离子交换层析剂的种类

蛋白纯化离子交换层析离子交换层析技术是以离子交换剂为固定相，常见的离子交换剂是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质，通过共价键结合某种电荷基团，形成带电基质，带异性电荷的平衡离子能够通过静电力作用结合在电荷基质上，而平衡离子能够与样品流动相中的离子基团发生可逆交换而吸附在交换剂上，不同带电荷蛋白间结合吸附固定相的能力不同。

离子交换技术就是根据蛋白质样品间带电性质的差别而进行分离的一种层析方法。

常见的离子交换剂有离子交换纤维素、离子交换树脂和离子交换葡聚糖凝胶。

根据与高分子聚合物基质共价结合的电荷基团的性质不同，可以将离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂，在阳离子交换剂中，带正电荷的平衡离子能够和流动相中带正电荷的离子基团进行交换。

例如DEAE纤维素阳离子交换剂，当纤维素交换剂分子上结合阳离子基团二乙氨乙基（DEAE）时，形成阳离子纤维素—O—C6 H14N+H，可与带负电荷的蛋白质进行结合，交换阴离子。

根据与高分子聚合物基质共价结合的电荷基团的解离度不同，又可以分为强酸型、中等酸型、弱酸型三类阳离子交换剂，强酸型离子交换剂在较大的pH范围内电荷基团完全解离，而弱酸型只能在较小的pH范围内完全解离，如结合羧甲基的离子交换剂在pH小于6时就失去了交换能力。

强酸型阳离子交换剂一般结合的基团有：磺酸甲基、磺酸乙基；中等酸型阳离子交换剂有：磷酸基团和亚磷酸基团；弱酸型离子交换剂有：酚羟基和羧基类；在阴离子交换剂中，带负电荷的平衡离子能与流动相中带负电的离子基团进行交换，例如阴离子交换剂CM纤维素，当纤维素交换剂分子上结合羧甲基（CM）时，形成带有负电荷的阴离子（纤维素－O－CH2－COO一），可与带正电荷蛋白质结合，交换阳离子。

根据与高分子聚合物基质共价结合的电荷基团的解离度不同，可分为强碱型、中等碱型、弱碱型阴离子交换剂。

一般结合季胺基团基质的交换剂为强碱型离子交换剂，结合叔胺、仲胺、伯胺等为中等或者弱碱型离子交换剂。

离子交换层析介质的应用离子交换层析分离纯化生物大分子的过程，主要是利用各种分子的可离解性、离子的净电荷、表面电荷分布的电性差异而进行选择分离的。

现已成为分离纯化生化制品、蛋白质、多肽等物质中使用最频繁的纯化技术之一。

子交换层析（Ion Exchange Chromatography 简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，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的一种层析方法。

离子交换层析是目前生物化学领域中常用的一种层析方法，广泛的应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的分离纯化。

1.离子交换层析的基本原理：离子交换层析是通过带电的溶质分子与离子交换层析介质中可交换离子进行交换而达到分离纯化的方法，也可以认为是蛋白质分子中带电的氨基酸与带相反电荷的介质的骨架相互作用而达到分离纯化的方法。

离子交换层析法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，具有较高的分离容量。

几乎所有的生物大分子都是极性的，都可使其带电，所以离子交换层析法已广泛用于生物大分子的分离、中等纯化及精制的各个步骤中。

由于离子交换层析法分辨率高，工作容量大，并容易操作，因此它不但在医药、化工、食品等领域成为独立的操作单元，也已成为蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物分离纯化的一种重要的方法。

目前，在生化分离中约有75%的工艺采用离子交换层析法。

2.离子交换层析介质：离子交换层析的固定相是离子交换剂，它是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的化学反应共价结合上某种电荷基团形成的。

