纯化与精制- 色谱技术

1、2022-6-2611.2.4纯化与精制纯化与精制- 色谱技术色谱技术v概述v吸附色谱v离子交换色谱v凝胶过滤v亲和色谱2022-6-262概述概述v2.2.特点：特点：（1 1） 纯化倍数高纯化倍数高（2 2） 操作规模小，放大困难操作规模小，放大困难（3 3） 终产品纯化终产品纯化（4 4） 适用于价格昂贵的产品适用于价格昂贵的产品2022-6-2632022-6-264 Pharmacia KTA Pharmacia KTA 层析系统层析系统 2022-6-2652022-6-2664.色谱的分类色谱的分类（1 1）根据溶质分子与固定相相互作用的）根据溶质分子与固定相相互作用的机理不同机

2、理不同的分类的分类凝胶色谱亲和色谱离子交换色谱分离法吸附色谱法分配色谱法2022-6-267（2 2）根据固定相的形状不同的分类：）根据固定相的形状不同的分类： 柱色谱法柱色谱法薄层色谱法薄层色谱法2022-6-268（3 3）根据流动相的物态不同的分类）根据流动相的物态不同的分类 ： 液相色谱（LC）：LLC、LSC反相色谱：固定相极性小于流动相（4 4） 根据流动相与固定相的极性分类根据流动相与固定相的极性分类 ： 正相色谱：固定相极性大于流动相气相色谱（GC）：GLC、GSC2022-6-269任何色谱分离过程实质上都是任何色谱分离过程实质上都是溶质随流动相流动而迁溶质随流动相流动而迁移

3、的过程移的过程，不同溶质在流动相和固定相中的分配比例不同溶质在流动相和固定相中的分配比例不同，不同，因而随流动相迁移的速度不同，从而使不同物因而随流动相迁移的速度不同，从而使不同物质分离开来。质分离开来。2022-6-2610溶质在固定相与流动相浓度比值溶质在固定相与流动相浓度比值cqKd2022-6-2611迁移距离流动相在色谱系统中的溶质的迁移距离fR2022-6-26125.2色谱图及基本概念v（1）色谱图：混合液中各组分经色谱柱分离）色谱图：混合液中各组分经色谱柱分离后，随流动相依次流出色谱柱进入监测器，后，随流动相依次流出色谱柱进入监测器，监测器的响应信号时间（或流动相体积）监测器的

4、响应信号时间（或流动相体积）曲线，称为色谱图或色谱流出曲线。曲线，称为色谱图或色谱流出曲线。v（2）基线：在操作条件下，色谱柱出口没有）基线：在操作条件下，色谱柱出口没有组分流出，仅有流动相流过监测器，此时流组分流出，仅有流动相流过监测器，此时流出的曲线。出的曲线。v（3）色谱峰：当样品中的组分随流动相流入）色谱峰：当样品中的组分随流动相流入监测器时，监测器的响应信号随时间变化所监测器时，监测器的响应信号随时间变化所形成的峰形图形。形成的峰形图形。v（4）峰形：对称于峰尖的正态分布曲线。）峰形：对称于峰尖的正态分布曲线。2022-6-2613洗脱曲线返回返回2022-6-26142022-6-

5、2615（6）保留值保留值2022-6-2616 (7)(7)分离度：相邻两色谱峰保留值之差与两组色谱峰分离度：相邻两色谱峰保留值之差与两组色谱峰峰底宽度平均值之比。峰底宽度平均值之比。峰宽（峰宽（W W）：两侧拐点处所作的切线与峰底相交于两点，）：两侧拐点处所作的切线与峰底相交于两点， 此两点的距离。此两点的距离。（见图见图）半高峰宽（半高峰宽（W W1/21/2) )：1/21/2峰高处的峰宽。峰高处的峰宽。峰高：峰顶点与峰底的垂直距离。峰高：峰顶点与峰底的垂直距离。峰面积：峰与峰底之间的面积。峰面积：峰与峰底之间的面积。标准偏差（标准偏差（）：）：0.607h0.607h峰高处的峰宽的峰

6、高处的峰宽的1/21/2区域宽度（峰宽、半高峰宽、标准偏差）区域宽度（峰宽、半高峰宽、标准偏差） W=4W=4 2/ ) 12(12WWttRRRR1完全分离2022-6-2617流动相与固定相平均浓度流动相与固定相平均浓度达传质平衡时的一段柱高达传质平衡时的一段柱高（22/1)(54. 5WtNR2)(16bRWtN NLH 2022-6-26186.6.色谱分离操作色谱分离操作（1 1）装柱）装柱（2 2）上样）上样（3 3）淋洗）淋洗（4 4）洗脱方法）洗脱方法按操作方式按操作方式a a 恒定洗脱恒定洗脱b b 分步洗脱分步洗脱 c c 梯度洗脱梯度洗脱 按洗脱机理按洗脱机理专一性洗脱（

