)定性和分離效果均有影響。一般認為，在分離生命的穩(wěn)定性和分離效果均有影響。一般認為，在分離生命 大分子物質(zhì)時，選用親水性基質(zhì)的交換劑較為合適，它大分子物質(zhì)時，選用親水性基質(zhì)的交換劑較為合適，它 們對被分離物質(zhì)的吸附和洗脫都比較溫和，活性不易

45、破們對被分離物質(zhì)的吸附和洗脫都比較溫和，活性不易破 壞。壞。 二、緩沖液的選擇二、緩沖液的選擇 離子交換劑不僅要與被分離的物質(zhì)交換離子交換劑不僅要與被分離的物質(zhì)交換, ,還要求與緩沖液進行交換。還要求與緩沖液進行交換。 選用的選用的起始緩沖液，起始緩沖液，其其pHpH值和離子強度等要么能使樣品中有效成分值和離子強度等要么能使樣品中有效成分 與離子交換劑結(jié)合，而不能使樣品中雜質(zhì)與離子交換劑結(jié)合，與離子交換劑結(jié)合，而不能使樣品中雜質(zhì)與離子交換劑結(jié)合，pHpH值一般值一般 比有效成分的比有效成分的pIpI值高一個單位或低一個單位，就能把有效成分和雜質(zhì)分值高一個單位或低一個單位，就能把有效成分和雜質(zhì)分

46、 開?；蛘哌x擇緩沖液的離子強度和開。或者選擇緩沖液的離子強度和pHpH值，使雜質(zhì)和離子交換劑結(jié)合牢固，值，使雜質(zhì)和離子交換劑結(jié)合牢固， 有效成分和離子交換劑結(jié)合不牢。有效成分和離子交換劑結(jié)合不牢。 洗脫液洗脫液的選擇主要是使和離子交換結(jié)合的成分解離下來。離子強度的選擇主要是使和離子交換結(jié)合的成分解離下來。離子強度 比比起始緩沖液高。起始緩沖液高。 緩沖液的選擇關(guān)鍵在于有效成分的等電點。對于一種提取分離的未緩沖液的選擇關(guān)鍵在于有效成分的等電點。對于一種提取分離的未 知有效成分而言，其等電點須通過試驗才能確定。知有效成分而言，其等電點須通過試驗才能確定。 選擇選擇緩沖液的方法緩沖液的方法( (見見

47、P89)P89) MoNoQMoNoQ: :陰離子交換層析陰離子交換層析, ,顆粒直徑顆粒直徑10um,10um,載量載量65mg BSA/ml65mg BSA/ml MoNoS MoNoS: :陽離子交換層析陽離子交換層析 三、加樣量的確定三、加樣量的確定 層析時加樣量的多少除與離子交換劑的層析時加樣量的多少除與離子交換劑的總交總交 換容量換容量大小關(guān)系密切外，還與樣品中有效成分的大小關(guān)系密切外，還與樣品中有效成分的 吸附性能以及有效成分與雜質(zhì)之間的比例等因子吸附性能以及有效成分與雜質(zhì)之間的比例等因子 有關(guān)。有關(guān)。 第四節(jié)第四節(jié) 操作操作 一、交換劑的預(yù)處理、再生和轉(zhuǎn)型一、交換劑的預(yù)處理、再

48、生和轉(zhuǎn)型 商品離子交換樹脂為干樹脂，因含有一些水不溶性雜商品離子交換樹脂為干樹脂，因含有一些水不溶性雜 質(zhì)，所以要處理，一般程序如下：干樹脂加過量的水質(zhì)，所以要處理，一般程序如下：干樹脂加過量的水除去除去 細顆粒細顆粒，再用水浸泡再用水浸泡2 2小時后減壓小時后減壓抽去氣泡抽去氣泡，傾去水，再，傾去水，再 用大量去離子水洗至用大量去離子水洗至澄清澄清，去水后加，去水后加4 4倍量的倍量的2mol/L HCl2mol/L HCl 溶液，攪拌溶液，攪拌4 4小時，除去酸液，用水洗至中性，再加小時，除去酸液，用水洗至中性，再加4 4倍量倍量 的的2mol/L NaOH2mol/L NaOH溶液，攪拌

