第八章离子交换法

1、1 离子交换法：利用溶液中离子交换法：利用溶液中带电粒子带电粒子与离子交换剂与离子交换剂之间之间结合力结合力的差异进行物质分离的操作方法。的差异进行物质分离的操作方法。2静电力345比如：蛋白质带正电荷还是负电荷？比如：蛋白质带正电荷还是负电荷？6 载体：载体：惰性的不溶性高分子固惰性的不溶性高分子固定骨架。定骨架。 功能基团：功能基团：与载体共价键连接与载体共价键连接的不能移动的活性基团的不能移动的活性基团 平衡离子：平衡离子：与功能基团以离子与功能基团以离子键连接的可移动的活性离子键连接的可移动的活性离子7离子交换树脂构成离子交换树脂构成8强酸型树脂强酸型树脂（有好的解离能力）（有好的解离

2、能力）： 磺酸型树脂，功能基团为磺酸根磺酸型树脂，功能基团为磺酸根(SO(SO3 3H)H) 甲基磺酸根甲基磺酸根(CH(CH2 2SOSO3 3H)H)中酸性树脂中酸性树脂 磷酸型树脂（磷酸型树脂（POPO3 3H H2 2 ）弱酸性树脂弱酸性树脂（酸性环境中解离度受到抑制）（酸性环境中解离度受到抑制） 羧酸型树脂（羧酸型树脂（COOHCOOH） 酚型树脂（酚型树脂（ ）9强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂 季铵基季铵基 弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂（在碱性环境中解离度（在碱性环境中解离度受到抑制）受到抑制） 伯、仲、叔胺基伯、仲、叔胺基中强碱性阴离子交换树脂中强碱性阴离子

3、交换树脂 兼有以上两类活性基团兼有以上两类活性基团101112“strong and weak” refer to the extent that the ionization state of the functional groups varies with pH. The terms strong and weak do not refer to the strength with which the functional groups bind to proteins. Strong ion exchangers show no variation in ion exchange ca

4、pacity with change in pH . Strong ion exchangers include Q (anionic), S and SP (cationic).These exchangers do not take up or lose protons with changing pH and so have no buffering capacity, remaining fully charged over a broad pH range. Titration curves show the ion exchange capacity of strong ion e

5、xchangers Q and S. Approximately 5 ml of Q or S Sepharose Fast Flow are equilibrated in 1 M KCl and titrated with 0. 1 M NaOH.weak ion exchanger:Advantage: they can offer a different selectivity compared to strong ion exchangers. A disadvantage: because weak ion exchangers can take up or lose proton

6、s with changing pH, their ion exchange capacity varies with pH.such as DEAE (anionic), ANX (anionic) and CM (cationic), 15 交联度交联度：是合成载：是合成载体骨架时交联剂重体骨架时交联剂重量 的 百 分 数 ， 用量 的 百 分 数 ， 用“”将树脂编号与将树脂编号与交联度分开。交联度分开。如：强酸如：强酸7 7其交联度其交联度为为7%7%。编号：编号： 由由苯乙烯苯乙烯与与二乙烯苯二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。经过氧苯甲酰催化聚合而成。16（一）苯乙烯型离子交换树脂（

7、一）苯乙烯型离子交换树脂由由丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯与与二乙烯苯二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成经过氧苯甲酰催化聚合而成17（二）丙烯酸型离子交换树脂（二）丙烯酸型离子交换树脂18（三）多乙烯多胺（三）多乙烯多胺环氧氯丙烷树脂环氧氯丙烷树脂弱碱弱碱301301树脂，同时含有伯、仲、叔胺，还含有少量季铵基团。树脂，同时含有伯、仲、叔胺，还含有少量季铵基团。（四）聚乙烯吡啶系离子交换树脂（四）聚乙烯吡啶系离子交换树脂 1 1、蛇笼树脂、蛇笼树脂19（五）其它离子交换树脂（五）其它离子交换树脂 两性两性离子交换树脂以交联的强碱性阴离子交换树脂为笼，以丙烯酸盐负离子在树脂内聚合生成线型聚合物作为蛇而得名。

8、树脂中的羧基（树脂中的羧基（-COO-）和季铵基（）和季铵基（-N+(CH3)3）是等摩尔的，故树脂是）是等摩尔的，故树脂是中性中性的。的。应用：脱盐。如，Na+被树脂中的-COO-除去，而Cl 被季铵基除去。20（五）其它离子交换树脂（五）其它离子交换树脂 2 2、选择性交换树脂、选择性交换树脂应用：含重金属离子的废水应用：含重金属离子的废水应用：除去色素应用：除去色素（氧化还原树脂，略）（氧化还原树脂，略）21 1、树脂粒度树脂粒度：树脂粒度大，交换速度慢。：树脂粒度大，交换速度慢。 2、搅拌速度、搅拌速度 3、树脂交联度树脂交联度：交联度大，交换速度低。：交联度大，交换速度低。 4、离子