7、专一性洗脱（specific elutionspecific elution） 非专一性洗脱（非专一性洗脱（nonspecific elutionnonspecific elution） 2022-6-26192022-6-2620（1）装柱 装柱的质量直接影响到分离的效果，因而装柱是分离成功的最关键的一步。 目前，装柱的方式主要采用自然自然沉降法、加压法沉降法、加压法等。2022-6-2621自然沉降法装柱的要点1.先在柱内注入约1/3柱高的起始缓冲液，并排除好气泡；2.将填充层析介质慢慢地、连续不断地添加到装有缓冲液的柱中，确保装柱均匀、不断层、无气泡；3.控制好流速和操作压，出水口不能降

8、得太低；4.层析柱一定要垂直，以免填充层析介质歪斜；5.在柱的表面始终要保持一层溶剂，不能“流干”；6.添加的填充层析介质不宜过稀；7.装好柱后，应在柱的表面放一张滤纸片、尼龙纱或人造丝网2022-6-2622（2）平衡 平衡：用起始缓冲液溶液流经（浸泡）层析介质，使层析介质颗粒四周和内部处于相同pH和离子强度状态的过程。 层析柱正式使用前，必须平衡至所需的pH和离子强度 一般用起始缓冲溶液在恒定压力下走柱 平衡液用量一般为相当于35倍床体积，使层析介质充分平衡、柱床稳定2022-6-2623（3）上样 上样量的多少和上样体积大小是影响分离效果的关键因素。上样量越少和上样体积越小，则分离效果越

9、好 最大上样量必须在具体实验条件下通过反复实验来确定2022-6-2624样品的制备 样品在上柱前必须经过预处理：一般要使其与起始缓冲液有相同的pH值、离子强度和尽可能小的体积 预处理方法：常用超滤法、透析法和凝胶过滤法等进行浓缩和脱盐，样品中的不容物在上样前用离心法或过滤法除去。2022-6-2625加样方法 移去柱床表面以上的溶液，然后小心地用移液管加样：先使移液管尖端接触离柱床表面约1cm高出的内壁，随后随沿柱内壁转动一周，然后迅速移至中央，使样品尽可能快地覆盖住全胶面，打开下口，以便使样品均匀地渗入柱内，当样品液下降至胶面相切（胶面必须覆盖一层薄薄的溶液）时，关闭下口。 用蠕动泵把样品

10、直接传送到柱表面（适用于添加大量样品或工业生产上） 加样后，即开始收集流出液体。样液完全流入层析柱后，用起始缓冲液装满柱，再接恒流泵开始洗脱2022-6-2626（4）洗脱 先用足够量的起始缓冲液流洗层析柱，洗出未被吸附的物质，并使床体得到充分平衡 然后，在用适当的洗脱液进行洗脱，以达到分离的目的 洗脱液的pH及离子强度等是影响分离效果、产品质量和数量的重要因素，故不同物质应选用不同的洗脱液2022-6-2627洗脱操作方式 可连接恒流泵和收集器，全自动进行洗脱与收集 也可以利用自然压力，人工操作进行洗脱与收集2022-6-2628洗脱方式 通常采用的洗脱方式有两种：阶段洗脱法和连续梯度洗脱法

11、2022-6-2629阶段洗脱法 又称逐次洗脱法，是指分段改变洗脱液中的pH值或盐浓度，使吸附在柱上的各组分洗脱下来。 当欲分离纯化的混合物组成简单，或分子量及性质差别较大，或需要快速分离时，阶段洗脱是比较实用但这种方法有以下缺点： 洗脱能力较强，分辨率较差，亲和力或分子量相近的不同组分不易分开，可能集中组分将出现在同一个洗脱峰中，不能分开。易形成拖尾现象2022-6-2630连续梯度洗脱 又称线性梯度洗脱法，是通过连续改变洗脱液中的pH值或盐浓度，使吸附柱上的各组分被洗脱下来 通常采用一种低浓度的盐溶液为起始溶液，另一种高浓度的盐溶液作为最终溶液。两者之间通过一根玻璃管连通，使高盐溶液向低盐

12、溶液处流，起始溶液直接流入柱内，这样就使柱内的盐浓度梯度上升，克服了直线洗脱中的拖尾现象。 它的分辨率大大超过分段洗脱。在生化试验及生化物质制备中常用连续梯度洗脱，它优于阶段洗脱法。2022-6-2631常用的梯度混合器由2个容器构成 2个容器安放在同一个水平上，第一个容器盛有起始缓冲液，第二个容器盛有等量的、含较高离子强度或不同pH值的上限缓冲液，二者用管子相连，以保持其中溶液的流动静力平衡。第一个容器通过管道与柱相连，当缓冲液从第一个容器流入柱中时，第二个容器的缓冲液自动地来补足，结果使洗脱液的pH值、离子强度呈线性地增加。2022-6-2632（5）流速控制 流速与所用介质的结构、粗细及