49、溶液，攪拌4 4小時，除去堿液，用水洗至中小時，除去堿液，用水洗至中 性備用。性備用。處理時一般陽離子交換劑最后用堿處理，陰離子處理時一般陽離子交換劑最后用堿處理，陰離子 交換劑最后用酸處理。交換劑最后用酸處理。 如果是如果是親水型離子交換劑親水型離子交換劑，只能用，只能用0.5mol/L NaOH0.5mol/L NaOH和和 0.5mol/L NaCl0.5mol/L NaCl混合溶液或混合溶液或0.5mol/L HCl0.5mol/L HCl溶液處理溶液處理( (室溫下室溫下 處理處理3030分鐘分鐘) )。 離子交換劑的離子交換劑的再生再生是指對使用過的離子交換劑是指對使用過的離子交換

50、劑 進行處理，使其恢復(fù)原來性狀的過程。酸堿交替浸進行處理，使其恢復(fù)原來性狀的過程。酸堿交替浸 泡的處理方法就可以使離子交換劑再生。泡的處理方法就可以使離子交換劑再生。 離子交換劑的離子交換劑的轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)型是指離子交換劑由一種平衡是指離子交換劑由一種平衡 離子轉(zhuǎn)為另一種平衡離子的過程。如對陰離子交換離子轉(zhuǎn)為另一種平衡離子的過程。如對陰離子交換 劑用劑用HClHCl處理可將其轉(zhuǎn)為處理可將其轉(zhuǎn)為ClCl型，用型，用NaOHNaOH處理可轉(zhuǎn)為處理可轉(zhuǎn)為 OHOH型，用甲酸鈉處理可轉(zhuǎn)為甲酸型等等。對離子交型，用甲酸鈉處理可轉(zhuǎn)為甲酸型等等。對離子交 換劑的處理、再生和轉(zhuǎn)型的目的是一致的，都是為換劑的處理、再生

51、和轉(zhuǎn)型的目的是一致的，都是為 了使離子交換劑帶上所需的平衡離子。了使離子交換劑帶上所需的平衡離子。 v長期使用后的樹脂含雜質(zhì)很多，欲將其除掉，應(yīng)先用長期使用后的樹脂含雜質(zhì)很多，欲將其除掉，應(yīng)先用 沸水處理，然后用酸、堿處理之。長期使用的樹脂，沸水處理，然后用酸、堿處理之。長期使用的樹脂， 需先用沸水處理，然后用酸處理，若含有脂溶性雜質(zhì)，需先用沸水處理，然后用酸處理，若含有脂溶性雜質(zhì)， 可用乙醇或丙酮處理。長期使用過的親水型離子交換可用乙醇或丙酮處理。長期使用過的親水型離子交換 劑的處理，一般只用酸、堿浸泡即可。對瓊脂糖離子劑的處理，一般只用酸、堿浸泡即可。對瓊脂糖離子 交換劑的處理，在使用前用

52、蒸餾水漂洗，緩沖溶液平交換劑的處理，在使用前用蒸餾水漂洗，緩沖溶液平 衡后即可。衡后即可。 離子交換劑去除雜質(zhì)的原則離子交換劑去除雜質(zhì)的原則：不破壞離子交換劑的結(jié)：不破壞離子交換劑的結(jié) 構(gòu)和穩(wěn)定性，不影響其原有的交換容量。構(gòu)和穩(wěn)定性，不影響其原有的交換容量。 二、分離物質(zhì)的交換二、分離物質(zhì)的交換 有兩種方法：有兩種方法： 柱層析法柱層析法（動態(tài)法）（動態(tài)法） 分批法分批法（靜態(tài)法）（靜態(tài)法） 離子交換劑的裝柱量，要依據(jù)其全部交換量和待離子交換劑的裝柱量，要依據(jù)其全部交換量和待 吸附物質(zhì)的總量來計算，當溶液中含有各種雜質(zhì)時，吸附物質(zhì)的總量來計算，當溶液中含有各種雜質(zhì)時， 必須考慮使其交換量留有余

