离子交换法优秀课件
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[课件]第4章 离子交换分离法PPT
![[课件]第4章 离子交换分离法PPT](https://img.taocdn.com/s1/m/fbb257451ed9ad51f01df2ad.png)
交换容量的测定
阳离子交换树脂交换容量的测定步骤：
称取干燥的氢型阳离子交换树脂1g（准确至
0.001g），置入250ml干燥的锥形瓶中，加入
100ml、1 mol/LNaOH标准溶液，密闭，静置
12h后,移取上清液25.00ml于锥形瓶中,加2-3滴酚
酞指示剂，用0.1mol/L的HCl标准溶液滴定至酚酞
100~ 150 120 120
120
﹤76 ﹤60
﹤60
﹤94
二、离子交换树脂的种类
阳离子交换树脂 强酸性阳离子交换树脂
弱酸性阳离子交换树脂
离子交换树脂
阴离子交换树脂
强碱性阴离子交换树脂 弱碱性阴离子交换树脂
特殊的离子交换树脂
1、阳离子交换树脂
交换基是酸性基团,它的H+能交换阳离子的 树脂为阳离子交换树脂。
据交换基团酸性的强弱，分为强酸性，弱酸性。
OH
R SO H R SO H R CH SO H R PO H R CO R O 3 3 2 3 3 2
强酸性
中等酸性
弱酸性
(1) 强酸性阳离子交换树脂 含有强酸性活泼基团-SO3H, 可分为聚苯乙烯型和酚醛型。
操作交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂中， 实际参加反应的活性基团的总数。单位：mmol/mL mmol/g 再生交换容量: 在一定的再生剂的条件下所取得的再生 树脂的交换容量。
影响交换容量的因素：一方面是离子交换剂颗粒大小、颗粒内孔隙
大小以及所分离的样品组分的大小等的影响；另一些影响因素如实验中 的离子强度、pH值等主要影响样品中组分和离子交换剂的带电性质。
真密度：指树脂颗粒本身密度。
溶胀后树脂重量（ S ） 真密度（ Dw ） （ g/mL ) 树脂所排除水的体积（ V ）
优选离子交换分离法演示ppt
离子交换树脂的分类
阳离子交换树脂
交换基为酸性，H+与 阳离子交换
强酸型 弱酸型
依据活性基团分类
—SO3H
—COOH —OH
使用 pH 范围
pH > 2 pH > 6
pH >10
阴离子交换树脂
交换基为碱性，阴离子 发生交换
螯合树脂
强碱型 —N+(CH3)3Cl- pH <12
弱碱型
—N+H3 OH—N+H2R OH-
聚合
CH CH2 CH CH2 CH CH2
交联剂
CH=CH2
CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
交联作用
CH2 CH CH2
磺化
H2SO4
CH CH2 CH CH2 CH CH2
SO3H CH CH2 CH CH2
Hale Waihona Puke SO3H CH CH2 CH
活性基团
SO3H
CH2 CH CH2
SO3H
第六页，共37页。
（2 ）比色法测定钢铁中的Al3+或铸铁中Mg2+： 大量Fe3+干扰测定。可将试样溶解于9M的HCl溶液中，
使Fe3+以FeCl42-形式存在，然后以阴离子交换树脂消除 Fe3+ 的干扰，测定流出液中Al3+和Mg2+ .
