色譜分離技術(shù)-離子交換色譜分離技術(shù)

4.3離子交換色譜分離技術(shù)4.色譜分離技術(shù)基本原理1離子交換過程2離子交換劑3離子交換色譜的操作方法4影響離子交換的因素5離子交換色譜分離技術(shù)離子交換色譜分離技術(shù)的應(yīng)用

6離子交換色譜是指帶電物質(zhì)因電荷力作用而在固定相與流動(dòng)相之間分配得以相互分離的技術(shù)。適合于蛋白質(zhì)等兩性電解質(zhì)。當(dāng)pH<pI

時(shí)，蛋白質(zhì)帶凈正電荷。當(dāng)pH>pI時(shí)，蛋白質(zhì)帶凈負(fù)電荷。由于各種蛋白質(zhì)等生物大分子的等電點(diǎn)不同，可以通過改變?nèi)芤旱膒H和離子強(qiáng)度來影響它們與離子交換樹脂的吸附作用，從而將它們相互分離開來?；驹沓跏挤€(wěn)定狀態(tài)離子交換過程洗脫過程介質(zhì)的再生過程離子交換過程離子交換劑的基本結(jié)構(gòu)固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。離子交換劑離子交換樹脂母體(骨架)活性基團(tuán)固定離子可交換離子苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯(lián)劑)母體共聚H2SO4功能基反應(yīng)R—SO3H固定離子可交換離子母體離子交換劑的分類離子交換樹脂（疏水性）：一種不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑的固體高分子聚合物。它具有網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)并含有活性基團(tuán)，能與溶劑中其他帶電粒子進(jìn)行離子交換或吸著。多糖基離子交換劑（親水性）：固相載體為多糖類物質(zhì)，親水性強(qiáng)，交換空間大，適合于分離生物大分子。離子交換劑離子交換樹脂的分類離子交換劑按選擇性按結(jié)構(gòu)凝膠型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)。孔徑為20—100nm，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)?？讖?nm、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂R—NH3OH強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂RNOH弱酸性陽離子交換樹脂R—COOH強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂R—SO3H離子交換樹脂的命名離子交換劑離子交換樹脂的型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成：第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類；第二位數(shù)字代表骨架；第三位數(shù)字為順序號(hào)，用以區(qū)別基團(tuán)。離子交換樹脂的命名離子交換劑離子交換樹脂的型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成：第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類；第二位數(shù)字代表骨架；第三位數(shù)字為順序號(hào)，用以區(qū)別基團(tuán)。離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——交換容量離子交換劑不同的樹脂其交換能力大小不同，表征樹脂交換能力大小的主要參數(shù)是交換容量，即指每克干燥離子交換樹脂或每毫升完全溶脹的離子交換樹脂所能吸收的一價(jià)離子的毫摩爾數(shù)。交換容量的大小，取決于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中活性基團(tuán)的數(shù)目，含有活性基團(tuán)越多，交換容量也越大。但交換容量太大，活性基團(tuán)太多，樹脂不穩(wěn)定。對(duì)于陽離子交換樹脂可以將其用鹽酸處理成氫型后用NaOH溶液測定，而對(duì)于陰離子交換樹脂可將其轉(zhuǎn)換成氯型后測定其交換容量。離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——滴定曲線離子交換劑滴定曲線也是檢驗(yàn)和測定離子交換劑性能的重要數(shù)據(jù)，如下圖是幾種離子交換劑的滴定曲線。幾種典型離子交換劑的滴定曲線n為單位質(zhì)量離子交換劑所加入的NaOH或HCl的毫摩爾數(shù)1,2,3,4分別為強(qiáng)酸型、弱酸型、強(qiáng)堿型、弱堿型離子交換劑滴定曲線離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——外觀離子交換劑離子交換樹脂的粒度和形狀對(duì)其性能也有所影響。粒度是樹脂顆粒在溶漲后的大小，色譜用50～100目樹脂，一般提取純化用20～60目(0.25~0.84mm)樹脂則可。粒度小的樹脂因表面大，效率高；粒度過小，堆積密度大，容易產(chǎn)生阻塞；粒度過大又會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度下降、裝填量小、內(nèi)擴(kuò)散時(shí)間延長，不利于有機(jī)大分子的交換。所以，粒度大小應(yīng)根據(jù)具體需要選擇。一般樹脂的形狀為球形，這樣可減少流體阻力。離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——交聯(lián)度離子交換劑交聯(lián)度表示離子交換樹脂中交聯(lián)劑的含量，例如聚苯乙烯型樹脂是由二乙烯苯將鏈狀分子聯(lián)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的，而乙烯苯稱為交聯(lián)劑。樹脂中交聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為交聯(lián)度。聚苯乙烯型交換樹脂含有8%的二乙烯苯，則此樹脂的交聯(lián)度為8%。一般樹脂的交聯(lián)度為8%～12%。離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——穩(wěn)定性離子交換劑樹脂應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，不容易分解破壞，不與酸、堿起作用。一般地說，陽離子交換樹脂比陰離子交換樹脂穩(wěn)定性好。交聯(lián)度小的穩(wěn)定性好。樹脂一般可反復(fù)使用上千次，穩(wěn)定性僅成為此要的考慮因素。但含苯酚的硫酸型樹脂及胺型樹脂不易與強(qiáng)強(qiáng)堿長時(shí)間接觸。離子交換樹脂的選擇依據(jù)離子交換劑樹脂的骨架結(jié)構(gòu)目的分子的大小介質(zhì)上帶電功能基團(tuán)功能基團(tuán)的強(qiáng)弱多糖基離子交換劑的分類離子交換劑離子交換纖維素：樹脂骨架為纖維素，根據(jù)活性基團(tuán)的性質(zhì)可分為陽離子交換纖維素和陰離子交換纖維素兩類。離子交換葡聚糖和離子交換瓊脂糖凝膠：骨架樹脂為葡聚糖、凝膠，根據(jù)功能基團(tuán)的不同，亦可分為陽離子交換和陰離子交換樹脂。離子交換色譜的操作方法緩沖液的選擇層析柱的選擇、制備