53、地。例子見書必須考慮使其交換量留有余地。例子見書P93 (1)(1)離子交換層析柱選擇離子交換層析柱選擇 簡單的層析柱可用堿式滴定管代替，底部熔接有濾板。簡單的層析柱可用堿式滴定管代替，底部熔接有濾板。柱的高度依分柱的高度依分 離物質(zhì)的不同而定離物質(zhì)的不同而定，當所用的交換劑與待分離物質(zhì)各組分之間的，當所用的交換劑與待分離物質(zhì)各組分之間的親和力相親和力相 差不多差不多而需要交換劑的體積較大時，可增加柱的長度，使待分離的組分被而需要交換劑的體積較大時，可增加柱的長度，使待分離的組分被 洗脫后再結(jié)合于交換劑上的概率增加，使性質(zhì)相近的組分能較好地分離，洗脫后再結(jié)合于交換劑上的概率增加，使性質(zhì)相近的組

54、分能較好地分離， 因而增加了分辨率。因而增加了分辨率。柱的直徑與高度的比以柱的直徑與高度的比以1 1：2020左右為宜。左右為宜。 如采用如采用離子強度較大的梯度離子強度較大的梯度洗脫時，以選用洗脫時，以選用粗而短的柱子粗而短的柱子為宜柱高與為宜柱高與 直徑的比例要降低，甚至為直徑的比例要降低，甚至為2 2：1 1。因為當柱上洗脫液的離子強度高到足以。因為當柱上洗脫液的離子強度高到足以 完全取代被吸附的離子時，這些被置換的離子則以同洗脫液等速率從柱上完全取代被吸附的離子時，這些被置換的離子則以同洗脫液等速率從柱上 向下移動，如果柱細長，即從脫附到流出之間的距離長，使脫附的離子擴向下移動，如果柱

55、細長，即從脫附到流出之間的距離長，使脫附的離子擴 散的機會增加，結(jié)果造成分離峰過寬，降低分辨率。散的機會增加，結(jié)果造成分離峰過寬，降低分辨率。 用交聯(lián)葡聚糖離子交換劑和纖維素離子交換劑時，常用的柱高為用交聯(lián)葡聚糖離子交換劑和纖維素離子交換劑時，常用的柱高為1515 20cm20cm。 三、樣品上柱、洗脫和收集三、樣品上柱、洗脫和收集 (2)(2)裝柱裝柱 轉(zhuǎn)型再生好的交換劑先放入燒杯，加少量水，邊攪拌邊倒人垂轉(zhuǎn)型再生好的交換劑先放入燒杯，加少量水，邊攪拌邊倒人垂 直固定的層析柱中，使交換劑緩慢沉降。交換劑在柱內(nèi)必須直固定的層析柱中，使交換劑緩慢沉降。交換劑在柱內(nèi)必須分布均分布均 勻勻，不應(yīng)有明

56、顯的分界線，不應(yīng)有明顯的分界線，嚴防氣泡嚴防氣泡產(chǎn)生，否則將嚴重影響交換性產(chǎn)生，否則將嚴重影響交換性 能。為防止氣泡和分界線能。為防止氣泡和分界線( (即所謂即所謂“節(jié)節(jié)”) )的出現(xiàn)，在裝柱時，可在的出現(xiàn)，在裝柱時，可在 柱內(nèi)先加入一定高度的水，一般為柱長的柱內(nèi)先加入一定高度的水，一般為柱長的1 13 3，再加入交換劑就可，再加入交換劑就可 借水的浮力而緩慢沉降。同時控制排液口放速率，以保持交換劑面借水的浮力而緩慢沉降。同時控制排液口放速率，以保持交換劑面 上水的高度不變，交換劑就會連續(xù)地緩慢沉降，上水的高度不變，交換劑就會連續(xù)地緩慢沉降，“節(jié)節(jié)”和氣泡就不和氣泡就不 會產(chǎn)生。會產(chǎn)生。 離子

