离子交换法ppt课件

1、12生物分离过程的一般流程生物分离过程的一般流程原料液原料液细胞分离细胞分离( (离心，过滤离心，过滤) )细胞胞内产物细胞胞内产物路线一路线一路线二路线二细胞破碎细胞破碎碎片分离碎片分离路线一路线一A A路线一路线一B B清液胞外产物清液胞外产物粗分离粗分离( (沉淀沉淀/ /膜过滤膜过滤/ /萃取萃取) )纯化纯化( (离子交换离子交换/ /层析层析/ /吸附吸附脱盐脱盐( (凝胶过滤、超滤凝胶过滤、超滤) )浓缩浓缩( (超滤超滤) )精制精制( (结晶、干燥结晶、干燥) )包含体包含体溶解溶解( (加盐酸胍、脲加盐酸胍、脲) )复性复性3本章内容本章内容4 离子交换层析（Ion Exc

2、hange Chromatography IEC）是在以离子交换剂为固定相，液体为流动相的系统中进行的，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离。离子交换作用是指一个溶液中的某一种组分离子与一个固体中的另一种具有相同电荷的离子互相调换位置，即溶液中的离子跑到固体上去，把固体上的离子替换下来。 一、离子交换法概述一、离子交换法概述5 离子交换基团不但可结合到纤维上，还可结合到交联葡聚糖（Sephadex）和琼脂糖凝胶（Sepharose）上。此法广泛应用于很多生化物质(例如氨基酸、多肽、蛋白质、糖类、核苷和有机酸等)的分析、制备、纯化，以及溶液的中和、

3、脱色等方面。6它们的优点是:具有开放性支持骨架，大分子可以自由进入和迅速扩散，故吸附容量大。具有亲水性，对大分子的吸附不大牢固，用温和条件即可以洗脱，不致引起蛋白质变性或酶的失活。多孔性，表面积大、交换容量大，回收率高，可用于分离和制备。7离子交换树脂的出现已有近离子交换树脂的出现已有近8080年的历史年的历史. .离子交换树脂发展史上的离子交换树脂发展史上的3 3个重要阶段个重要阶段 v19331933年年AdamsAdams和和HofmsHofms发明了缩聚类酚醛型阳、阴离子交换树脂发明了缩聚类酚醛型阳、阴离子交换树脂, ,v二战及二战后期离子交换树脂大发展二战及二战后期离子交换树脂大发展

4、 19391939年德国法本公司和年德国法本公司和19411941年美国的树脂产品和化学品公司先后开始工业生产，年美国的树脂产品和化学品公司先后开始工业生产， 在第二次世界大战中，美国获得了苯乙烯系和丙烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。在第二次世界大战中，美国获得了苯乙烯系和丙烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。它开创了当今离子交换树脂制造方法的基础。它开创了当今离子交换树脂制造方法的基础。离子交换树脂的发展离子交换树脂的发展离子交换法概述离子交换法概述8v50年代以后，开展了膜状离子交换树脂的研究,开辟了电化学的新领域。v50年代末，60年代初期, 又研制出耐压、耐磨、高交换速度、能交换或

5、吸着高分子量化合物的大孔离子交换树脂。70年代以后，出现了各种大孔吸附树脂及特种树脂。 v我国在1950年以后开始离子交换树脂的研究， 1956年何炳林何炳林提出并合成了大孔型离子交换树脂 1958年，离子交换树脂在国内正式投入工业化生 离子交换树脂的发展离子交换树脂的发展离子交换法概述离子交换法概述9离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构离子交换法概述离子交换法概述其结构由三部分组成：其结构由三部分组成：v1.1.不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架（基质），使树脂具有化学稳定性不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架（基质），使树脂具有化学稳定性和机械强度；和机械强度；v2.2.是与骨架相联

6、的功能基团（电荷基团）；是与骨架相联的功能基团（电荷基团）；v3.3.是与功能基团带相反电荷的可移动的离子，称为活性离子（反离子），它在树是与功能基团带相反电荷的可移动的离子，称为活性离子（反离子），它在树脂骨架中的进进出出，就发生离子交换现象。脂骨架中的进进出出，就发生离子交换现象。10离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构-网络骨架网络骨架离子交换法概述离子交换法概述苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系11离子交换树脂结构骨架：接有功能基团，本身是惰性骨架：接有功能基团，本身是惰性功能基团：连接在骨架功能基团：连接在骨架 上，可与相反离子结合上，可与相反离子结合待交换分子：在吸附阶段可与活性离