（3） 碱滴定法测定硼镁矿中的硼使用阳离子交换树脂消除矿 石中阳离子的干扰，测定流出液中H3BO3。
Ion exchange resins
离子交换树脂
带有活性基团的网状高分子聚合物
骨架
酚醛树脂
聚乙烯树脂
交联剂
活性基团 酸性基团
第8章3离子交换ppt课件
脂）、两性树脂等。
其中阴、阳离子交换树脂按照活性基团电离强弱程 度分为：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性树脂。
按树脂交联度分类：
低交联度、一般交联度、高交联度等三种。
树脂的全交换容量最大，平衡交换容量次之，工 作交换容量最小。
离子交换容量的单位： 用每单位重量干树脂所能交换的离子数量表示，
含铬废水的处理 含汞废水的处理
离子交换树脂的种类
按树脂的类型和孔结构分类：
凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔 型（MR型）树脂、高巨孔型（超MR型）树脂等。
按功能基团的性质分类：
含有酸性基团的阳离子交换树脂、含有碱性基团的 阴离子交换树脂、含有胺羧基团等的螯合树脂、含 有氧化—还原基团的氧化还原树脂（电子交换树
2.离子交换工艺过程 包括过滤（工作交换）、反洗、再生和清洗四
个阶段。这四个阶段依次进行，形成不断循环的 工作周期。
⑴过滤阶段（交换阶段） 利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分
离脱除需要去除的离子的操作过程。
⑵反冲洗阶段 目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入 层中，与交换剂颗粒充分接触； 二是把交换过程中产生的破碎粒子和截 留的污物冲走。
⑶再生阶段 再生的推动力主要是反应系统的离子浓度差。 再生方式：
顺流再生（再生阶段的液流方向和过滤阶段相 同者），
逆流再生（方向相反）。 再生的方法：一次再生和二次再生 ⑷清洗阶段 目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应 物。通常清洗的水流方向和过滤时一样，所以又 称为正洗。
五、离子交换法在废水处理中的应用
交换势随离子浓度的增加而增大。 H+和OH-的交换势取决于树脂的性质。
5.树脂的溶胀性 6.树脂的物理与化学稳定性 7.粒度和密度
其中阴、阳离子交换树脂按照活性基团电离强弱程 度分为：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性树脂。
按树脂交联度分类：
低交联度、一般交联度、高交联度等三种。
树脂的全交换容量最大，平衡交换容量次之，工 作交换容量最小。
离子交换容量的单位： 用每单位重量干树脂所能交换的离子数量表示，
含铬废水的处理 含汞废水的处理
离子交换树脂的种类
按树脂的类型和孔结构分类：
凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔 型（MR型）树脂、高巨孔型（超MR型）树脂等。
按功能基团的性质分类：
含有酸性基团的阳离子交换树脂、含有碱性基团的 阴离子交换树脂、含有胺羧基团等的螯合树脂、含 有氧化—还原基团的氧化还原树脂（电子交换树
2.离子交换工艺过程 包括过滤（工作交换）、反洗、再生和清洗四
个阶段。这四个阶段依次进行，形成不断循环的 工作周期。
⑴过滤阶段（交换阶段） 利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分
离脱除需要去除的离子的操作过程。
⑵反冲洗阶段 目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入 层中，与交换剂颗粒充分接触； 二是把交换过程中产生的破碎粒子和截 留的污物冲走。
⑶再生阶段 再生的推动力主要是反应系统的离子浓度差。 再生方式：
顺流再生（再生阶段的液流方向和过滤阶段相 同者），
逆流再生（方向相反）。 再生的方法：一次再生和二次再生 ⑷清洗阶段 目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应 物。通常清洗的水流方向和过滤时一样，所以又 称为正洗。
五、离子交换法在废水处理中的应用
交换势随离子浓度的增加而增大。 H+和OH-的交换势取决于树脂的性质。
5.树脂的溶胀性 6.树脂的物理与化学稳定性 7.粒度和密度
第八章 离子交换法 应国清老师课件
