(生物制药工艺学)第八章离子交换法(ion-exchange

第八章离子交换法一、填空题1、离子交换剂由、和组成。

平衡离子带为阳离子交换树脂，平衡离子带称阴离子交换树脂。

2、常见的离子交换剂有，，等。

3、离子交换树脂的基本要求有、、、和。

4、影响离子交换选择性的因素主要有、、、、等。

5、请写出下列离子交换剂的名称和类型：CM-C的名称是，属于交换纤维素; DEAE-C的名称是，属于交换纤维素;。

6、色谱聚焦（chromatofocusing）是一种高分辨的新型的蛋白质纯化技术。

它是根据，结合，能分离几百毫克蛋白质样品，洗脱峰被聚焦效应浓缩，分辨率很高，操作简单。

7、写出下列离子交换剂类型：732 ，724 ，717 ，CM-C ,DEAE-C ，PBE94 。

8、在采用多缓冲阴离子交换剂作固定相的离子交换聚焦色谱过程中，当柱中某位点之pH 值下降到蛋白质组分值以下时，它因带电荷而，如果柱中有两种蛋白组分，pI值较者会超过另一组分，移动至柱下部pH较的位点进行。

9、影响离子交换选择性的因素有、、、、。

二、选择题1、用钠型阳离子交换树脂处理氨基酸时，吸附量很低，这是因为（）A.偶极排斥B.离子竞争C.解离低D.其它2、在酸性条件下用下列哪种树脂吸附氨基酸有较大的交换容量（）A.羟型阴B.氯型阴C.氢型阳D.钠型阳3、在尼柯尔斯基方程式中，K值为离子交换常数，K＞1说明树脂对交换离子吸引力（）A.小于平衡离子B.大于平衡离子C.等于平衡离子D.其它三、名词解释1、蛇笼树脂：2、尼柯尔斯基方程式：3、偶极离子排斥作用：四、问答题1、简述离子交换纤维素的特点有哪些？2、请以CM-C为例说明离子交换纤维素分离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。

3、请以DEAE-C为例说明离子交换纤维素分离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。

4、由下图，利用给出的两种离子交换剂（E1，E2）分离3种蛋白质（P1、P2、P3），用箭头流程图表示(并指出E1，E2的类型)。

离子交换法早在古希腊时期人们就会用特定的黏土纯化海水.算是比较早的离子交换法.这些黏土主要是沸石....离子交换树脂都是用有机合成方法制成。

常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。

例:苯乙烯型树脂的合成可分为阴离子类型和阳离子类型.一．定义离子交换法(ionexchangeprocess)是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。

二．原理离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水,水中的离子会与固定在树脂上的离子交换.常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法.硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前,先将水质硬度降低的一种前处理程序.软化机里面的球状树脂,以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质.离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。

同样,以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。

从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。

阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。

也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。

不论是那一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行“再生”。

再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。

三．纯化方法若将离子交换法与其他纯化水质方法(例如反渗透法、过滤法和活性碳吸附法)组合应用时，则离子交换法在整个纯化系统中，将扮演非常重要的一个部分。

离⼦交换⾊谱（ion exchange chromatography）2、离⼦交换⾊谱（ion exchange chromatography）蛋⽩质、多肽均属于两性电解质，在缓冲液pH⼩于其等电点时，带净正电荷，⽽在缓冲液pH⼤于其等电点时，带净负电荷。

阴离⼦交换凝胶本⾝带有正电荷基团，阳离⼦交换凝胶本⾝带负电荷基团。

由于静电相互作⽤⽽使样品结合到凝胶上，再采⽤盐浓度梯度或者更换缓冲液的pH值进⾏洗脱对于等电点⼩于5.0的酸性蛋⽩质，推荐使⽤阴离⼦交换，对于等电点⼤于7.0的碱性蛋⽩质，推荐使⽤阳离⼦交换。

两种模式：⼀种使⽬的蛋⽩结合凝胶，通过梯度洗脱；⼀种使⽬的蛋⽩不结合凝胶，⽽⼤部分杂质结合凝胶，则穿过液中含有⽬的蛋⽩。

column chromatography（柱⾊谱）batch chromatography（批⾊谱）c、疏⽔作⽤⾊谱利⽤蛋⽩质、多肽在⾼盐存在下，可以结合疏⽔凝胶，⽽在盐浓度降低时⼜可以解脱的原理实现分离。

d、亲和⾊谱利⽤蛋⽩质、多肽与某些配基的特异性相互作⽤⽽进⾏分离。

例如：酶-底物，酶-抑制剂，糖蛋⽩-凝集素，抗原-抗体等。

近来发展了⾦属螯合亲和⾊谱，⽤于纯化表⾯含⾊氨酸、酪氨酸、组氨酸等的蛋⽩质以及(His)6-tagged重组蛋⽩。

亲和⾊谱分为特异性亲和⾊谱和组别亲和⾊谱两类。

肝素、凝集素、染料、⾦属螯合亲和⾊谱均为组别亲和⾊谱（同⼀配基可以结合许多种蛋⽩质）。

e、反相⾊谱常⽤于蛋⽩质、多肽的HPLC分析，以及多肽的精细制备分离，分辨率极⾼，可以分离两种仅相差⼀个氨基酸的多肽。

如⾎管紧张素（angiotensin）的⼏个亚型通过反相⾊谱可以很好地分离。

同⼀个样品在同⼀Source 30 RPC柱上进⾏分离，由于⾊谱条件进⾏了改变，⾊谱图截然不同，说明反相⾊谱具有⾼度的选择性。

四、应⽤举例例⼀、⼀种抗HIV gp120单克隆抗体的Fab⽚断（E.coli中表达）分⼦量：50 kD等电点：11表达定位：周质（periplasmic）纯化策略：渗透压休克提取周质，阳离⼦交换去除⼤部分杂质，疏⽔作⽤⾊谱进⼀步去除杂质，最后⽤凝胶过滤分离。