7、子交换，与待交换分子：在吸附阶段可与活性离子交换，与骨架上的功能基团结合骨架上的功能基团结合活性离子：活性离子：与功能基团所带电荷相反的可移动的离与功能基团所带电荷相反的可移动的离子子离子交换法概述离子交换法概述12离子交换法概述离子交换法概述u活性离子为阳离子，称阳离子交换树脂，活性离子为阳离子，称阳离子交换树脂， 与阳离子发生交换与阳离子发生交换u活性离子为阴离子，称阴离子交换树脂，活性离子为阴离子，称阴离子交换树脂， 与阴离子发生交换与阴离子发生交换13v离子交换法是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离纯化的方法。二、离子交换层析原理离子交换法概述离子交换法概述

8、14v主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离。主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离。 v选择适当条件可使一些溶质分子变成离子态，通过静电作用结合到离子交换剂上，选择适当条件可使一些溶质分子变成离子态，通过静电作用结合到离子交换剂上，而另一些物质不能被交换，这两种物质就可被分离。而另一些物质不能被交换，这两种物质就可被分离。v带同种电荷的不同离子虽都可以结合到同一介质上，但由于带电量不同，与介质带同种电荷的不同离子虽都可以结合到同一介质上，但由于带电量不同，与介质的结合牢度不同，改变洗脱条件可依次被洗脱而达到分离的目的。的结合牢度不同，改变洗

9、脱条件可依次被洗脱而达到分离的目的。离子交换法概述离子交换法概述离子交换层析原理离子交换层析原理15离子交换层析原理离子交换层析原理开始开始吸附吸附解吸解吸解吸结束解吸结束再生再生离子交换法概述离子交换法概述样样品品解解吸吸剂剂再再生生剂剂-+-16 离子交换剂通常是一种不溶性高分子化合物，如树脂，纤维素，葡聚糖，琼脂糖等，它的分子中含有可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子或阴离子起交换作用。 17 虽然交换反应交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进行时，由于连续添加新的交换溶液，平衡不断按正方向进行，直至完全。因此可以把离子交换剂上的离子全部洗脱下来。同理，当一定量的溶液通过

10、交换柱时，由于溶液中的离子不断被交换而浓度逐渐减少，因此也可以全部被交换并吸附在树脂上。 如果有两种以上的成分被交换吸着在离子交换剂上，用洗脱液洗脱洗脱液洗脱时，被洗脱的能力则决定于各自离子交换反应的平衡常数。 18 对于生物大分子而言，作用原理是带电的生物大分子和离子交换色谱填料上的离子基团进行交换而被分离纯化。 生物大分子电荷性不同，与离子交换层析介质的离子基团间的作用力强弱也存在差异； 当使用高浓度盐溶液进行洗脱时，与离子交换层析介质结合力弱的待分离分子先被洗脱下来，而结合力强的分子后被洗脱下来，从而达到分离纯化的目的。 19 离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团和平衡离

11、子。电荷基团与高分子聚合物共价结合，形成一个带电的可进行离子交换的基团。平衡离子是结合于电荷基团上的相反离子，它能与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。 平衡离子带正电的离子交换剂能与带正电的离子基团发生交换作用，称为阳离子交换剂；平衡离子带负电的离子交换剂与带负电的离子基团发生交换作用，称为阴离子交换剂。 RY + A+ RA + Y+ 20 从上面的反应式中可以看出，如果A离子与离子交换剂的结合力强于Y离子，或者提高A离子的浓度，或者通过改变其它一些条件，可以使A离子将Y离子从离子交换剂上置换出来。也就是说，在一定条件下，溶液中的某种离子基团可以把平衡离子置换出来，并通过电荷基团结合到

