離子交換法100的課件

第一節(jié)基本原理離子交換法：利用溶液中帶電粒子與離子交換劑之間結(jié)合力的差異進(jìn)行物質(zhì)分離的操作方法。1離子交換劑帶電粒子靜電力2吸附調(diào)節(jié)溶液的pH值，使目的物帶有相當(dāng)數(shù)量的靜電荷，而主要雜質(zhì)離子帶相反電荷或較弱的電荷。選擇合適的樹脂，便可使目的物被離子交換樹脂吸附，而雜質(zhì)較少被吸附。洗脫調(diào)節(jié)洗脫液的pH值。用高濃度的同性離子將目的物離子取代下來。3樹脂的選擇4比如：蛋白質(zhì)帶正電荷還是負(fù)電荷？樹脂的選擇pH＞pI：物質(zhì)帶負(fù)電荷，與陰離子交換劑進(jìn)行交換；pH＜pI，物質(zhì)帶正電荷，與陽離子交換劑進(jìn)行交換。

5第二節(jié)

離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)和種類

載體：惰性的不溶性高分子固定骨架。功能基團(tuán)：與載體共價鍵連接的不能移動的活性基團(tuán)平衡離子：與功能基團(tuán)以離子鍵連接的可移動的活性離子6離子交換樹脂構(gòu)成一、離子交換樹脂的分類7離子交換樹脂陽離子交換樹脂強(qiáng)酸型弱酸型陰離子交換樹脂強(qiáng)堿型弱堿型陽離子交換樹脂分類強(qiáng)酸型樹脂（有好的解離能力）：磺酸型樹脂，功能基團(tuán)為磺酸根(—SO3H)甲基磺酸根(—CH2SO3H)中酸性樹脂磷酸型樹脂（—PO3H2

）弱酸性樹脂（酸性環(huán)境中解離度受到抑制）羧酸型樹脂（—COOH）

酚型樹脂（

）8陰離子交換樹脂強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂季銨基

弱堿型陰離子交換樹脂（在堿性環(huán)境中解離度受到抑制）

伯、仲、叔胺基中強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂

兼有以上兩類活性基團(tuán)9離子交換樹脂的性能

1011“strongandweak”

refertotheextentthattheionizationstateofthefunctionalgroupsvarieswithpH.Thetermsstrongandweakdonotrefertothestrengthwithwhichthefunctionalgroupsbindtoproteins.StrongionexchangersshownovariationinionexchangecapacitywithchangeinpH.StrongionexchangersincludeQ(anionic),SandSP(cationic).TheseexchangersdonottakeuporloseprotonswithchangingpHandsohavenobufferingcapacity,remainingfullychargedoverabroadpHrange.TitrationcurvesshowtheionexchangecapacityofstrongionexchangersQandS.Approximately5mlofQorSSepharoseFastFlowareequilibratedin1MKClandtitratedwith0.1MNaOH.weakionexchanger:Advantage:theycanofferadifferentselectivitycomparedtostrongionexchangers.Adisadvantage:becauseweakionexchangerscantakeuporloseprotonswithchangingpH,theirionexchangecapacityvarieswithpH.suchasDEAE(anionic),ANX(anionic)andCM(cationic),二、離子交換樹脂的命名：強(qiáng)酸類1～100號弱酸類101～200強(qiáng)堿類201～300弱堿類301~400中強(qiáng)酸類401～50014交聯(lián)度：是合成載體骨架時交聯(lián)劑重量的百分?jǐn)?shù)，用“×”將樹脂編號與交聯(lián)度分開。如：強(qiáng)酸×7其交聯(lián)度為7%。編號：三、離子交換樹脂的骨架（載體）

由苯乙烯與二乙烯苯經(jīng)過氧苯甲酰催化聚合而成。15（一）苯乙烯型離子交換樹脂由丙烯酸甲酯與二乙烯苯經(jīng)過氧苯甲酰催化聚合而成16（二）丙烯酸型離子交換樹脂17（三）多乙烯多胺——環(huán)氧氯丙烷樹脂弱堿301樹脂，同時含有伯、仲、叔胺，還含有少量季銨基團(tuán)。（四）聚乙烯吡啶系離子交換樹脂1、蛇籠樹脂18（五）其它離子交換樹脂

兩性離子交換樹脂以交聯(lián)的強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂為籠，以丙烯酸鹽負(fù)離子在樹脂內(nèi)聚合生成線型聚合物作為蛇而得名。樹脂中的羧基（-COO-）和季銨基（-N+(CH3)3）是等摩爾的，故樹脂是中性的。應(yīng)用：脫鹽。如，Na+被樹脂中的-COO-除去，而Cl–被季銨基除去。螯形樹脂吸附樹脂電子交換樹脂