平衡洗脫方式、流速、梯度↓↙加樣洗脫洗脫液的監(jiān)測收集及組分鑒定離子交換劑的清洗、再生和保存↓↓↓←離子交換劑的處理

↘↑離子交換劑的選擇溶液的酸堿度影響離子交換的因素交換溶液中氫離子的濃度顯著增高時(shí)，會(huì)抑制陽離子交換基團(tuán)的電離和目標(biāo)離子的交換反應(yīng)。通常強(qiáng)酸性交換劑交換液的pH應(yīng)大于2。弱酸性交換劑的交換液pH應(yīng)在6以上。同樣在陰離子交換劑中，強(qiáng)堿性交換劑的交換液的pH應(yīng)在12以下，弱堿性應(yīng)在7以下。目標(biāo)離子的交換性能影響離子交換的因素主要取決于母體化合物的解離、目標(biāo)離子的電荷、半徑及酸堿性的強(qiáng)弱。解離常數(shù)大，酸堿性強(qiáng)者置換容易，但洗脫相對(duì)來說較難。離解離子價(jià)數(shù)愈高，電荷愈大，則它的引力愈強(qiáng)，愈易交換在交換樹脂上。堿金屬、堿土金屬及稀土元素還與它們的原子序數(shù)有關(guān)，堿金屬原子序數(shù)大，則交換吸附就強(qiáng)，稀土元素的原子序數(shù)小，其交換吸附強(qiáng)。被交換物質(zhì)在溶液中的濃度影響離子交換的因素離子交換操作通常是在水溶液或含有水的極性溶劑中進(jìn)行，這樣有利于離解與交換。濃度越低，離子交換劑的選擇性大。濃度過高，將降低物質(zhì)的解離，有時(shí)會(huì)影響吸附次序及選擇性。另外，還會(huì)引起樹脂表面及內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)孔收縮，影響離子進(jìn)入網(wǎng)孔。所以一般實(shí)驗(yàn)操作時(shí)所用溶液的濃度應(yīng)該略稀，有利于提取分離。溫度的影響影響離子交換的因素溫度的改變對(duì)稀溶液的離子交換性能影響不大，但在0.1mol/L以上濃度時(shí)，溫度升高對(duì)水合傾向大的離子容易交換吸附。同時(shí)離子的活性系數(shù)增大，對(duì)弱酸、弱堿交換劑來說其交換率有較大的影響。一般溫度增高，離子交換速度加快，在洗脫時(shí)亦可提高洗脫能力。但對(duì)不耐熱的交換劑應(yīng)注意提高溫度的條件，避免引起交換劑的破壞。溶劑的影響影響離子交換的因素通常在水中進(jìn)行交換，亦可采用含水溶劑，但在極性小的溶劑中難以進(jìn)行或不進(jìn)行交換，同時(shí)還導(dǎo)致離子交換的選擇性的降低或消失。離子交換色譜分離技術(shù)的應(yīng)用可溶性的有機(jī)或無機(jī)離子化合物均可進(jìn)行離子交換色譜操作?；蟽r(jià)越高，被結(jié)合的生物物質(zhì)越強(qiáng)，相同化合價(jià)和條件下，結(jié)合的親和力隨原子數(shù)的增加而增加。應(yīng)用方式：反離子交換、物質(zhì)的濃縮、相似物質(zhì)的分離、離子排出、在離子交換葡萄糖和離子交換瓊脂糖上進(jìn)行分配色譜。離子交換色譜分離技術(shù)