12、固定相上，而平衡离子则进入流动相，这就是离子交换层析的基本置换反应。 通过在不同条件下的多次置换反应，就可以对溶液中不同的离子基团进行分离。21 各种离子与离子交换剂上的电荷基团的结合是由静电力产生的，是一个可逆的过程。结合的强度与很多因素有关，包括离子交换剂的性质、离子本身的性质、离子强度、pH、温度、溶剂组成等等。 离子交换层析就是利用各种离子本身与离子交换剂结合力的差异，并通过改变离子强度、pH等条件改变各种离子与离子交换剂的结合力而达到分离的目的。 22 蛋白质等生物大分子通常呈两性，它们与离子交换剂的结合与它们的性质及pH有较大关系。 以用阳离子交换剂分离蛋白质为例，在一定的pH条件

13、下，等电点pI pH的蛋白带正电，能与阳离子交换剂结合。但由于生物样品的复杂性以及其它因素影响，一般生物大分子与离子交换剂的结合情况较难估计，往往要通过实验进行摸索。 23三三. . 离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类24 一、离子交换层析的基质 离子交换剂的大分子聚合物基质可以由多种材料制成，聚苯乙烯离子交换剂（又称为聚苯乙烯树脂）是以苯乙烯和二乙烯苯合成的具有多孔网状结构的聚苯乙烯为基质。 聚苯乙烯离子交换剂机械强度大、流速快。但它与水的亲和力较小，具有较强的疏水性，容易引起蛋白的变性。故一般常用于分离小分子物质，如无机离子、氨基酸、核苷酸等。25 以纤维素（Cellulose）、球状纤

14、维素（Sephacel）、葡聚糖（Sephadex）、琼脂糖（Sepharose）为基质的离子交换剂都与水有较强的亲和力，适合于分离蛋白质等大分子物质。 葡聚糖离子交换剂一般以Sephadex G25和G50为基质，分别引入DEAE（二乙基氨基乙基，弱碱型）、QAE(季胺乙基，强碱型)、CM(羧甲基，弱酸型)、SP(磺丙基、强酸型)等功能基因，琼脂糖离子交换剂一般以Sepharose CL6B为基质。26二 、离子交换剂的电荷基团 根据与基质共价结合的电荷基团的性质，可以将离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂。 阳离子交换剂的电荷基团带负电，可以交换阳离子物质。根据电荷基团的解离度不同，又

15、可以分为强酸型、中等酸型和弱酸型三类。 它们的区别在于它们电荷基团完全解离的pH范围，强酸型离子交换剂在较大的pH范围内电荷基团完全解离，而弱酸型完全解离的pH范围则较小，如羧甲基在pH小于6时就失去了交换能力。27 一般结合磺酸基团（-SO3H），如磺酸甲基（简写为SM）、磺酸乙基（SE）等为强酸型离子交换剂，结合磷酸基团（-PO3H2）和亚磷酸基团（-PO2H）为中等酸型离子交换剂，结合酚羟基（-OH ）或羧基（-COOH），如羧甲基（CM）为弱酸型离子交换剂。一般来讲强酸型离子交换剂对H离子的结合力比Na+离子小，弱酸型离子交换剂对H离子的结合力比Na+离子大。28 阴离子交换剂的电荷基

16、团带正电，可以交换阴离子物质。根据电荷基团的解离度不同，可以分为强碱型、中等碱型和弱碱型三类。 一般结合季胺基团（-N(CH3)3），如季胺乙基（QAE）为强碱型离子交换剂，结合叔胺（-N(CH3)2）、仲胺（-NHCH3）、伯胺（-NH2）等为中等或弱碱型离子交换剂，如结合二乙基氨基乙基（DEAE）为弱碱型离子交换剂。一般来讲强碱型离子交换剂对OH-的结合力比Cl-小，弱碱型离子交换剂对OH-的结合力比Cl-大。 29亲水性树脂离子交换剂功能团阴离子交阴离子交换树脂换树脂阳离子交阳离子交换树脂换树脂3031 离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力，这种结合力的大小是由离子交换剂的选择性决

17、定的。强酸性(阳性)离子交换剂对H+的结合力比对Na+的小；强碱性(阴性)离子交换剂对OH-的结合力比对Cl-的小得多；弱酸性离子交换剂对H+的结合力远比对Na+的大；弱碱性离子交换剂对OH-的结合力比对Cl-的大。32 两性离子如蛋白质、酶类、多肽和核苷酸等物质与离子交换剂的结合力，主要取决于它们的物理化学性质和在特定pH条件下呈现的离子状态。 当pH低于等电点(pI)时，它们带正电荷能与阳离子交换剂结合；反之，pH高于pI时，它们带负电荷能与阴离子交换剂结合。pH与pI的差值越大，带电量越大，与交换剂的结合力越强。 33 离子交换层析之所以能成功地把各种无机离子、有机离子或生物大分子物质分