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。

离子交换层析技术离子交换层析技术是以离子交换纤维素或以离子交换葡聚糖凝胶为固定相，以蛋白质等样品为移动相，分离和提纯蛋白质、核酸、酶、激素和多糖等的一项技术。

（一）原理在纤维素与葡聚糖分子上结合有一定的离子基团，当结合阳离子基团时，可换出阴离子，则称为阴离子交换剂。

如二乙氨乙基（Dicthylaminoethyl，DEAE）纤维素。

在纤维素上结合了DEAE，含有带正电荷的阳离子纤维素—O—C6 H14N+H，它的反离子为阴离子（如Cl-等），可与带负电荷的蛋白质阴离子进行交换。

当结合阴离子基团时，可置换阳离子，称为阳离子交换剂，如羧甲基（Carboxymethy，CM）纤维素。

纤维素分子上带有负电荷的阴离子（纤维素－O－CH2－COO一），其反离子为阳离子（如Na+等）,可与带正电荷蛋白质阳离子进行交换。

溶液的pH值与蛋白质等电点相同时，静电荷为0，当溶液pH值大于蛋白质等电点时，则羧基游离，蛋白质带负电荷。

反之，溶液的pH值小于蛋白质等电点时，则氨基电离，蛋白质带正电荷。

溶液的pH值距蛋白质等电点越远，蛋白质的电荷越多。

反之则越少。

血清蛋白质均带负电荷，但各种蛋白质带负电荷的程度有所差异，以白蛋白为最多，依次为球蛋白，球蛋白和球蛋白。

在适当的盐浓度下，溶液的pH值高于等电点时，蛋白质被阴离子交换剂所吸附；当溶液的pH值低于等电点时，蛋白质被阳离子交换剂所吸附。

由于各种蛋白质所带的电荷不同。

它们与交换剂的结合程度也不同，只要溶液pH值发生改变，就会直接影响到蛋白质与交换剂的吸附，从而可能把不同的蛋白质逐个分离开来。

交换剂对胶体离子（如蛋白质）和无机盐离子（如NaCl）都具有交换吸附的能力，当两者同时存在于一个层析过程中，则产生竞争性的交换吸附。

当Cl一的浓度大时，蛋白质不容易被吸附，吸附后也易于被洗脱，当Cl一浓度小时，蛋白质易被吸附，吸附后也不容易被洗脱。

因此，在离子交换层析中，一般采用两种方法达到分离蛋白质的目的。

离子交换层析介质得应用离子交换层析分离纯化生物大分子得过程,主要就是利用各种分子得可离解性、离子得净电荷、表面电荷分布得电性差异而进行选择分离得。

现已成为分离纯化生化制品、蛋白质、多肽等物质中使用最频繁得纯化技术之一。

离子交换层析(IｏｎExcｈａnｇｅChromatｏgraphｙ简称为IＥC)就是以离子交换剂为固定相,依据流动相中得组分离子与交换剂上得平衡离子进行可逆交换时得结合力大小得差别而进行分离得一种层析方法。

离子交换层析就是目前生物化学领域中常用得一种层析方法,广泛得应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等得分离纯化。

1、离子交换层析得基本原理:ﻫ离子交换层析就是通过带电得溶质分子与离子交换层析介质中可交换离子进行交换而达到分离纯化得方法,也可以认为就是蛋白质分子中带电得氨基酸与带相反电荷得介质得骨架相互作用而达到分离纯化得方法。

离子交换层析法主要依赖电荷间得相互作用,利用带电分子中电荷得微小差异而进行分离,具有较高得分离容量。

几乎所有得生物大分子都就是极性得,都可使其带电,所以离子交换层析法已广泛用于生物大分子得分离、中等纯化及精制得各个步骤中。

由于离子交换层析法分辨率高,工作容量大,并容易操作,因此它不但在医药、化工、食品等领域成为独立得操作单元,也已成为蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物分离纯化得一种重要得方法。