——離子交換劑及操作方法離子交換色譜分離技術(shù)離子交換劑1離子交換色譜的操作方法2影響離子交換的因素3離子交換劑離子交換劑的基本結(jié)構(gòu)固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。離子交換色譜分離技術(shù)離子交換樹脂母體(骨架)活性基團(tuán)固定離子可交換離子苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯(lián)劑)母體共聚H2SO4功能基反應(yīng)R—SO3H固定離子可交換離子母體離子交換劑離子交換劑的分類離子交換樹脂（疏水性）：一種不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑的固體高分子聚合物。它具有網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)并含有活性基團(tuán)，能與溶劑中其他帶電粒子進(jìn)行離子交換或吸著。多糖基離子交換劑（親水性）：固相載體為多糖類物質(zhì)，親水性強(qiáng)，交換空間大，適合于分離生物大分子。離子交換色譜分離技術(shù)離子交換劑離子交換樹脂的分類離子交換色譜分離技術(shù)按選擇性按結(jié)構(gòu)凝膠型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)?？讖綖?0—100nm，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)?？讖?nm、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂R—NH3OH強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂RNOH弱酸性陽離子交換樹脂R—COOH強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂R—SO3H離子交換劑離子交換樹脂的命名離子交換色譜分離技術(shù)離子交換樹脂的型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成：第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類；第二位數(shù)字代表骨架；第三位數(shù)字為順序號(hào)，用以區(qū)別基團(tuán)。離子交換劑離子交換樹脂的命名離子交換色譜分離技術(shù)離子交換樹脂的型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成：第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類；第二位數(shù)字代表骨架；第三位數(shù)字為順序號(hào)，用以區(qū)別基團(tuán)。離子交換劑離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——交換容量離子交換色譜分離技術(shù)不同的樹脂其交換能力大小不同，表征樹脂交換能力大小的主要參數(shù)是交換容量，即指每克干燥離子交換樹脂或每毫升完全溶脹的離子交換樹脂所能吸收的一價(jià)離子的毫摩爾數(shù)。交換容量的大小，取決于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中活性基團(tuán)的數(shù)目，含有活性基團(tuán)越多，交換容量也越大。但交換容量太大，活性基團(tuán)太多，樹脂不穩(wěn)定。對(duì)于陽離子交換樹脂可以將其用鹽酸處理成氫型后用NaOH溶液測定，而對(duì)于陰離子交換樹脂可將其轉(zhuǎn)換成氯型后測定其交換容量。離子交換劑離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——滴定曲線離子交換色譜分離技術(shù)滴定曲線也是檢驗(yàn)和測定離子交換劑性能的重要數(shù)據(jù)，如下圖是幾種離子交換劑的滴定曲線。離子交換劑離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——外觀離子交換色譜分離技術(shù)離子交換樹脂的粒度和形狀對(duì)其性能也有所影響。粒度是樹脂顆粒在溶漲后的大小，色譜用50～100目樹脂，一般提取純化用20～60目(0.25~0.84mm)樹脂則可。粒度小的樹脂因表面大，效率高；粒度過小，堆積密度大，容易產(chǎn)生阻塞；粒度過大又會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度下降、裝填量小、內(nèi)擴(kuò)散時(shí)間延長，不利于有機(jī)大分子的交換。所以，粒度大小應(yīng)根據(jù)具體需要選擇。一般樹脂的形狀為球形，這樣可減少流體阻力。離子交換劑離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——交聯(lián)度離子交換色譜分離技術(shù)交聯(lián)度表示離子交換樹脂中交聯(lián)劑的含量，例如聚苯乙烯型樹脂是由二乙烯苯將鏈狀分子聯(lián)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的，而乙烯苯稱為交聯(lián)劑。樹脂中交聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為交聯(lián)度。聚苯乙烯型交換樹脂含有8%的二乙烯苯，則此樹脂的交聯(lián)度為8%。一般樹脂的交聯(lián)度為8%～12%。離子交換劑離子交換樹脂的性能評(píng)價(jià)——穩(wěn)定性離子交換色譜分離技術(shù)樹脂應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，不容易分解破壞，不與酸、堿起作用。一般地說，陽離子交換樹脂比陰離子交換樹脂穩(wěn)定性好。交聯(lián)度小的穩(wěn)定性好。樹脂一般可反復(fù)使用上千次，穩(wěn)定性僅成為此要的考慮因素。但含苯酚的硫酸型樹脂及胺型樹脂不易與強(qiáng)強(qiáng)堿長時(shí)間接觸。離子交換劑離子交換樹脂的選擇依據(jù)離子交換色譜分離技術(shù)樹脂的骨架結(jié)構(gòu)目的分子的大小介質(zhì)上帶電功能基團(tuán)功能基團(tuán)的強(qiáng)弱離子交換劑多糖基離子交換劑的分類離子交換色譜分離技術(shù)離子交換纖維素：樹脂骨架為纖維素，根據(jù)活性基團(tuán)的性質(zhì)可分為陽離子交換纖維素和陰離子交換纖維素兩類。離子交換葡聚糖和離子交換瓊脂糖凝膠：骨架樹脂為葡聚糖、凝膠，根據(jù)功能基團(tuán)的不同，亦可分為陽離子交換和陰離子交換樹脂。離子交換色譜的操作方法離子交換色譜分離技術(shù)緩沖液的選擇層析柱的選擇、制備