18、开，其主要依据是离子交换剂对各种离子或离子化合物有不同的结合力。 3435氨基酸的离子交换分离原理氨基酸的离子交换分离原理36氨基酸的分离过程氨基酸的分离过程37阳离子交换树脂对氨基酸的分离38氨基酸分离的洗脱曲线氨基酸分离的洗脱曲线00.250.750.50755010012515017520022525000.250.50275300325350375400425450475P H 3 . 4 1 ， 3 7 . 50CP H 4 . 2 5 ， 5 00CP H 4 . 2 5 ， 5 00CP H 4 . 2 5 ， 7 50CP H 6 . 7 2 50CP H 8 . 3 ， 2

19、50C00.250.50500525550575600625650675P H 8 . 3 ， 2 50CP H 9 . 2 ， 2 50CP H 1 1 . 0 ， 2 50C淋 洗 体 积 / m LAspThrSerGluProGlyAlaCys-CysValMetIleLeuTyrPheHisLysArg39三、离子交换剂应满足的基本条件： 有高度的不溶性。即在各种溶剂中不发生溶解； 有疏松的多孔结构或巨大的表面积，使交换离子能在交换剂中进行自由扩散和交换； 有较多的交换基团； 有稳定的物理化学性质。在使用过程中，不因物理或化学因子的变化而发生分解和变形等现象。 40四、离子交换剂的种

20、类四、离子交换剂的种类 根据离子交换剂中基质的组成和性质，可将其分成两大类：1. 1. 疏水性离子交换剂疏水性离子交换剂 疏水性离子交换剂中的基质是人工合成的、与水结合力较小的树脂。常用的树脂是由苯乙烯和二乙烯苯合成的聚合物，其中二乙烯苯是交联剂，能把聚乙烯苯直链化合物连接成类似海绵状的结构，在此结构中以共价键引入不同的电荷基团。以电荷基团的性质分有：阳离子交换树脂、阴离子交换树脂(分别包括强、中、弱三种电荷基团)和螯合离子交换树脂(对金属离子有较强的选择性)。 41 树脂型离子交换剂一般都呈网络结构的珠状体，其大小在20-50目之间。近年Bio-Rad公司还制造了50-100目、100-20

21、0目以及200-400目的产品，目数大的树脂对提高分辨率和交换容量是有利的。 疏水性的离子交换剂由于含有大量的活性基团，交换容量高、机械强度大、流动速度快。因此，主要用于分离无机离子、有机酸、核苷、核苷酸和氨基酸等小分子物质。 42 2. 2.亲水性离子交换剂亲水性离子交换剂 这类交换剂与水的亲和力较大，载体孔径大，适合于分离生物大分子，有多种类型： (1) (1) 纤维素离子交换型纤维素离子交换型 以纤维素为基质，常用的功能基因有磷酸基(P.中强酸型)、磺酸乙基(SE，强酸型)、羧甲基(CM、弱酸型)、三乙基氨基乙基(TEAE，强碱型)、二乙氨基乙基(DEAE，弱碱型)、氨基乙基(AE，中等

22、碱型)、三乙醇基氨基(ECTE，中等碱型)等，可制成纤维状、微粒、短纤维、球形四种类型。 43 Pharmacia (GE)公司生产的DEAE-Sephacel为球形颗粒，机械性能和理化稳定性好，对蛋白质、核酸、激素等均有良好的分辨率、回收率和交换容量，使用简单方便，在生物化学与分子生物学中使用普遍。此外，Watman公司的DE-、CM-、P- 、AE-、SE-及QA-纤维素，Bio-Rad公司的CellexD、CellexE、CellexP和CellexCM，及一些国产的DEAE-纤维素和CM-纤维素也可选择使用。 44 (2) (2) 葡聚糖系离子交换剂葡聚糖系离子交换剂 以Sephade