13、数量有关，与层析柱大小、介质填装的松紧、洗脱液的粘度、操作压等也有关，必须根据具体条件反复试验，以确定一个合适的流速。流速控制方法有两种： 流速可以通过调价“操作压”或恒流泵的速度来控制。“操作压”相当于在柱上部的储液瓶中溶剂的水平和柱出水口位置的水平之差，可以用装有恒压管的恒压瓶，使操作压保持恒定。 利用恒流泵通过固定流速把洗脱液泵入或泵出柱，并保持稳定流速。2022-6-2633（6）分部收集 洗脱液必须分成小部分收集。每管收集的体积愈小，愈容易得到纯的组分。收集时，现多使用自动部分收集器进行。2022-6-2634（7）洗脱峰检测 为了测定收集的各部分中各种成分的分布，必须用一些能特异地

14、检测被分离化合物的方法来进行分析，一般可用直接或间接方法，主要取决于溶质的性质和层析目的。直接法有分光光度法、光折射法、荧光法和放免法等2022-6-2635（8）合并收集 欲得到高纯度的化合物，一般根据洗脱峰的位置收集合并较窄的部分；欲得产量较多目的物，则合并较宽部分。2022-6-2636（9）脱盐和浓缩 在科研、生产中，要得到高纯度的组分，往往要经过几次柱层析，每次柱层析后，某一峰的洗脱液可依次用透析法除盐、超滤或减压薄膜浓缩法将样品浓缩到一定体积后，再上第二次柱。上第三次柱前也可采用类似的方法处理样品2022-6-26372022-6-26382022-6-26392022-6-264

15、0第二节 吸附色谱法1.11.1吸附定义：吸附定义：吸附是利用吸附剂对吸附是利用吸附剂对液体或气体液体或气体中中某一组分具有某一组分具有选择性吸附选择性吸附的能力，使其富集在吸的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。附剂表面的过程。 （表面吸附与吸收）（表面吸附与吸收）1.21.2吸附作用：吸附作用： 脱色、除臭、吸湿、防潮、及某些产品（如：脱色、除臭、吸湿、防潮、及某些产品（如：酶、蛋白质、核苷酸、氨基酸、抗生素等）的分酶、蛋白质、核苷酸、氨基酸、抗生素等）的分离精制。离精制。2022-6-26411.31.3吸附的特点：吸附的特点：选择性高选择性高处理能力较低处理能力较低可直接分离发酵液中所需

16、的产物可直接分离发酵液中所需的产物操作简单，但实验设计复杂。操作简单，但实验设计复杂。2022-6-26422022-6-26432 吸附过程的理论基础吸附过程的理论基础v2.1基本概念基本概念吸附：吸附： 利用吸附剂对液体或气体中某些组分具有选择性利用吸附剂对液体或气体中某些组分具有选择性 吸附能力，使其富集在吸附剂表面的过程。吸附能力，使其富集在吸附剂表面的过程。吸附物：被吸附的物质。吸附物：被吸附的物质。吸附剂：吸附操作所使用的固体原料。一般为多孔微粒或吸附剂：吸附操作所使用的固体原料。一般为多孔微粒或 多孔膜，具有很大比表面积。多孔膜，具有很大比表面积。原因：固体内部分子作用力原因：固

17、体内部分子作用力0 0 固体分子外部作用力固体分子外部作用力00，即从外界吸附分子、离，即从外界吸附分子、离子原子，并在吸附表面形成单分子或多分子层。子原子，并在吸附表面形成单分子或多分子层。2022-6-26442.2 吸附原理吸附原理（1 1）作用力：吸附剂与吸附质间的范德华力（定向）作用力：吸附剂与吸附质间的范德华力（定向力、诱导力、色散力）或氢键。力、诱导力、色散力）或氢键。（2 2）吸附力大小：吸附质能否被吸附及吸附量多少）吸附力大小：吸附质能否被吸附及吸附量多少 a. a. 溶质与吸附剂极性的相似性溶质与吸附剂极性的相似性 b. b. 溶剂极性与溶质极性的相似性溶剂极性与溶质极性的

18、相似性2022-6-26452.3 2.3 影响吸附的因素影响吸附的因素（1 1）吸附剂的性质：影响吸附容量和吸附速率）吸附剂的性质：影响吸附容量和吸附速率 a.a.吸附剂吸附剂表面积表面积b.b.吸附剂吸附剂孔径孔径- -适中适中 c.c.极性极性：极性化合物选极性吸附剂；非极性化合物选非：极性化合物选极性吸附剂；非极性化合物选非极性吸附剂。极性吸附剂。（2 2）吸附质性质）吸附质性质a.a.溶质从较易溶解的溶剂中被吸附时，吸附量较少溶质从较易溶解的溶剂中被吸附时，吸附量较少（相（相似相容）似相容）b.b.极性极性被吸附物被吸附物质质吸附剂吸附剂溶剂溶剂极性极性极性极性非极性非极性非极性非极