离子交换法的原理离子交换层析分离蛋白质是根据在一定ph 条件下，蛋白质所带电荷不同而进行的分离方法。

常用于蛋白质分离的离子交换剂有弱酸型的羧甲基纤维素(cm纤维素) 和弱碱型的二乙基氨基乙基纤维素(deae纤维素)。

前者为阳离子交换剂，后者为阴离子交换剂。

离子交换层析(ion-exchange chromatography,iec) 是在生物大分子提纯中得到最广泛应用的方法之一。

年，thompson等人在研究土壤碱性物质互换过程中辨认出色谱法现象。

上世纪40年代，发生了具备平衡互换特性的聚苯乙烯色谱法树脂。

50年代，色谱法层析步入生物化学领域，应用于氨基酸的分析。

色谱法层析就是生物化学领域中常用的一种层析方法，广为的应用于各种生化物质例如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的拆分提纯。

常用的色谱法剂存有:色谱法纤维素、色谱法葡聚糖和色谱法树脂。

离子交换层析中，基质是由带有电荷的树脂或纤维素组成。

带有负电荷的称之阳离子交换树脂;而带有正电荷的称之阴离子树脂。

离子交换层析同样可以用于蛋白质的分离纯化。

由于蛋白质也有等电点，当蛋白质处于不同的ph条件下，其带电状况也不同。

阴离子交换基质结合带有负电荷的蛋白质，所以这类蛋白质被留在柱子上，然后通过提高洗脱液中的盐浓度等措施，将吸附在柱子上的蛋白质洗脱下来。

结合较弱的蛋白质首先被洗脱下来。

反之阳离子交换基质结合带有正电荷的蛋白质，结合的蛋白可以通过逐步增加洗脱液中的盐浓度或是提高洗脱液的ph值洗脱下来。

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。

離子交換一、前言離子交換法(ion exchange process)是液相中的離子和固相中離子間所進行的的一種可逆性化學反應，當液相中的某些離子較為離子交換固體所喜好時，便會被離子交換固體吸附，為維持水溶液的電中性，所以離子交換固體必須釋出等價離子回溶液中。

離子交換樹脂一般呈現多孔狀或顆粒狀，其大小約為0.1~1mm ，其離子交換能力依其交換能力特徵可分：1. 強酸型陽離子交換樹脂：主要含有強酸性的反應基如磺酸基（－SO 3H ），此離子交換樹脂可以交換所有的陽離子。

2. 弱酸型陽離子交換樹脂：具有較弱的反應基如羧基（－COOH 基），此離子交換樹脂僅可交換弱鹼中的陽離子如Ca 2+、Mg 2+，對於強鹼中的離子如Ca 2+、K +等無法進行交換。

3. 強鹼型陰離子交換樹脂：主要是含有較強的反應基如具有四面體銨鹽官能基之－N +(CH 3)3，在氫氧形式下，－N +(CH 3)3OH -中的氫氧離子可以迅速釋出，以進行交換，強鹼型陰離子交換樹脂可以和所有的陰離子進行交換去除。

4. 弱鹼型陰離子交換樹脂：具有較弱的反應基如氨基，僅能去除強酸中的陰離子如SO 42-，Cl －或NO 3－，對於HCO 3－，CO 32－或SiO 42－則無法去除。

不論是離子交換樹脂或是沸石，都有其一定的可交換基濃度，稱為離子交換容量(ion exchange capacity)。

對陽離子交換樹脂而言，大約在200~500meq/100g 。

因為陽離子交換為一化學反應，故必須遵守質量平衡定律。

離子交換樹脂的一般方程式可以表示如下：1221.Re Re M M M M +⇔⋅+++M 1+，M 2+為不同種類的陽離子，Re 為陽離子交換樹脂，平衡常數K 為[][][][]溶液固體⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡==++++12211221.Re .Re 12M M M M M M M M KM M ++12M M K稱為質量作用常數(mass action constant)或選擇係數(selectivitycoefficient)。

离子交换的基本知识离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。

离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状，其大小约为0.1~1mm，其离子交换能力依其交换能力特征可分：1. 强酸型阳离子交换树脂：主要含有强酸性的反应基如磺酸基（－SO3H），此离子交换树脂可以交换所有的阳离子。

2. 弱酸型阳离子交换树脂：具有较弱的反应基如羧基（－COOH基），此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如Ca2+、Mg2+，对于强碱中的离子如Ca2+、K+等无法进行交换。

3. 强碱型阴离子交换树脂：主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之－N+(CH3)3，在氢氧形式下，－N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出，以进行交换，强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除。

4. 弱碱型阴离子交换树脂：具有较弱的反应基如氨基，仅能去除强酸中的阴离子如SO42-，Cl－或NO3－，对于HCO3－，CO32－或SiO42－则无法去除。

不论是离子交换树脂或是沸石，都有其一定的可交换基浓度，称为离子交换容量(ion exchange capacity)。

对阳离子交换树脂而言，大约在200~500meq/100g。

因为阳离子交换为一化学反应，故必须遵守质量平衡定律。

离子交换的基本知识为了除去水中离子态杂质,现在采用得最普遍的方法是离子交换。

这种方法可以将水中离子态杂质清除得以较彻底，因而能制得很纯的水。

所以，在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中，它是一个必要的步骤。

离子交换处理，必须用一种称做离子交换剂的物质（简称交换剂）来进行。

这种物质遇水时，可以将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换，离子交换剂的种类很多，有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分，大概情况如表所示。