23、xG25和G50为基质，分别引入DEAE、QAE、CM、SP(磺丙基、强酸型)等功能基因，构成8种交换剂，交换容量较离子交换纤维素大，除离子交换作用外，还有分子筛作用。45 常用的Sephadex离子交换剂也有阴离子和阳离子交换剂两类。 阴离子交换剂有DEAE-Sephadex A-25，A-50和QAE-Sephadex A25，A50；阳离子交换剂有CM-Sephaetx C-50，C-50和Sephadex C-25，C-50。 阴离子交换剂用英文字头A，阳离子交换剂的英文字头是C。英文字后面的数字表示Sephadex型号。 46 (3) (3) 琼脂糖系列离子交换剂：琼脂糖系列离子交换

24、剂： 以琼脂糖为基质，是将DEAE-或CM-基团附着在Sepharose CL-6B 上形成，DEAE-Sephades（阴离子）和CM-Sepharose（阳离子），具有硬度大， 性质稳定，凝胶后的流速好，分离能力强等优点。 主要有Pharmacia (GE)公司的Sepharose和Bio-Rad公司的Bio-gel两个系列。 47五、离子交换剂的选择五、离子交换剂的选择 任何一种离子交换剂都不可能适用于分离所有的样品。因此，选择理想的离子交换剂是提高有效成分的得率和分辨率的一个重要环节。 481.1.阴、阳离子交换剂的选择阴、阳离子交换剂的选择 如果被分离物质带正电荷，应选择阳离子交换剂

25、；如果被分离物质带负电荷，则应选择阴离子交换剂；如果被分离物质为两性离子，要按照其稳定状态的净电荷来选择交换剂按照其稳定状态的净电荷来选择交换剂。假设一蛋白质的等电点为5，若该物质在pH5-8稳定时，应选择阴离子交换剂；若该物质在pH5以下稳定时，则可选择阳离子交换剂。 49 2. 2.强、弱离子交换剂的选择强、弱离子交换剂的选择 一般来说，强离子交换剂适用的pH范围很广。所以常用它来制备无离子水和分离一些在极端pH溶液中解离且较稳定的物质。 而弱性离子交换剂适用的pH范围较窄，在pH为中性的溶液中交换容量也高，用于分离生物大分子物质时，其活性不易丧失。所以，分离生物样品多采用弱离子交换剂。

26、50 3. 3.反离子的选择反离子的选择 离子交换剂处于电中性时往往带有一定的反离子。为了提高交换容量，一般应选择结合力较小的反离子。 所以，强阳性和强阴性离子交换剂应分别选择H型和OH型；弱酸性和弱碱性离子交换剂应分别选择Na型和Cl型。 514.4.基质的选择基质的选择 树脂基质是疏水性化合物，而纤维素、葡聚糖和琼脂糖基质则是亲水性化合物。在分离生物大分子时，亲水性基质交换容量高，且对生物大分子物质的吸附和洗脱都比较温和，被分离物质活性不易受到破坏。 52 要恰当地选择离子交换剂，必须对被分离物的性质和所处溶液组分及酸碱度等因素进行全面分析。综合考虑上述4个方面，选择的离子交换剂才能成功地

27、分离样品。 53 性能阳离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性弱酸性强碱性 弱碱性活性基团磺酸羧酸季氨 胺pH对交换能力的影响 无在酸性中交换能力很小 无在碱性溶液中交换能力很小盐的稳定性 稳定洗涤要水解 稳定洗涤时要水解再生需过量的强酸很容易需要过量的强碱再生容易，可用碳酸钠或氨交换速度快慢(除非离子化后)快慢(除非离子化后)二二. . 离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类5 5 四类树脂的特性比较四类树脂的特性比较54四、四、 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名55分类代号和骨架代号代号分类名称骨架名称0强酸性苯乙烯系1弱酸性丙烯酸系2强碱性酚醛系3弱碱性环氧系4螯合性乙烯哌啶系5两性脲醛系6