19、性非极性非极性极性极性2022-6-2646vc.c.同系物：分子量越大，极性越低，易被非极性吸同系物：分子量越大，极性越低，易被非极性吸附剂吸附附剂吸附 如：活性炭：如：活性炭：W W大大W W小；小； 多肽多肽氨基酸；多糖氨基酸；多糖单单 糖糖 v(3)(3)其他因素：其他因素：T T、pHpH、吸附质浓度、吸附剂用量等、吸附质浓度、吸附剂用量等 2022-6-26472.4 2.4 常用吸附剂常用吸附剂2.4.12.4.1活性炭（活性炭（非极性吸附剂）非极性吸附剂）（1 1）种类：）种类： 活性炭种类活性炭种类颗粒大小颗粒大小表面积表面积吸附力吸附力吸附量吸附量洗脱洗脱粉末活性炭粉末活性

20、炭小小大大大大大大难难颗粒活性炭颗粒活性炭大大小小较小较小较小较小较难较难锦纶活性炭锦纶活性炭较小较小较大较大小小小小易易2022-6-2648（2 2）活性炭对物质的吸附活性炭对物质的吸附一般规律一般规律a.a.吸附作用吸附作用：在：在水水中吸附力中吸附力最强最强，在有机溶剂中吸附力最，在有机溶剂中吸附力最弱弱 b.b.洗脱作用洗脱作用：水的洗脱能力：水的洗脱能力最弱最弱，有机溶剂洗脱能力最强，有机溶剂洗脱能力最强 c.c.被分离物类型被分离物类型 ：W W大大W W小；小； 芳香族脂肪族芳香族脂肪族 d. pH d. pH 值的影响值的影响应用：精制有机物常用活性炭脱色；高纯金属微量杂质的

21、分应用：精制有机物常用活性炭脱色；高纯金属微量杂质的分离分析。离分析。2022-6-26492.4.2 2.4.2 硅胶极性吸附剂硅胶极性吸附剂（1 1）影响吸附的因素）影响吸附的因素 a.a.吸附物的性质：极性化合物非极性化合物吸附物的性质：极性化合物非极性化合物 b.b.硅胶含水量（硅胶含水量（1 12020） （2 2）硅胶活化：）硅胶活化：105105110 110 活化活化 1h1h 2022-6-26502.4.32.4.3大孔性吸附树脂大孔性吸附树脂（1 1）大孔性树脂的结构）大孔性树脂的结构 大孔吸附树脂是一种不大孔吸附树脂是一种不含交换基团的含交换基团的, , 具有大具有大孔

22、结构的高分子吸附剂。孔结构的高分子吸附剂。通常大孔性树脂是聚苯通常大孔性树脂是聚苯乙烯和二乙烯苯的共聚乙烯和二乙烯苯的共聚物，它们具有多孔性的物，它们具有多孔性的巨大网状结构。巨大网状结构。2022-6-2651(2)(2)大孔网状吸附树脂的种类大孔网状吸附树脂的种类v非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，又称芳香非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，又称芳香族吸附剂。族吸附剂。v中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成，中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附剂。剂。v极性吸附剂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成，通极性吸附剂：丙烯酰

23、胺或亚砜经聚合而成，通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。2022-6-2652（3 3）吸附原则）吸附原则a.a.吸附剂的极性吸附剂的极性 非极性吸附剂适应从极性溶剂中吸附非极性物非极性吸附剂适应从极性溶剂中吸附非极性物 极性吸附剂适应从非极性溶剂中吸附极性物质极性吸附剂适应从非极性溶剂中吸附极性物质b.b.吸附物分子大小吸附剂孔径（孔径吸附物分吸附物分子大小吸附剂孔径（孔径吸附物分子直径的子直径的6 6倍）倍）2022-6-26532.吸附薄层色谱吸附薄层色谱吸附薄层吸附薄层色谱色谱2022-6-26542022-6-26552.3吸附薄层色谱-操作v制板制板：硅胶

24、：硅胶G G板，硅胶板，硅胶CMCCMC板板v点样点样：少量多次、：少量多次、D D3mm、边、边 1.52cmv展开展开：密闭容器、提前配好展开剂；：密闭容器、提前配好展开剂；溶剂不能浸没样品点；展完后划前溶剂不能浸没样品点；展完后划前沿及样品移动距离沿及样品移动距离v检测检测：紫外线照射；喷雾显色；碘：紫外线照射；喷雾显色；碘蒸汽等蒸汽等v计算计算RfRf- -影响因素影响因素2022-6-26562.4薄层色谱的应用v定性分析v纯度鉴定v样品制备v分离纯化2022-6-26573.吸附柱色谱吸附柱色谱v3.13.1基本原理基本原理v3.23.2吸附柱色谱条件吸附柱色谱条件v（1 1）色谱