19（五）其它離子交換樹脂

2、選擇性交換樹脂應(yīng)用：含重金屬離子的廢水應(yīng)用：除去色素（氧化還原樹脂，略）第三節(jié)

離子交換動力學(xué)*

20離子交換速度的影響因素：1、樹脂粒度：樹脂粒度大，交換速度慢。2、攪拌速度3、樹脂交聯(lián)度：交聯(lián)度大，交換速度低。4、離子半徑和離子價：離子每增加一個電荷，交換速度下降一個數(shù)量級。5、溫度。6、離子濃度：交換速度隨離子濃度的上升而加快。21第四節(jié)

離子交換樹脂的性能

22一、離子交換對樹脂的基本要求：交換容量交換選擇性化學(xué)性質(zhì)化學(xué)動力學(xué)性能物理性能22二、影響樹脂性能的幾個因素1、離子交換樹脂具有的功能基團(tuán)性質(zhì)和數(shù)目——交換容量2、樹脂的交聯(lián)度——樹脂強(qiáng)度、交換選擇性、動力學(xué)性質(zhì)3、樹脂骨架和平衡離子23第五節(jié)

離子交換的選擇性

離子價與離子水合半徑離子價與離子濃度交換環(huán)境樹脂結(jié)構(gòu)偶極離子排斥24影響離子交換選擇性的因素：一、離子的化合價與水合半徑的影響：相對親和力和相對濃度。25電荷效應(yīng)介電常數(shù)離子半徑電荷效應(yīng)越強(qiáng)的離子與樹脂的親和力越大。二、離子化合價與離子濃度的影響：26在稀溶液中，樹脂吸附高價離子的傾向很大。

三、交換環(huán)境的影響1、溶液的pH：解離度、交換容量、選擇性。2、離子強(qiáng)度：交換容量、選擇性、交換速度3、有機(jī)溶劑：減弱樹脂對有機(jī)離子的吸附能力。27第六節(jié)

離子交換操作方法

一、

樹脂的選擇28目的物是弱酸性或弱堿性的小分子物質(zhì)時，宜選用強(qiáng)酸強(qiáng)堿樹脂（氨基酸的分離）。蛋白質(zhì)、酶和其它生物大分子的分離多采用弱堿或弱酸性樹脂，減少生物大分子的變性，利于洗脫，提高選擇性。

二、樹脂的處理和再生1、

外觀特征292、

樹脂的預(yù)處理（1）

物理處理：去雜，過篩。（2）化學(xué)處理：用8～10倍的1mol/L鹽酸或氫氧化鈉溶液交替浸泡。

氨基酸分離前樹脂的處理30不同類型樹脂的處理31樹脂的再生

樹脂再生：使用過的樹脂重新獲得使用性能的處理過程。

32

去雜大量水沖洗，除去物理吸附的雜質(zhì)。酸堿處理

用酸、堿處理除去與功能基團(tuán)結(jié)合的雜質(zhì)。轉(zhuǎn)型人為地賦予平衡離子再生過程三、基本操作方法33三、基本操作方法34洗脫靜態(tài)動態(tài)pH值和離子強(qiáng)度保持不變階段洗脫梯度洗脫交換靜態(tài)動態(tài)洗脫液酸、堿洗脫液：改變吸附物的電荷或改變樹脂活性基團(tuán)的解離狀態(tài)，以消除靜電結(jié)合力，迫使目的物被釋放出來；鹽類洗脫液：通過高濃度的同種電荷的離子與目的物競爭樹脂上的活性基團(tuán)，使吸附物游離。

35洗脫方式分階段（階段洗脫）連續(xù)改變（梯度/線性洗脫）36改變?nèi)芤簆H及離子強(qiáng)度：思考題1.混合溶液中，待分離目的蛋白質(zhì)T的pI為7.9，雜質(zhì)蛋白A的pI為5.4，雜質(zhì)蛋白質(zhì)B的pI為4.9，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有SPSepharose?FastFlow（一種強(qiáng)陽離子交換樹脂）,請設(shè)計一套實(shí)驗(yàn)方案，使用離子交換技術(shù)純化目的蛋白質(zhì)T。37第七節(jié)應(yīng)用實(shí)例分離純化——氨基酸制備無鹽水制備38氨基酸制備、分離豬血粉水解制備6種氨基酸:39無鹽水制備氫型陽離子交換樹脂羥型陰離子交換樹脂40除去水里所有離子Me：金屬離子混合床系將陽、陰兩種樹脂混合而成，脫鹽效果好。41第八節(jié)新型離子交換劑

一、大孔、均孔樹脂（一）大孔型離子交換樹脂（macroporous,MP）（二）均孔型離子交換樹脂(IR)二、多糖基離子交換劑（一）離子交換纖維素（二）葡聚糖凝膠離子交換劑（三）瓊脂糖凝膠離