28、氧化还原氯乙烯系56v强酸性 （001-099）v弱酸性（100-199）v强碱性 （200-299)v弱碱性 （300-399）vX 后面交联度（对凝胶型离子交换树脂）v对大孔型离子交换树脂，在型号的前面加“”表示。离子交换树脂命名57 离子交换树脂命名 交联度数值交联度数值顺序号顺序号骨架代号骨架代号分类代号分类代号分类代号分类代号顺序号顺序号骨架代号骨架代号大孔型代号大孔型代号0017交联度为交联度为7%的苯乙烯的苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂系凝胶型强酸性阳离子交换树脂315大孔型丙烯酸弱碱大孔型丙烯酸弱碱性阴离子交换树脂性阴离子交换树脂大孔型大孔型凝胶型凝胶型58五、 离子交换树

29、脂的理化性能与测定方法59离子交换树脂的理化性能对树脂的一般要求：v（1）机械强度：膨胀度大，交联度小的树脂强度差v（2）化学稳定性：主要指耐化学试剂、耐氧化、耐辐射的性能。主要指耐化学试剂、耐氧化、耐辐射的性能。v（3）大小及形状：制成球形，其直径为0.2-1.2mm。球形的优点是增大比表面积、提高机械强度和减少流体阻力。v（4）色泽：普通凝胶型树脂是透明的球珠，大孔树脂呈不透明的雾状球珠。随合成原料、工艺条件不同，树脂的颜色也有所不同，一般有黄、白、黄褐、红棕等几种颜色。 60树脂理化性能树脂理化性能v（1）含水量v（2）膨胀度：v（3）膨胀率：v（4）湿真密度：v（5）交换容量；v（6）

30、滴定曲线：61离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能62三 交联度v树脂的性质随着作为交联剂的含量不同而有所差异。v合成树脂时，单体中交联剂 的含量百分数称为交联度，v在商品树脂中，通常是8%12%。但合成时，通过改变它和苯乙烯的混合比，可制出不同含量的产品。v一般说来，交联度越大，树脂越坚固，在水中不易溶胀，含水量低。而交联度减少，树脂变得柔软，容易溶胀。离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能63离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能四四. 湿真密度湿真密度 湿真密度：湿真密度： 抽干树脂重抽干树脂重 / 树脂净体积树脂净体积 ( g / ml ) 生产上用途：湿真密度生产

31、上用途：湿真密度 树脂在溶液中是否容易下沉树脂在溶液中是否容易下沉 64四 交换容量v交换容量是表征树脂活性基团数量交换能力的重要参数，v总交换容量：每克干树脂上活性功能团的总数（3-6mM/g干）v工作交换容量也叫实用交换容量，即在某一指定的应用条件下树脂表观出来的交换容量，流出液中被交换离子含量达到漏出点的交换容量 离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能65交换容量交换容量/工作交换容量工作交换容量/再生交换容量的关系再生交换容量的关系v再生交换容量：由于树脂失效后要经再生方能重新使用，在指定的再生剂用量条件下的交换容量称再生交换容量，三者之间的关系：v工作交换容量 总交换容量v再生

32、交换容量 0.51.0(上次工作交换容量)v工作交换容量0.30.9(再生交换容量 )再生交换容量工作交换容量离子交换树脂的利用率离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能66五 滴定曲线v与无机酸碱一样，离子交换树脂是不溶性的多元酸或多元碱，同样具有滴定曲线。v滴定曲线能定性地反映树脂活性基团的特征，从滴定曲线图谱便可鉴别树脂酸碱度的强弱。离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能67各种离子交各种离子交换树脂滴定换树脂滴定曲线曲线离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能68滴定曲线滴定曲线v 对于强酸性或强碱性树脂，滴定曲线有一段是水平的，到某一点即突然升高或降低，这表示树脂上的功

33、能团已经饱和；v而对于弱碱或弱酸性树脂，则无水平部分，曲线逐步变化。v由滴定曲线的转折点，可估计其总交换量；v曲线还表示交换容量随pH的变化，不同类型离子交换树脂的有效PH范围。v所以滴定曲线较全面地表征树脂功能团的性质。所以滴定曲线较全面地表征树脂功能团的性质。 离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能69思 考 题v1. 离子交换的原理？v2.常用于生物物质分离的离子交换树脂有哪几类？v3.离子交换树脂的主要性能指标？ 70六、 离子交换树脂的操作过程71交换、洗脱、再生等步骤均在柱内进行，亦称为离子交换层交换、洗脱、再生等步骤均在柱内进行，亦称为离子交换层析法析法, , 72731