25、柱的选择）色谱柱的选择v（2 2）吸附剂的选择吸附剂的选择- -分辨率高（对不同的物质有不分辨率高（对不同的物质有不同的吸附与解吸能力）同的吸附与解吸能力） 如：极性吸附剂易吸附极性化合物；但便于解吸，如：极性吸附剂易吸附极性化合物；但便于解吸，极性化合物，应选择极性较小的吸附剂极性化合物，应选择极性较小的吸附剂2022-6-26582022-6-26592022-6-26602022-6-26612022-6-26622022-6-26632022-6-26642022-6-26652022-6-26662022-6-2667第三节离子交换色谱第三节离子交换色谱2022-6-2668离子交换

26、层析原理Starting conditionsAdsorptions on sample substancesStart of desorptionEnd of desorptionregenerations2022-6-2669v1.1.基本概述基本概述v1.11.1离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构 在水溶液中呈不溶解状态，能释放反离子，在水溶液中呈不溶解状态，能释放反离子，同时也可与溶液中其它带相反电荷物质结合。如：同时也可与溶液中其它带相反电荷物质结合。如：RSORSO3 3NaNa，DEAEDEAE纤维素纤维素（1 1）基质：）基质：具有三维空间立体结构的网络骨架具有三维空间立体结

27、构的网络骨架（2 2）功能基团（或活性基团）：）功能基团（或活性基团）：联接在骨架联接在骨架（3 3）反离子（活性离子）：）反离子（活性离子）：活性基团所带的相反电活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）荷的活性离子（可交换离子）2022-6-26701.21.2离子交换的分类离子交换的分类v1.2.11.2.1按活性基团分类，可分为按活性基团分类，可分为（1 1）阳离子交换树脂（含酸性基团）阳离子交换树脂（含酸性基团）强酸性阳离子交换树脂：强酸性阳离子交换树脂：a.a.活性基团是活性基团是- -SOSO3 3H H（磺酸基）和磺酸基）和- -CHCH2 2SOSO3 3H H（次甲基磺

28、酸基）次甲基磺酸基）b.pH1b.pH11414使用，选择性差使用，选择性差弱酸性阳离子交换树脂：弱酸性阳离子交换树脂：a.a.活性基团有活性基团有- -COOHCOOH, , -OCH-OCH2 2COOH, CCOOH, C6 6H H5 5OHOH等弱酸性基团；等弱酸性基团；b. pHb. pH大于大于7 7，选择性好，选择性好2022-6-2671（2 2）阴离子交换树脂（含碱性基团）。）阴离子交换树脂（含碱性基团）。 强碱性阴离子交换树脂：强碱性阴离子交换树脂：a a活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二甲基活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二甲基- - -羟基羟基乙基胺基；乙基胺基；b.

29、pH1b.pH11414，选择性差，应用广泛，选择性差，应用广泛弱碱性阴离子交换树脂：弱碱性阴离子交换树脂：a.a.活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；b.pHb.pH小于小于7 7，选择性好，应用范围窄，选择性好，应用范围窄2022-6-2672以上为以上为4 4种基本类型，可通过转型成种基本类型，可通过转型成其它类型其它类型vR-SOR-SO3 3- -H H+ + R-SOR-SO3 3- -NaNa+ +vR-COOH R-COOH R-COO R-COO- -NaNa+ +vR-NRR-NR3 3+ +OHOH- - R-NRR-NR3 3+ +ClCl-

30、 -vR-NHR-NH3 3+ +OHOH- - R-NHR-NH3 3+ +ClCl- -2022-6-2673类型类型结构结构活性机团活性机团使用使用pH值值商品号商品号强酸型强酸型交联的聚交联的聚苯乙烯苯乙烯SO3H（磺酸基）（磺酸基）014国产国产 #732Amberlite1R-120(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神胶神胶1号（日）号（日）弱酸型弱酸型聚丙烯酸聚丙烯酸COOH（羧基）（羧基）OH（酚羟基）（酚羟基）不能小不能小4不能小于不能小于9.5国产国产 #724几种离子交换树脂几种离子交换树脂2022-6-2674几种离子交换树脂几种离子交换树脂

31、类型类型 结构结构 活性基团活性基团 使用使用 pH值值 商品号商品号强碱型强碱型交联的交联的聚苯乙烯聚苯乙烯N（CH3）3Cl（磺酸基）（磺酸基）014国产国产 #717国产国产 #201Amberlite1RA-400（410）(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神胶神胶801（日）（日）弱碱型弱碱型交联的交联的聚苯乙烯聚苯乙烯NH（CH3）2OHNH2 （CH3）OH07国产国产 #704和和# 330Amberlite1R-45（410）(美美)Dowex 3(美美)Zerolit H2022-6-26751.2.21.2.2新型离子交换树脂新型离子交换树脂v大