1）离子交换剂的结构组成
• 是一种含有多元酸或多元碱为功能基团的多孔 网状立体结构的固相物 • 单元结构：多孔网状立体结构的骨架 不可移动部分 功能基团 可移动部分
2）离子交换过程
• • • 离子交换： R—A+ + B+ = R—B+ + A+ 洗脱： R—B+ + C+ = R—C+ + B+ R-—C+ + A+ = R—A+ + C+
b. 强酸性阳离子交换树脂
• • • • 功能基团：—SO3H；—CH2SO3H 交换容量与介质的pH值无关 pH 转为H+型困难 转为Na+型，水洗可至pH中性
c. 弱碱性阴离子交换树脂
• 功能基团：—NH2；NHR；N(R)2；C6H5N • 交换容量与介质的pH值有关（pH＜7.0） • 转为OH-型容易 • 转为Cl-型，水洗不可至pH中性（pH6.0-6.5）
第八章 离子交换吸附法
（Ion Exchange） 1. 概 述
1）定义——利用固体表面库仑力从液体中吸附目标物，再 用适当的洗脱剂将其解吸下来，达到分离纯化的过程 2）特点——选择性好；可不用有机溶剂；周期长；投资成 本较大等 3）应用——制药、食品、化工、环保、电子等
2. 离子交换法的基本概念
mP K = —— CP CA —— mA
Z
m∞ b c m = ———— 1+ bc
6. 离子交换剂与操作条的选择
1) 离子交换剂的选择
疏水性树脂类 • 种类 亲水性凝胶类
小分子：无机离子、生物小分子 离子交换物 大分子：蛋白、酶、核酸、多糖
• 是一种含有多元酸或多元碱为功能基团的多孔 网状立体结构的固相物 • 单元结构：多孔网状立体结构的骨架 不可移动部分 功能基团 可移动部分
2）离子交换过程
• • • 离子交换： R—A+ + B+ = R—B+ + A+ 洗脱： R—B+ + C+ = R—C+ + B+ R-—C+ + A+ = R—A+ + C+
b. 强酸性阳离子交换树脂
• • • • 功能基团：—SO3H；—CH2SO3H 交换容量与介质的pH值无关 pH 转为H+型困难 转为Na+型，水洗可至pH中性
c. 弱碱性阴离子交换树脂
• 功能基团：—NH2；NHR；N(R)2；C6H5N • 交换容量与介质的pH值有关（pH＜7.0） • 转为OH-型容易 • 转为Cl-型，水洗不可至pH中性（pH6.0-6.5）
第八章 离子交换吸附法
（Ion Exchange） 1. 概 述
1）定义——利用固体表面库仑力从液体中吸附目标物，再 用适当的洗脱剂将其解吸下来，达到分离纯化的过程 2）特点——选择性好；可不用有机溶剂；周期长；投资成 本较大等 3）应用——制药、食品、化工、环保、电子等
2. 离子交换法的基本概念
mP K = —— CP CA —— mA
Z
m∞ b c m = ———— 1+ bc
6. 离子交换剂与操作条的选择
1) 离子交换剂的选择
疏水性树脂类 • 种类 亲水性凝胶类
小分子：无机离子、生物小分子 离子交换物 大分子：蛋白、酶、核酸、多糖
第五章离子交换分离法(共60张PPT)
有机离子交换剂 人工合成的带有离子交换功能团的高 容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。
3、受有机物污染严重的树脂可以采用次氯酸钠溶液处理。
分子聚合物．其中应用最为广泛的是离子交换树脂。 如：国产 #401型是属于氨羧基［－N〔CH2COOH〕2］
图中以波形线条代表树脂的骨架，活性基团 磺酸基〔—SO3H〕。
§5.1 概述
§5.2 离子交换剂
§5.3 离子交换别离法的根本原理
§5.4 离子交换别离法的根本操作技术
§5.5 应用
§5.1 概述
一、离子交换别离法：
利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反响进 行别离的方法。
二、 特点 优点：别离效率高，设备简单，操作不复杂，树
脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。 缺点：别离周期长，耗时过多。
三、开展史
1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象
；
1876年Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学计量关 系；
1935年人工合成了离子交换树脂；
1940年应用于工业生产；
1951年我国开始合成树脂。