目前,在生化分离中约有75%得工艺采用离子交换层析法。

2、离子交换层析介质:离子交换层析得固定相就是离子交换剂,它就是由一类不溶于水得惰性高分子聚合物基质通过一定得化学反应共价结合上某种电荷基团形成得。

离子交换剂可以分为三部分:高分子聚合物基质、电荷基团与平衡离子。

电荷基团与高分子聚合物共价结合,形成一个带电得可进行离子交换得基团。

平衡离子就是结合于电荷基团上得相反离子,它能与溶液中其它得离子基团发生可逆得交换反应。

平衡离子带正电得离子交换剂能与带正电得离子基团发生交换作用,称为阳离子交换剂;平衡离子带负电得离子交换剂与带负电得离子基团发生交换作用,称为阴离子交换剂。

离子交换层析法离子交换层析法是以具有离子交换性能的物质作固定相，利用它与流动相中的离子能进行可逆的交换性质来分离离子型化合物的一种方法。

⒈离子交换剂预处理和装柱：对于离子交换纤维素要用流水洗去少量碎的不易沉淀的颗粒，以保证有较好的均匀度，对于已溶胀好的产品则不必经这一步骤。

溶胀的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成为带H+或OH-的交换剂型。

阴离子交换剂常用“碱-酸-碱”处理，使最终转为-OH-型或盐型交换剂；对于阳离子交换剂则用“酸-碱-酸”处理，使最终转为-H-型交换剂。

洗涤好的纤维素使用前必须平衡至所需的pH和离子强度。

已平衡的交换剂在装柱前还要减压除气泡。

为了避免颗粒大小不等的交换剂在自然沉降时分层，要适当加压装柱，同时使柱床压紧，减少死体积，有利于分辨率的提高。

柱子装好后再用起始缓冲液淋洗，直至达到充分平衡方可使用。

⒉加样与洗脱加样：层析所用的样品应与起始缓冲液有相同的pH和离子强度，所选定的pH值应落在交换剂与被结合物有相反电荷的范围，同时要注意离子强度应低，可用透析、凝胶过滤或稀释法达此目的。

样品中的不溶物应在透析后或凝胶过滤前，以离心法除去。

为了达到满意的分离效果，上样量要适当，不要超过柱的负荷能力。

柱的负荷能力可用交换容量来推算，通常上样量为交换剂交换总量的1％-5％。

洗脱：已结合样品的离子交换前，可通过改变溶液的pH或改变离子强度的方法将结合物洗脱，也可同时改变pH与离子强度。

为了使复杂的组份分离完全，往往需要逐步改变pH 或离子强度，其中最简单的方法是阶段洗脱法，即分次将不同pH与离子强度的溶液加入，使不同成分逐步洗脱。

由于这种洗脱pH与离子强度的变化大，使许多洗脱体积相近的成分同时洗脱，纯度较差，不适宜精细的分离。

最好的洗脱方法是连续梯度洗脱，洗脱装置见图16-6.两个容器放于同一水平上，第一个容器盛有一定pH的缓冲液，第二个容器含有高盐浓度或不同pH的缓冲液，两容器连通，第一个容器与柱相连，当溶液由第一容器流入柱时，第二容器中的溶液就会自动来补充，经搅拌与第一容器的溶液相混合，这样流入柱中的缓冲液的洗脱能力即成梯度变化。

UniGel®离子交换层析介质产品使用说明书文件编号：NM-W-DF-0102版本号：A0UniGel®层析介质使用说明产品简介离子交换层析（Ion Exchange Chromatography）是根据生物分子表面电荷（种类、数目和分布）差异实现对不同生物分子的分离的方法，纳微科技提供基于单分散均一粒径和多分散聚合物微球的离子交换层析介质，经过亲水表面改性后再键合离子交换基团，根据应用需求的不同提供多系列产品，可以满足捕获、中度纯化、精细纯化以及分析纯化各环节的应用，具有卓越的生物分子相容性和柱床稳定性，为客户提供生物样品从实验室纯化到工业化生产的整体解决方案。

表1. 离子交换功能团分类及用途注：1.流动相pH介于pI和pKa之间;2.流动相p H与待分离样品等电点差1.0 pH;3.pH<3.0宜选用强阳交换介质，pH>10.0宜选用强阴交换介质。

图1. UniGel®系列离子交换层析介质实物图UniGel®离子交换层析介质的优势1) 超高动态载量，一般每毫升结合>105 mg 溶菌酶（阳离子交换）和>90 mg BSA（阴离子交换）；2) 可提供粒径30/50/65/80 μm 等多种不同粒径的离子交换介质以满足中纯到精纯的需求；3) 填料装柱压缩系数和溶胀系数小（远低于琼脂糖和葡聚糖凝胶），柱床稳定性高；4) 高强度的基质可以使用更快的流速和更高的柱床，提高纯化效率；5) 优越的耐碱性，可以有效延长使用寿命，提高生产效率，降低成产成本，提升企业效益。