32、孔离子交换树脂大孔离子交换树脂 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结构，在大孔吸附剂合成后（加同的骨架结构，在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引入化学功能基团，便可入致孔剂），再引入化学功能基团，便可得到大孔离子交换树脂得到大孔离子交换树脂2022-6-26761.2.31.2.3其它离子交换树脂类型其它离子交换树脂类型v两性树脂两性树脂：v均孔型离子交换树脂均孔型离子交换树脂：v螯合树脂螯合树脂：v* *多糖基离子交换树脂多糖基离子交换树脂：2022-6-2677主要的多糖基离子交换树脂主要的多糖基离子交换树脂（1 1）离子交换纤维素）离子交换纤维

33、素 a.a.树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类为阳离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类 b.b.特点：骨架松散、亲水性强，易吸收大分子；特点：骨架松散、亲水性强，易吸收大分子；表面积大、交换容量大；吸附力弱、交换和洗脱表面积大、交换容量大；吸附力弱、交换和洗脱条件温和；分辨率高条件温和；分辨率高 c.c.常用的离子交换纤维素：常用的离子交换纤维素： 甲基磺酸纤维素（甲基磺酸纤维素（SMSMC C）、羧甲基纤维素（）、羧甲基纤维素（CMCMC C）、）、 二乙基氨基乙基纤维素（二乙基氨基乙基纤维素（DEAEDE

34、AEC C）、）、TEAETEAEC C2022-6-2678（2 2）葡聚糖凝胶离子交换树脂）葡聚糖凝胶离子交换树脂a.a.骨架为葡聚糖凝胶，如骨架为葡聚糖凝胶，如sepharosesepharose、sephadexsephadex，根据功能基团的不同，亦可分为阳离子交换和阴根据功能基团的不同，亦可分为阳离子交换和阴离子交换树脂离子交换树脂b.b.特点：除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛特点：除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛的功能，提高了分离的效率的功能，提高了分离的效率c.c.常用的葡聚糖凝胶离子交换树脂：常用的葡聚糖凝胶离子交换树脂：CM- sephadexCM- sephade

35、x C-25 C-25、DEAE-sephadex A-25DEAE-sephadex A-25等等2022-6-2679PSPS：（1 1）离子交换树脂：适用于无机离子交换和有机离子交换树脂：适用于无机离子交换和有机酸、酸、aaaa、抗生素等小分子的提取、分离、抗生素等小分子的提取、分离（2 2）蛋白质类生物大分子多糖基离子交换剂）蛋白质类生物大分子多糖基离子交换剂a.a.亲水性强提供微环境亲水性强提供微环境b.b.孔径较大提高实际交换容量孔径较大提高实际交换容量c.c.粒度较小增加扩散，减小阻力粒度较小增加扩散，减小阻力d.d.电荷密度较低静电作用小，避免失活；易洗脱电荷密度较低静电作用小

36、，避免失活；易洗脱2022-6-26802.2.离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能v外观外观：球形、浅色为宜，粒度大小为：球形、浅色为宜，粒度大小为16601660目目90%90%；v机械强度机械强度：90%90%；v含水量：含水量：0.3-0.7g/g 0.3-0.7g/g 树脂；树脂；v交换容量交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作：重量交换容量、体积交换容量、工作交换容量或称表观交换容量（在某一条件下）；交换容量或称表观交换容量（在某一条件下）；v稳定性：化学稳定性、热稳定性；稳定性：化学稳定性、热稳定性；v膨胀度膨胀度：交联度交联度、活性基团的性质与数量、活性、活性基团的

37、性质与数量、活性离子的性质、介质的性质和浓度、骨架结构；离子的性质、介质的性质和浓度、骨架结构；2022-6-26813.3.离子交换分离的理论基础离子交换分离的理论基础2022-6-26823.2离子交换离子交换 离子交换树脂与含离子的溶液接触时，树脂上的反离子离子交换树脂与含离子的溶液接触时，树脂上的反离子A+进入溶液，而溶液中的进入溶液，而溶液中的B+被树脂被树脂“吸附吸附”，即，即“化学吸附化学吸附”。（1）反应可逆，平衡可迅速达到，且平衡移动遵守质量作用定）反应可逆，平衡可迅速达到，且平衡移动遵守质量作用定律。如：律。如：B+浓度增加，平衡右移浓度增加，平衡右移（2）离子交换树脂的选

38、择性对溶液中不同离子具有不同）离子交换树脂的选择性对溶液中不同离子具有不同结合力结合力mnnmmnnmA,BBABAK外外相相树树脂脂树树脂脂外外相相 RBARAB选择性系数选择性系数： 2022-6-26833.3离子交换的选择性v（1）离子交换常数：交换势或交换系数）离子交换常数：交换势或交换系数ssBABARABRKR-A、R-B表示结合在树脂上的表示结合在树脂上的A离子和离子和B离子浓度离子浓度AS、BS表示溶液中表示溶液中A离子和离子和B离子离子ssBAABARBRK/越大B越易被交换BAK2022-6-2684（2 2）影响离子交换选择性的因素）影响离子交换选择性的因素va.a.水