57、交換劑的離子交換劑的裝柱量裝柱量要依據(jù)其全部交換量和待吸附物質(zhì)的總量要依據(jù)其全部交換量和待吸附物質(zhì)的總量 來計算。當溶液含有各種雜質(zhì)時，必須考慮使交換量留有充分余地，來計算。當溶液含有各種雜質(zhì)時，必須考慮使交換量留有充分余地， 實際交換量實際交換量只能按理論交換量的只能按理論交換量的25255050計算。在樣品純度很低計算。在樣品純度很低 時，或有效成分與雜質(zhì)的性質(zhì)相近時，實際交換量應(yīng)控制得更低些。時，或有效成分與雜質(zhì)的性質(zhì)相近時，實際交換量應(yīng)控制得更低些。 裝柱完畢，通過恒流泵加入起始緩沖溶液，流裝柱完畢，通過恒流泵加入起始緩沖溶液，流 洗交換劑，直至流出液的洗交換劑，直至流出液的pHpH與

58、起始緩沖溶液相同。與起始緩沖溶液相同。 關(guān)閉層析柱出液口，準備加樣。關(guān)閉層析柱出液口，準備加樣。 打開柱出液口，待緩沖溶液下移至柱床表面時，打開柱出液口，待緩沖溶液下移至柱床表面時， 關(guān)閉出液口。用滴管加入已用起始緩沖溶液平衡后關(guān)閉出液口。用滴管加入已用起始緩沖溶液平衡后 的樣品。沿柱內(nèi)壁滴加樣品，待樣品液加到一定高的樣品。沿柱內(nèi)壁滴加樣品，待樣品液加到一定高 度后，再移向中央滴加，務(wù)必使樣品液均勻分布于度后，再移向中央滴加，務(wù)必使樣品液均勻分布于 柱床全表面。然后打開出液口，待樣品液全部流人柱床全表面。然后打開出液口，待樣品液全部流人 柱床時，先用少量起始緩沖溶液沖洗柱內(nèi)壁，再接柱床時，先用

59、少量起始緩沖溶液沖洗柱內(nèi)壁，再接 上洗脫裝置，按一定速率加入洗脫液，開始層析分上洗脫裝置，按一定速率加入洗脫液，開始層析分 離。離。 v 經(jīng)過離子交換被吸附在離子交換劑上的待分離物經(jīng)過離子交換被吸附在離子交換劑上的待分離物 質(zhì)，有二種洗脫辦法：質(zhì)，有二種洗脫辦法：一是增加離子強度一是增加離子強度，使洗脫液中使洗脫液中 的離子能爭奪交換劑的吸附部位，從而將分離的物質(zhì)置的離子能爭奪交換劑的吸附部位，從而將分離的物質(zhì)置 換下來；換下來；二是改變二是改變pHpH，使樣品離子的解離度降低，電荷使樣品離子的解離度降低，電荷 減少，因而對交換劑的親和力減弱而被洗脫下來。減少，因而對交換劑的親和力減弱而被洗脫

60、下來。 v 從洗脫液的成份而言，洗脫方式有三種：從洗脫液的成份而言，洗脫方式有三種：一是選用一是選用 單一洗脫液單一洗脫液。此為。此為恒液洗脫法恒液洗脫法，適用于組分不大復(fù)雜的，適用于組分不大復(fù)雜的 樣品；樣品；二二是選用幾種洗脫能力逐步增強的洗脫液相繼洗是選用幾種洗脫能力逐步增強的洗脫液相繼洗 脫，此為脫，此為階段洗脫法階段洗脫法，適用于各組分對交換劑親和力比，適用于各組分對交換劑親和力比 較懸殊的樣品；三是用較懸殊的樣品；三是用離子強度和離子強度和pHpH呈連續(xù)梯度呈連續(xù)梯度變動的變動的 洗脫液進行洗脫，使洗脫能力持續(xù)增強，此為梯度洗脫洗脫液進行洗脫，使洗脫能力持續(xù)增強，此為梯度洗脫 法，