§5.2 离 子 交 换 剂
离子交换剂 具有离子交换能力的所有物质，通常指固体
3、离子交换树脂对离子的亲和力规律：
1.强酸性阳离子交换树脂对不同价的离子，电荷越高， 亲和力越大。 Fe3+ > Mg2+ > Na+
同电荷数离子水合离子半径小的亲和能力强 Ca2+ > Mg2+ > Be2+ K+ > Na+ > Li+
2. 弱酸性阳离子交换树脂：H+的亲和力比其他阳离子
3、受有机物污染严重的树脂可以采用次氯酸钠溶液处理。
分子聚合物．其中应用最为广泛的是离子交换树脂。 如：国产 #401型是属于氨羧基［－N〔CH2COOH〕2］
图中以波形线条代表树脂的骨架，活性基团 磺酸基〔—SO3H〕。
§5.1 概述
§5.2 离子交换剂
§5.3 离子交换别离法的根本原理
§5.4 离子交换别离法的根本操作技术
§5.5 应用
§5.1 概述
一、离子交换别离法：
利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反响进 行别离的方法。
二、 特点 优点：别离效率高，设备简单，操作不复杂，树
脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。 缺点：别离周期长，耗时过多。
三、开展史
1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象
；
1876年Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学计量关 系；
1935年人工合成了离子交换树脂；
1940年应用于工业生产；
1951年我国开始合成树脂。
§5.2 离 子 交 换 剂
离子交换剂 具有离子交换能力的所有物质，通常指固体
3、离子交换树脂对离子的亲和力规律：
1.强酸性阳离子交换树脂对不同价的离子，电荷越高， 亲和力越大。 Fe3+ > Mg2+ > Na+
同电荷数离子水合离子半径小的亲和能力强 Ca2+ > Mg2+ > Be2+ K+ > Na+ > Li+
2. 弱酸性阳离子交换树脂：H+的亲和力比其他阳离子
离子交换操作步骤(共15张PPT)
静态交换：是将树脂与交换溶液混合置于一定的容器中搅拌
进行。静态交换操作方法简单、设备要求低，需分批进行， 交换不完全，效率低。
柱上操作：先在柱中充以水，下端铺玻璃毛，在装柱和整个 交换洗脱过程中，树脂层要浸在液面下，防止混入气泡形 成沟流，柱中树脂层高度是柱内径的10～20倍
实验室中：交换柱
(1)中间树脂局部被交换，称为“交界层〞 (3)此时，被交换到柱上的离子量称为始漏 ②酸碱处理：除去与官能团结合的杂质。 阳离子树脂采用HCl作洗脱液3～4 M，易洗脱的可用稀酸2 M洗Ca2+ ， 选择离子交换树脂的原那么 别离用细些均匀性好，80～100目或100～120目； (2)随着试液的流入，交界层下移，当流出 常量组分一般在100～200目，微量组分一般在200～400目。 换新盐酸再浸一段时间，再去离子洗至中性得到H+型阳或Clˉ型阴离子交换树脂。 换新盐酸再浸一段时间，再去离子洗至中性得到H+型阳或Clˉ型阴离子交换树脂。 洗脱作用也是由上而下地依次进行的。 量。 洗脱剂浓度：太小效率低，太大树脂脱水收缩，树脂内离子不易洗脱。 洗脱作用也是由上而下地依次进行的。 阳离子树脂采用HCl作洗脱液3～4 M，易洗脱的可用稀酸2 M洗Ca2+ ，
能力。 ③转型：即树脂去杂后，赋予平子交换：将待别离的溶液倾入交换柱，使其按某一
定的适当的速度流经树脂层，
2R—SO3H+Ca2+→(RSO3)2Ca+2H+
树脂颗粒的大小：树脂愈粗，曲线向右移动，达相同洗脱率，洗脱剂量增加。
(1)中间树脂局部被交换，称为“交界 柱上操作：先在柱中充以水，下端铺玻璃毛，在装柱和整个交换洗脱过程中，树脂层要浸在液面下，防止混入气泡形成沟流，柱中树脂层高
进行。静态交换操作方法简单、设备要求低，需分批进行， 交换不完全，效率低。
柱上操作：先在柱中充以水，下端铺玻璃毛，在装柱和整个 交换洗脱过程中，树脂层要浸在液面下，防止混入气泡形 成沟流，柱中树脂层高度是柱内径的10～20倍
实验室中：交换柱