39、合离子半径水合离子半径：半径越小，亲和力越大；：半径越小，亲和力越大；vb.b.离子化合价：离子化合价：高价离子易于被吸附；高价离子易于被吸附；vc.c.溶液溶液pHpH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；不影响交换容量；vd.d.离子强度离子强度：越低越好；：越低越好；ve.e.有机溶剂有机溶剂：不利于吸附；：不利于吸附；vf.f.交联度、膨胀度、分子筛交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少； vg.g.树脂与粒子间的辅助

40、力树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力；和范德华力等辅助力；2022-6-2685对于强酸型阳离子交换树脂，当与金属离子对于强酸型阳离子交换树脂，当与金属离子M M+ +接触时接触时: : HMSORMHSOR33选择性系数值的大小选择性系数值的大小表示树脂对表示树脂对金属离子金属离子M M+ +的亲和的亲和力的大小力的大小，它与，它与树脂的类型树脂的类型、离子的性质与浓度以离子的性质与浓度以及溶液的组成及溶液的组成有关有关。 为什么金属离子为什么金属离子(Na(Na+ +、K K+ +等等) )可以吸附在可以吸附在H-H-型强型强酸型阳离子交

41、换柱上，而后又可以用酸型阳离子交换柱上，而后又可以用HClHCl来再生强来再生强酸型阳离子交换柱酸型阳离子交换柱? ?2022-6-2686 实验表明，在常温下，当离子浓度不大时，强酸型阳实验表明，在常温下，当离子浓度不大时，强酸型阳离子交换树脂树脂亲和力大小有如下一些规律。离子交换树脂树脂亲和力大小有如下一些规律。(1)(1)金属离子的价数增大，亲和力增大。如金属离子的价数增大，亲和力增大。如 NaNa+ + Ca Ca2+2+ Al Al3+3+ Th Th4+4+(2)(2)离子价数相同时，亲和力大小随着水合离子半径的离子价数相同时，亲和力大小随着水合离子半径的减少而增大。减少而增大。如

42、如1 1价离子：价离子：LiLi+ + H H+ + Na Na+ + NH NH4 4+ + K K+ + Rb Rb+ + Cs Cs+ + Tl Tl+ + Ag Ag+ +；2 2价离子：价离子：MgMg2+2+ Zn Zn2+2+ Co Co2+2+ Cu Cu2+2+ Cd Cd2+2+ Ni Ni2+2+ CaCa2+2+ Sr Sr2+2+ Pb Pb2+2+ Ba Ba2+2+。2022-6-26874.离子交换柱层析操作离子交换柱层析操作v树脂的选择树脂的选择v树脂的预处理及转型树脂的预处理及转型v装柱及平衡（要保持均匀、无气泡和断层装柱及平衡（要保持均匀、无气泡和断层v上

43、样吸附：上样吸附：v洗涤与洗脱：改变洗涤与洗脱：改变pH或离子强度或离子强度2022-6-26884.14.1树脂的选择树脂的选择（1 1）树脂基本要求：）树脂基本要求： 交换容量大、选择性好、物理化学性质交换容量大、选择性好、物理化学性质稳定、机械强度好等稳定、机械强度好等（2 2）树脂类型的选择）树脂类型的选择阴、阳离子交换树脂的选择被分离阴、阳离子交换树脂的选择被分离物所带的电荷情况及稳定性物所带的电荷情况及稳定性a.a.（+ +）阳）阳b.b.（- -）阴）阴2022-6-2689目的物酸碱性、树脂离解状态及选择目的物酸碱性、树脂离解状态及选择性、洗脱性、洗脱a.目的物具有较强的酸（或

44、碱）性目的物具有较强的酸（或碱）性 选弱碱（酸）性阴（或阳）离子交换树脂选弱碱（酸）性阴（或阳）离子交换树脂b.b.目的物具有较弱的酸（或碱）性目的物具有较弱的酸（或碱）性选强碱（酸）性阴（或阳）离子交换树脂选强碱（酸）性阴（或阳）离子交换树脂c.c.生物样品习惯采用弱性树脂生物样品习惯采用弱性树脂d.d.强树脂，选择性小，应用广泛；强树脂，选择性小，应用广泛； 弱树脂，选择性好，应用窄弱树脂，选择性好，应用窄2022-6-2690离子交换树脂离子交换树脂反离子反离子的选择的选择取决于结合力、实际需求取决于结合力、实际需求阳离子阳离子Na+、H+、NH4+；阴离子阴离子Cl-、OH-、一般来说

