離子交換法知識(shí).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。靜電力123樹(shù)脂的選擇比如：蛋白質(zhì)帶正電荷還是負(fù)電荷？4樹(shù)脂的選擇5第二節(jié)

離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)和種類(lèi)

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(jià)鍵連接的不能移動(dòng)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(dòng)的活性離子離子交換樹(shù)脂構(gòu)成6一、離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)7陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分類(lèi)強(qiáng)酸型樹(shù)脂（有好的解離能力）：磺酸型樹(shù)脂，功能基團(tuán)為磺酸根(—SO3H)甲基磺酸根(—CH2SO3H)中酸性樹(shù)脂磷酸型樹(shù)脂（—PO3H2

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

酚型樹(shù)脂（

）8陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂季銨基

弱堿型陰離子交換樹(shù)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(shù)脂

兼有以上兩類(lèi)活性基團(tuán)9離子交換樹(shù)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(shù)脂的命名：交聯(lián)度：是合成載體骨架時(shí)交聯(lián)劑重量的百分?jǐn)?shù)，用“×”將樹(shù)脂編號(hào)與交聯(lián)度分開(kāi)。如：強(qiáng)酸×7其交聯(lián)度為7%。編號(hào)：14三、離子交換樹(shù)脂的骨架（載體）

由苯乙烯與二乙烯苯經(jīng)過(guò)氧苯甲酰催化聚合而成。（一）苯乙烯型離子交換樹(shù)脂15由丙烯酸甲酯與二乙烯苯經(jīng)過(guò)氧苯甲酰催化聚合而成（二）丙烯酸型離子交換樹(shù)脂16（三）多乙烯多胺——環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂弱堿301樹(shù)脂，同時(shí)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(shù)脂171、蛇籠樹(shù)脂（五）其它離子交換樹(shù)脂

兩性離子交換樹(shù)脂以交聯(lián)的強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂為籠，以丙烯酸鹽負(fù)離子在樹(shù)脂內(nèi)聚合生成線型聚合物作為蛇而得名。樹(shù)脂中的羧基（-COO-）和季銨基（-N+(CH3)3）是等摩爾的，故樹(shù)脂是中性的。應(yīng)用：脫鹽。如，Na+被樹(shù)脂中的-COO-除去，而Cl–被季銨基除去。18（五）其它離子交換樹(shù)脂

2、選擇性交換樹(shù)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(shù)脂，略）19第三節(jié)

離子交換動(dòng)力學(xué)*

20離子交換速度的影響因素：1、樹(shù)脂粒度：樹(shù)脂粒度大，交換速度慢。2、攪拌速度3、樹(shù)脂交聯(lián)度：交聯(lián)度大，交換速度低。4、離子半徑和離子價(jià)：離子每增加一個(gè)電荷，交換速度下降一個(gè)數(shù)量級(jí)。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(shù)脂的性能一、離子交換對(duì)樹(shù)脂的基本要求：2222二、影響樹(shù)脂性能的幾個(gè)因素23第五節(jié)離子交換的選擇性影響離子交換選擇性的因素：24一、離子的化合價(jià)與水合半徑的影響：相對(duì)親和力和相對(duì)濃度。電荷效應(yīng)越強(qiáng)的離子與樹(shù)脂的親和力越大。25二、離子化合價(jià)與離子濃度的影響：在稀溶液中，樹(shù)脂吸附高價(jià)離子的傾向很大。

26三、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(shù)脂對(duì)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(shù)脂的選擇目的物是弱酸性或弱堿性的小分子物質(zhì)時(shí)，宜選用強(qiáng)酸強(qiáng)堿樹(shù)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(shù)脂，減少生物大分子的變性，利于洗脫，提高選擇性。28

二、樹(shù)脂的處理和再生1、

外觀特征2、

樹(shù)脂的預(yù)處理（1）

物理處理：去雜，過(guò)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。

29氨基酸分離前樹(shù)脂的處理30不同類(lèi)型樹(shù)脂的處理31樹(shù)脂的再生

樹(shù)脂再生：使用過(guò)的樹(shù)脂重新獲得使用性能的處理過(guò)程。

再生過(guò)程32三、基本操作方法33三、基本操作方法洗脫液34酸、堿洗脫液：改變吸附物的電荷或改變樹(shù)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(lái)；鹽類(lèi)洗脫液：通過(guò)高濃度的同種電荷的離子與目的物競(jìng)爭(zhēng)樹(shù)脂上的活性基團(tuán)，使吸附物游離。

35洗脫方式改變?nèi)芤簆H及離子強(qiáng)度：36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(yáng)離子交換樹(shù)脂）,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)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38氨基酸制備、分離豬血粉水解制備6種氨基酸:39無(wú)鹽水制備氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂羥型陰離子交換樹(shù)脂除去水里所有離子Me：金屬離子40混合床系將陽(yáng)、陰兩種樹(shù)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(shù)脂（一）大孔型離子交換樹(shù)脂（macroporous