表2. UniGel® 离子交换层析介质参数总览表3. UniGel ®离子交换层析介质其他技术参数总览注：1、动态吸附载量：阳离子用溶菌酶（Lysozyme ），阴离子用牛血清白蛋白（BSA ）/2、pH 值稳定范围是指使用、再生和在位清洗的pH 区间表4. UniGel ®系列离子交换层析预装柱参数信息注：对于特殊规格需求，提供专业化客户定制服务。

离子交换层析说明书CM Bestarose Fast FlowDEAE Bestarose Fast FlowQ Bestarose Fast FlowSP Bestarose Fast FlowCM, DEAE, Q and SP Bestarose 快速离子交换剂属于分离介质的一部分,主要为色谱工作服务，所有的介质都经过严格的控制生产从而保证其能够满足工业生产的需求。

为了正确操作以便得到最好的分离效果，请在使用前阅读该手册。

目录1. Bestarose 快速离子交换剂的特性 32. 装柱指南123. 装柱评价144. 保养175. 疑难解答17-19 1.Bestarose Fast Flow离子交换剂的特性Bestarose Fast Flow离子交换剂是以高度交联的琼脂糖为基质，它的化学、物理性质稳定，即离子载量、洗脱情况、反压及流量等特性不受层析和清洗过程中溶液的影响，详见下表。

高物理稳定性使它能在低背压下提供快速液流，在柱高15cm，1 bar压力下，它的流速可达300-700cm/h，见图1。

另外，刚性介质体积基本不因pH和离子强度的变化而变化。

线性流速图1. Bestarose 快速离子交换剂典型的压力/流速曲线。

CM Bestarose Fast Flow离子交换剂的特性CM Bestarose Fast Flow是一种弱阳离子交换剂，离子交换基团是羧甲基，如下：-O-CH2COO-表一. CM Bestarose Fast Flow 特性。

项目指标离子交换剂类型弱阳离子总离子载量0.09-0.13mmol/ml排阻限4×106（球形蛋白）骨架6%交联琼脂糖颗粒类型球形，45-165μm流速300–600 cm/h*工作温度4–40°C工作pH 见图2pH稳定性2-14(短期，CIP)4-13（长期）化学稳定性适合所有的缓冲体系1M NaOH8M Urea6M GuHCl70%乙醇避免事项氧化剂长期暴露（1星期，20°C）pH<4*15cm柱高，1 bar压强，25℃，XK 50/30 柱。

简介离子交换层析（Ion Exchange Chromatography简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，依据流动相中の组分离子与交换剂上の平衡离子进行可逆交换时の结合力大小の差别而进行分离の一种层析方法。

1848年，Thompson等人在研究土壤碱性物质交换过程中发现离子交换现象。

本世纪40年代，出现了具有稳定交换特性の聚苯乙烯离子交换树脂。

50年代，离子交换层析进入生物化学领域，应用于氨基酸の分析。

目前离子交换层析仍是生物化学领域中常用の一种层析方法，广泛の应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等の分离纯化。

基本原理离子交换层析是依据各种离子或离子化合物与离子交换剂の结合力不同而进行分离纯化の。

离子交换层析の固定相是离子交换剂，它是由一类不溶于水の惰性高分子聚合物基质通过一定の化学反应共价结合上某种电荷基团形成の。

离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团和平衡离子。

电荷基团与高分子聚合物共价结合，形成一个带电の可进行离子交换の基团。

平衡离子是结合于电荷基团上の相反离子，它能与溶液中其它の离子基团发生可逆の交换反应。

平衡离子带正电の离子交换剂能与带正电の离子基团发生交换作用，称为阳离子交换剂；平衡离子带负电の离子交换剂与带负电の离子基团发生交换作用，称为阴离子交换剂。

其中R代表离子交换剂の高分子聚合物基质，X- 和X+ 分别代表阳离子交换剂和阴离子交换剂中与高分子聚合物共价结合の电荷基团，Y+ 和Y- 分别代表阳离子交换剂和阴离子交换剂の平衡离子，A+ 和A- 分别代表溶液中の离子基团。

从上面の反应式中可以看出，如果A离子与离子交换剂の结合力强于Y离子，或者提高A离子の浓度，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，溶液中の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固定相上，而平衡离子则进入流动相，这就是离子交换层析の基本置换反应。