(1)中间树脂局部被交换，称为“交界层〞 (3)此时，被交换到柱上的离子量称为始漏 ②酸碱处理：除去与官能团结合的杂质。 阳离子树脂采用HCl作洗脱液3～4 M，易洗脱的可用稀酸2 M洗Ca2+ ， 选择离子交换树脂的原那么 别离用细些均匀性好，80～100目或100～120目； (2)随着试液的流入，交界层下移，当流出 常量组分一般在100～200目，微量组分一般在200～400目。 换新盐酸再浸一段时间，再去离子洗至中性得到H+型阳或Clˉ型阴离子交换树脂。 换新盐酸再浸一段时间，再去离子洗至中性得到H+型阳或Clˉ型阴离子交换树脂。 洗脱作用也是由上而下地依次进行的。 量。 洗脱剂浓度：太小效率低，太大树脂脱水收缩，树脂内离子不易洗脱。 洗脱作用也是由上而下地依次进行的。 阳离子树脂采用HCl作洗脱液3～4 M，易洗脱的可用稀酸2 M洗Ca2+ ，
能力。 ③转型：即树脂去杂后，赋予平子交换：将待别离的溶液倾入交换柱，使其按某一
定的适当的速度流经树脂层，
2R—SO3H+Ca2+→(RSO3)2Ca+2H+
树脂颗粒的大小：树脂愈粗，曲线向右移动，达相同洗脱率，洗脱剂量增加。
(1)中间树脂局部被交换，称为“交界 柱上操作：先在柱中充以水，下端铺玻璃毛，在装柱和整个交换洗脱过程中，树脂层要浸在液面下，防止混入气泡形成沟流，柱中树脂层高
离子交换法课件
第八章 离子交换法
离子交换法课件
生物分离过程的一般流程
原料液
细胞分离(离心，过滤)
路线一 细胞－胞内产物
路线二 清液－胞外产物
路线一B 包含体 溶解(加盐酸胍、脲)
复性
细胞破碎 碎片分离
路线一A
粗分离(沉淀/膜过滤/萃取)
纯化(离子交换/层析/吸附
脱盐(凝胶过滤、超滤) 浓缩(超滤)
精制(结晶、干燥)
离子交换法课件
离子交换法概述
离子交换树脂的发展
离子交换树脂的出现已有近80年的历史. 离子交换树脂发展史上的3个重要阶段 • 1933年Adams和Hofms发明了缩聚类酚醛型阳、
阴离子交换树脂, • 二战及二战后期离子交换树脂大发展
1939年德国法本公司和1941年美国的树脂产品和 化学品公司先后开始工业生产， 在第二次世界大战中，美国获得了苯乙烯系和丙 烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。它开创 了当今离子交换树脂离制子交造换法方课件法的基础。
和弱酸性树脂一样，其交换能力随pH变化而变化，pH 越低，交换能力越大。
离子交换法课件
二. 离子交换树脂的分类
5 四类树脂的特性比较
①活性功能团： a 强酸阳树脂 －SO3H
OH
－PO
OH
H
－PO
OH
b 弱酸阳树脂 －COOH； 酚羟基
c 强碱性阴树脂(季胺) 强碱 I 号： CH3
－N＋－CH3
离子交换法课件
1）大孔离子交换树脂
凝胶型树脂
外观半透明 空隙小 直径小于30A 孔由链－链距离造成 溶胀空隙 均相结构 干燥/非水溶剂/浓电解质 中空隙会倒塌
大网格树脂
不透明 空隙大 直径2001000A 孔由链-链距离+致孔剂造成 溶胀空隙＋永久空隙 非均相结构 空隙是固有的，不会消失
离子交换法课件
生物分离过程的一般流程
原料液
细胞分离(离心，过滤)
路线一 细胞－胞内产物
路线二 清液－胞外产物
路线一B 包含体 溶解(加盐酸胍、脲)
复性
细胞破碎 碎片分离
路线一A
粗分离(沉淀/膜过滤/萃取)
纯化(离子交换/层析/吸附
脱盐(凝胶过滤、超滤) 浓缩(超滤)
精制(结晶、干燥)
离子交换法课件
离子交换法概述
离子交换树脂的发展
离子交换树脂的出现已有近80年的历史. 离子交换树脂发展史上的3个重要阶段 • 1933年Adams和Hofms发明了缩聚类酚醛型阳、
阴离子交换树脂, • 二战及二战后期离子交换树脂大发展
1939年德国法本公司和1941年美国的树脂产品和 化学品公司先后开始工业生产， 在第二次世界大战中，美国获得了苯乙烯系和丙 烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。它开创 了当今离子交换树脂离制子交造换法方课件法的基础。
和弱酸性树脂一样，其交换能力随pH变化而变化，pH 越低，交换能力越大。
离子交换法课件
二. 离子交换树脂的分类
5 四类树脂的特性比较
①活性功能团： a 强酸阳树脂 －SO3H
OH
－PO
OH
H
－PO
OH
b 弱酸阳树脂 －COOH； 酚羟基
c 强碱性阴树脂(季胺) 强碱 I 号： CH3
－N＋－CH3
离子交换法课件
1）大孔离子交换树脂
凝胶型树脂
外观半透明 空隙小 直径小于30A 孔由链－链距离造成 溶胀空隙 均相结构 干燥/非水溶剂/浓电解质 中空隙会倒塌
大网格树脂
不透明 空隙大 直径2001000A 孔由链-链距离+致孔剂造成 溶胀空隙＋永久空隙 非均相结构 空隙是固有的，不会消失