34、1 树脂的选择树脂的选择1 1）树脂的类型）树脂的类型 强碱物质强碱物质 选弱酸树脂选弱酸树脂 洗脱容易洗脱容易 弱碱物质弱碱物质 选强酸树脂，不能用弱酸树脂选强酸树脂，不能用弱酸树脂 弱酸树脂所成的盐易水解，吸附困难。弱酸树脂所成的盐易水解，吸附困难。 中等碱性物质中等碱性物质强强/弱酸树脂都可以，根据交换容量选择。弱酸树脂都可以，根据交换容量选择。碱性生化物质，碱性生化物质，“” 选酸性阳树脂，选酸性阳树脂， 骨架骨架“”酸性生化物质相反。酸性生化物质相反。7475( 溶液中待交换离子与树脂上的活性离子发生交换反应的过程溶液中待交换离子与树脂上的活性离子发生交换反应的过程( 使尽可能多的待

35、交换离子吸附到树脂上，同时保证其选择性使尽可能多的待交换离子吸附到树脂上，同时保证其选择性76洗脱条件选择原则洗脱条件选择原则v （1） 与吸附条件相反与吸附条件相反v （2） 缓冲液缓冲液v （3） 缓和酸碱缓和酸碱v （4） 有机溶剂有机溶剂77 洗脱一般采取梯度淋洗：先采用洗脱能力弱的溶液，使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱洗脱一般采取梯度淋洗：先采用洗脱能力弱的溶液，使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。能力更强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。04080120160200 240 280320NaNO30.5mol/L2mol/L NaNO3Cl-Br-I-

36、体 积 /mL图 5-3 Cl-， Br-和 I-的 分 步 淋 洗浓度78氨基酸分离的洗脱曲线氨基酸分离的洗脱曲线00.250.750.50755010012515017520022525000.250.50275300325350375400425450475P H 3 . 4 1 ， 3 7 . 50CP H 4 . 2 5 ， 5 00CP H 4 . 2 5 ， 5 00CP H 4 . 2 5 ， 7 50CP H 6 . 7 2 50CP H 8 . 3 ， 2 50C00.250.50500525550575600625650675P H 8 . 3 ， 2 50CP H 9

37、. 2 ， 2 50CP H 1 1 . 0 ， 2 50C淋 洗 体 积 / m LAspThrSerGluProGlyAlaCys-CysValMetIleLeuTyrPheHisLysArg79树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。v强酸强酸/ /强碱树脂再生比较困难，再生剂量比理论值高相当多；强碱树脂再生比较困难，再生剂量比理论值高相当多；v弱酸弱酸/ /弱碱性树脂则较易再生，再生剂量只需稍多于理论值。弱碱性树脂则较易再生，再生剂量只需稍多于理论值。v交联度低的树脂较易再生，而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。交联度低的树脂较易

38、再生，而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。v在实际运用中，为降低再生费用，使树脂的性能恢复在实际运用中，为降低再生费用，使树脂的性能恢复707080%80%。离子交换树脂离子交换树脂(IONRESIN)(IONRESIN)使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，使之恢复原来的组成和性能。处理，使之恢复原来的组成和性能。80七、离子交换法提取蛋白质81离子交换提取蛋白质v传统离子交换剂不适用于提取蛋白质传统离子交换剂不适用于提取蛋白质v（1） 交联度大交联度大 （大分子不能进入）（大分子不能进入）v（2） 电荷密度

39、高电荷密度高(结合太强）结合太强）v（3） 骨架憎水性强（蛋白质易变性骨架憎水性强（蛋白质易变性)82亲水性树脂离子交换剂功能团阴离子交阴离子交换树脂换树脂阳离子交阳离子交换树脂换树脂83蛋白质的离子交换交换容量亲水性离子交换容量不能达到无机离子交换容量v（1）蛋白质不能进入活性中心v（2） 一个蛋白质与多个功能基发生作用84吸附机理v （1）静电吸力v （2）憎水v （3）氢键v （4）被吸附蛋白表面进一步吸附离子交换提取蛋白质85离子交换提取蛋白质8687+-anion exchange beadEquilibration88Sample applicationand wash-+-89E