45、：一般来说：a.强阳强阳离子交换树脂离子交换树脂 Na+、H+ 弱阳弱阳离子交换树脂离子交换树脂 Na+b.强阴强阴离子交换树脂离子交换树脂 Cl-、OH- 弱阴弱阴离子交换树脂离子交换树脂 Cl-如：去水中如：去水中Ca2+ 链霉素（为一强碱性生物活性药物，链霉素（为一强碱性生物活性药物，pH4-5稳定）稳定）弱阳弱阳离子交换树脂离子交换树脂 Na+、中性溶液中吸附、酸溶液洗脱、中性溶液中吸附、酸溶液洗脱2022-6-26914.2树脂预处理及转型v物理处理：物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；匀的树脂颗粒；v化学处理：化学处理：转型（氢型或钠

46、型）转型（氢型或钠型） 阳离子树脂阳离子树脂 酸酸碱碱酸酸 阴离子树脂阴离子树脂 碱碱酸酸碱碱 最后以去离子水或缓冲液平衡最后以去离子水或缓冲液平衡2022-6-26924.3上样吸附选择性吸附（目的物结合力大，杂质结合力小）选择性吸附（目的物结合力大，杂质结合力小）a.a.使目的物带上与反离子同类型的电荷且数量使目的物带上与反离子同类型的电荷且数量大大b.b.使杂质带上与反离子相反的电荷或不带电。使杂质带上与反离子相反的电荷或不带电。2022-6-26934.4洗涤和洗脱v洗涤洗涤除杂除杂v洗脱洗脱离子交换完成后，将树脂吸附的物质重新离子交换完成后，将树脂吸附的物质重新转入溶液的方法转入溶液

47、的方法v洗脱方法洗脱方法（1）改变溶液）改变溶液pH值值（2）改变溶液离子强度）改变溶液离子强度v洗脱方式：洗脱方式： 阶段洗脱与梯度洗脱；动态与静态洗脱阶段洗脱与梯度洗脱；动态与静态洗脱2022-6-2694Elution (ml)Protein (mg/ml)NaCl (mol/L)00.20.40.60.800.20.40.60.8104080120160200240Na ClProtein恒定洗脱恒定洗脱 2022-6-2695Volume (ml)Protein (mg/ml)NaCl (mol/L)00.10.20.30.400.20.40.60.80408012016020024

48、0NaClProtein分步洗脱分步洗脱 2022-6-2696Volume (ml)Protein（mg/ml)NaCl (mol/L)00.10.20.30.40.50.600.10.20.30.40.50.60.704080120160200240ProteinNaCl (c) (c) 梯度洗脱梯度洗脱2022-6-2697 洗脱一般采取分步淋洗或梯度淋洗，其中洗脱一般采取分步淋洗或梯度淋洗，其中分步洗脱，是指先采用洗脱能力较弱的溶液，分步洗脱，是指先采用洗脱能力较弱的溶液，使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。强的

49、溶液，洗脱较难洗脱的组分。04080120160200240 280320NaNO30.5mol/L2mol/L NaNO3Cl-Br-I-体 积 /mL图 5-3 Cl-， Br-和 I-的 分 步 淋 洗浓度2022-6-26984.5树脂再生v（1）定义：）定义： 是指使离子交换树脂重新具有交换能力的过程是指使离子交换树脂重新具有交换能力的过程v（2）方法：）方法： 酸性阳离子树脂酸性阳离子树脂 酸酸-碱碱-酸酸-缓冲溶液淋洗缓冲溶液淋洗 碱性阴离子树脂碱性阴离子树脂 碱碱-酸酸-碱碱-缓冲溶液淋洗缓冲溶液淋洗v（3）方式有：顺流再生和逆流再生）方式有：顺流再生和逆流再生2022-6-2

50、6994.6离子交换应用实例v离子交换法提取蛋白质、氨基酸离子交换法提取蛋白质、氨基酸v水处理（软水、去离子水的制备）水处理（软水、去离子水的制备）v抗生素的提取抗生素的提取v肝素的提取肝素的提取2022-6-26100(1)水的净化水的净化脱盐脱盐阳柱塔除气阴柱混合柱去 离 子 水原 水原 水纯 水返 洗酸碱排 出 液空 气混合树脂阴阳阴阳排出液悬浮混合图 6-1 复 合 床 式 离 子 交 换 处 理 水 流 程 示 意 图图 6-2 混 合 床 式 处 理 水 示 意 图 据 统 计 ， 约 80%到 90%的 离 子 交 换 树 脂 用 于 水 的净 化 处 理 ， 其 中 两 种 常 见 的 脱 盐 如 下 图 所 示 。2022-6-26101(2)氨基酸的分离氨基酸的分离 采用交换树脂为采用交换树脂为Dowo50,柱长柱长100cm，柱，柱径径0.9cm，Na+型树脂淋洗剂采用型树脂淋洗剂采用pH值逐步提高的值逐步提高的柠檬酸钠缓冲液。柠檬酸钠缓冲液。 （其中（其中Asp天冬氨酸，天冬氨酸，Thr苏氨酸，苏氨酸，Ser丝氨酸，丝氨酸，Glu谷氨酸，谷氨酸，Pro脯氨酸，脯氨酸，Gly