FL0906离子交换课件
一、离子交换树脂——（一）定义2
❖ 离子交换树脂是一类带有官能团的网状结构的高 分子化合物，其结构由三部分构成：
❖ （1）不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架， 使树脂具有化学和机械稳定性；
❖ （2）连接在骨架上的官能团 ❖ （3）官能团所需的相反电荷的可交换离子（活性
离子）。
《FL0906离子交换》PPT课件
❖ 什么是离子交换树脂？
❖ 是一种不溶于酸碱和有机溶剂的固态高分子化合 物。
❖ 组成是什么样的？
❖ 两部分： ❖ 骨架：不能移动的，多价的高分子基团，使树脂
具有一定的溶解度和化学稳定的性质。 ❖ 活性离子：是可移动的离子，在树经的骨架中进
进出出，就发生离子交换现象。
《FL0906离子交换》PPT课件
《FL0906离子交换》PPT课件
度越快。利用这种浓度差的推动力使树脂上的可交换 离子发生可逆交换反应。 ▪ 用Na+置换磺酸树脂上的可交换离子H+ ，当溶液中的 Na+浓度较大时，就可把磺酸树脂上的H+ 交换下来。 ▪ 当全部H+ 被Na+ 交换后，这时就称树脂为Na+ 饱和。 ▪ 然后把溶液变为较高浓度的酸时，溶液中的H+ 又能把 树脂上的Na+ 置换下来，这时树脂就再生为H+ 型。
干，迅速称取2~5克抽干树脂，放入密度瓶中，加水至 刻度称重。 ▪ 视密度：树脂充分膨胀后的堆积密度。
《FL0906离子交换》PPT课件
3、树脂性能测定方法
❖ （4）交换容量
▪ 表示方法：单位质量干票脂或单位体积湿树脂所能吸 附的1价离子的毫摩尔数来表示。
▪ 阳树脂：NaOH 剩余滴定 ▪ 阴树脂：羟基不稳定，吸附CO2 ▪ 氯型 ：动态硫酸钠，AgNO3滴定 ▪ 工作交换容量：流出曲线漏点
离子交换法3.ppt
阴离子交换剂是选可吸附的最高pH，便于解吸附。
39
第五节 树脂和操作条件的选择 3 离子交换吸附 3.2 离子强度 离子交换吸附应在很低的离子强度下进行。 缓冲液中的离子强度一般在10-50 mmol/L 由于离子强度越↓，吸附越↑，越难解吸，因
2) 弱酸性阳离子交换树脂 交换性能和溶液的pH有很大关系，羧酸阳离子树
脂须在pH﹥4.5 、酚羟基树脂须在pH﹥9的溶液 中进行反应。 -COOH， -OH (酚羟基） 典型的交换反应：
8
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
3）强碱性阴离子交换树脂 有两种：一种含三甲胺基(Ⅰ型) 和一种含二甲基-
β-羟基-乙基胺基团 (Ⅱ型) 其交换能力与外界溶液的pH无关
9
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
4）弱碱性阴离子交换树脂 其交换能力与外界溶液的pH降低而增大，一般宜
在pH﹤ 7的溶液中使用。 功能基团如下: 伯胺基团-NH2； 仲胺基团- NHR； 叔胺基团- N(R)2；
10
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
水性两大类： 1）、树脂类（疏水性）离子交换剂： 其基质是人工合成的、与水结合力交换剂分类、合成、理化性能和测定方法 --离子交换剂分类
2）、多糖类（亲水性）离子交换剂： 其基质是天然的或人工合成的、与水结合力较大
的物质 常用的有纤维素、交联纤维素、交联葡聚糖、交
（3）交换速度 （慢）
（4）选择性（高）
17
第二节 离子交换剂分类、结构、合成、理化性 能和测定方法
五、离子交换树脂的理化性能与测定方法 1、物理性能 (1)．粒度 ①有效粒径是指筛分树脂时，10%体积的树脂颗粒通过，
而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。 ②均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径（d60%）
39
第五节 树脂和操作条件的选择 3 离子交换吸附 3.2 离子强度 离子交换吸附应在很低的离子强度下进行。 缓冲液中的离子强度一般在10-50 mmol/L 由于离子强度越↓，吸附越↑，越难解吸，因
2) 弱酸性阳离子交换树脂 交换性能和溶液的pH有很大关系，羧酸阳离子树
脂须在pH﹥4.5 、酚羟基树脂须在pH﹥9的溶液 中进行反应。 -COOH， -OH (酚羟基） 典型的交换反应：
8
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