平衡洗脫方式、流速、梯度↓↙加樣洗脫洗脫液的監(jiān)測收集及組分鑒定離子交換劑的清洗、再生和保存↓↓↓←離子交換劑的處理

↘↑離子交換劑的選擇影響離子交換的因素溶液的酸堿度離子交換色譜分離技術(shù)交換溶液中氫離子的濃度顯著增高時(shí)，會(huì)抑制陽離子交換基團(tuán)的電離和目標(biāo)離子的交換反應(yīng)。通常強(qiáng)酸性交換劑交換液的pH應(yīng)大于2。弱酸性交換劑的交換液pH應(yīng)在6以上。同樣在陰離子交換劑中，強(qiáng)堿性交換劑的交換液的pH應(yīng)在12以下，弱堿性應(yīng)在7以下。影響離子交換的因素目標(biāo)離子的交換性能離子交換色譜分離技術(shù)主要取決于母體化合物的解離、目標(biāo)離子的電荷、半徑及酸堿性的強(qiáng)弱。解離常數(shù)大，酸堿性強(qiáng)者置換容易，但洗脫相對(duì)來說較難。離解離子價(jià)數(shù)愈高，電荷愈大，則它的引力愈強(qiáng)，愈易交換在交換樹脂上。堿金屬、堿土金屬及稀土元素還與它們的原子序數(shù)有關(guān)，堿金屬原子序數(shù)大，則交換吸附就強(qiáng)，稀土元素的原子序數(shù)小，其交換吸附強(qiáng)。影響離子交換的