9、半径和离子价离子半径和离子价：离子每增加一个电荷，：离子每增加一个电荷，交换速度下降一个数量级。交换速度下降一个数量级。 5、温度。、温度。 6、离子浓度离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而加：交换速度随离子浓度的上升而加快。快。22232425影响离子交换选择性的因素：影响离子交换选择性的因素：和相对浓度。和相对浓度。26电荷效应越强的离子与树脂的亲和力越大。27 在稀溶液中，树脂吸附高价离子的倾向很大。在稀溶液中，树脂吸附高价离子的倾向很大。 1、溶液的溶液的pH：解离度解离度、交换容量、选择性。、交换容量、选择性。 2、离子强度离子强度：交换容量、交换容量、选择性、交换速度选择性、交换速

10、度 3、有机溶剂有机溶剂：减弱树脂对有机离子的吸附能力。：减弱树脂对有机离子的吸附能力。28 一、一、 树脂的选择树脂的选择29 目的物是弱酸性或弱碱性的小分子物质小分子物质时，宜选用强酸强碱树脂强酸强碱树脂（氨基酸的分离）。 蛋白质、酶和其它生物大分子生物大分子的分离多采用弱碱或弱酸性树脂弱碱或弱酸性树脂，减少生物大分子的变性，利于洗脱，提高选择性。 1 1、 外观特征外观特征302 2、 树脂的预处理树脂的预处理（1 1） 物理处理：去杂，过筛。物理处理：去杂，过筛。（2 2） 化学处理化学处理：用：用8 81010倍的倍的1mol/L 1mol/L 盐酸盐酸或氢氧化钠溶液交替浸泡或氢氧化

11、钠溶液交替浸泡。 3132 树脂再生：树脂再生：使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程。使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程。 33再生过程3435洗脱液 酸、碱酸、碱洗脱液：洗脱液：改变吸附物的电荷或改变树脂活性基团改变吸附物的电荷或改变树脂活性基团的解离状态，以的解离状态，以消除静电结合力消除静电结合力，迫使目的物被释放，迫使目的物被释放出来；出来； 盐盐类洗脱液：类洗脱液：通过高浓度的同种电荷的离子与目的物通过高浓度的同种电荷的离子与目的物竞竞争争树脂上的树脂上的活性基团活性基团，使吸附物游离。，使吸附物游离。 3637改变溶液pH及离子强度： 1. 混合溶液中，待分离目的蛋白质混合溶

12、液中，待分离目的蛋白质T的的pI为为7.9，杂质蛋白，杂质蛋白A的的pI为为5.4，杂质蛋白质，杂质蛋白质B的的pI为为4.9，实验室现有，实验室现有SP Sepharose Fast Flow （一种强阳离子交换树脂）（一种强阳离子交换树脂）,请设请设计一套实验方案，使用离子交换技术纯化目的蛋白质计一套实验方案，使用离子交换技术纯化目的蛋白质T。3839 猪血粉水解制备猪血粉水解制备6种氨基酸种氨基酸:40 氢型氢型阳离子交换树脂阳离子交换树脂 羟型羟型阴离子交换树脂阴离子交换树脂41除去水里所有离子MeMe：金属离子：金属离子系将阳、阴两种树脂混合而成，脱盐效果好系将阳、阴两种树脂混合而成，脱盐效果好。42 一、大孔、均孔树脂一、大孔、均孔树脂 （一）大孔型离子交换树脂（一）大孔型离子交换树脂（macro porous ,MPmacro porous ,MP） （二）均孔型离子交换树脂（二）均孔型离子交换树脂 ( IR )( IR ) 二、多糖基离子交换剂二、多糖基离子交换剂 （一）离子交换纤维素（一）离子交换纤维素 （二）葡聚糖凝胶离子交换剂（二）葡聚糖凝胶离子交换剂 （三）琼脂糖凝胶离子交换剂（三）琼脂糖凝胶离子交换剂43 羧甲基纤维素（羧甲基纤维素（CM-C）：）：弱酸性阳离子交换纤维素，弱酸性阳离子交换纤维素，pK=3.6 pK=3.6 二乙基氨基乙基纤维素（