3）强碱性阴离子交换树脂 有两种：一种含三甲胺基(Ⅰ型) 和一种含二甲基-
β-羟基-乙基胺基团 (Ⅱ型) 其交换能力与外界溶液的pH无关
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一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
4）弱碱性阴离子交换树脂 其交换能力与外界溶液的pH降低而增大，一般宜
在pH﹤ 7的溶液中使用。 功能基团如下: 伯胺基团-NH2； 仲胺基团- NHR； 叔胺基团- N(R)2；
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一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
水性两大类： 1）、树脂类（疏水性）离子交换剂： 其基质是人工合成的、与水结合力交换剂分类、合成、理化性能和测定方法 --离子交换剂分类
2）、多糖类（亲水性）离子交换剂： 其基质是天然的或人工合成的、与水结合力较大
的物质 常用的有纤维素、交联纤维素、交联葡聚糖、交
（3）交换速度 （慢）
（4）选择性（高）
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第二节 离子交换剂分类、结构、合成、理化性 能和测定方法
五、离子交换树脂的理化性能与测定方法 1、物理性能 (1)．粒度 ①有效粒径是指筛分树脂时，10%体积的树脂颗粒通过，
而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。 ②均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径（d60%）
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++++++
Starting buffercounter-ions
Substances to be separated
Gradient ions
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离子交换剂通常是一种不溶性高分子化合物， 如树脂，纤维素，葡聚糖，琼脂糖等，它的分子中 含有可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液 中的其它阳离子或阴离子起交换作用。
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虽然交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进 行时，由于连续添加新的交换溶液，平衡不断按正 方向进行，直至完全。因此可以把离子交换剂上的 离子全部洗脱下来。同理，当一定量的溶液通过交 换柱时，由于溶液中的离子不断被交换而浓度逐渐 减少，因此也可以全部被交换并吸附在树脂上。
如果有两种以上的成分被交换吸着在离子交换剂 上，用洗脱液洗脱时，被洗脱的能力则决定于各自 离子交换反应的平衡常数。
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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。
在第二次世界大战中，美国获得了苯乙烯系和丙 烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。它开创 了当今离子交换树脂制造方法的基础。
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离子交换法概述
离子交换树脂的发展
❖ 50年代以后，开展了膜状离子交换树脂的研究,开辟了 电化学的新领域。
❖ 50年代末，60年代初期, 又研制出耐压、耐磨、高交 换速度、能交换或吸着高分子量化合物的大孔离子交 换树脂。70年代以后，出现了各种大孔吸附树脂及特 种树脂。
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离子交换法概述
离子交换树脂的发展
离子交换树脂的出现已有近80年的历史. 离子交换树脂发展史上的3个重要阶段 ❖ 1933年Adams和Hofms发明了缩聚类酚醛型阳、阴
离子交换树脂, ❖ 二战及二战后期离子交换树脂大发展
1939年德国法本公司和1941年美国的树脂产品和 化学品公司先后开始工业生产，
❖ 带同种电荷的不同离子虽都可以结合到同一介 质上，但由于带电量不同，与介质的结合牢度 不同，改变洗脱条件可依次被洗脱而达到分离 的目的。
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离子交换法概述
离子交换层析原理
①
开始--- Nhomakorabea+-
+
-
-
②
吸附
解 吸
③
剂 解吸
④
解吸结束
再
生 剂
⑤
再生
样 品
-
-
+++-+++
-
+++++++
+++++++
++++++
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对于生物大分子而言，作用原理是带电的生物大 分子和离子交换色谱填料上的离子基团进行交换而 被分离纯化。
生物大分子电荷性不同，与离子交换层析介质的 离子基团间的作用力强弱也存在差异；
当使用高浓度盐溶液进行洗脱时，与离子交换层 析介质结合力弱的待分离分子先被洗脱下来，而结 合力强的分子后被洗脱下来，从而达到分离纯化的 目的。
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离子交换法概述
二、离子交换层析原理
❖ 离子交换法是通 过带电的溶质分 子与离子交换剂 中可交换的离子 进行交换而达到 分离纯化的方法。
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离子交换法概述
离子交换层析原理
❖ 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。
❖ 选择适当条件可使一些溶质分子变成离子态， 通过静电作用结合到离子交换剂上，而另一些 物质不能被交换，这两种物质就可被分离。
称为活性离子（反离子），它在树脂骨架中的 进进出出，就发生离子交换现象。
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离子交换法概述
离子交换树脂的结构-网络骨架
苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系 10
离子交换法概述
离子交换树脂结构
骨架：接有功能基团，本身是惰性
功能基团：连接在骨架 上，可与 相反离子结合
活性离子：与功能基团所带电荷相 反的可移动的离子
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离子交换基团不但可结合到纤维上，还可结合 到交联葡聚糖（Sephadex）和琼脂糖凝胶 （Sepharose）上。此法广泛应用于很多生化物质 (例如氨基酸、多肽、蛋白质、糖类、核苷和有机 酸等)的分析、制备、纯化，以及溶液的中和、脱 色等方面。
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它们的优点是: ⑴具有开放性支持骨架，大分子可以自由进入和迅 速扩散，故吸附容量大。 ⑵具有亲水性，对大分子的吸附不大牢固，用温和 条件即可以洗脱，不致引起蛋白质变性或酶的失活。 ⑶多孔性，表面积大、交换容量大，回收率高，可 用于分离和制备。
待交换分子：在吸附阶段可与活 性离子交换，与骨架上的功能基 团结合
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离子交换法概述
离子交换树脂结构的简单表示：
R－SO3－ H＋(Na＋)
阳离子交换树脂
高分子基质; 固定离子基团；反离子（活性离子）
R－SO3－骨架； SO3－ H＋(Na+) 化学功能基团。
活性离子为阳离子，称阳离子交换树脂， 与阳离子发生交换 活性离子为阴离子，称阴离子交换树脂， 与阴离子发生交换
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一、离子交换法概述
离子交换层析（Ion Exchange Chromatography IEC） 是在以离子交换剂为固定相，液体为流动相的系统 中进行的，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。离子交换作用是指一个溶液中的某一种组 分离子与一个固体中的另一种具有相同电荷的离子 互相调换位置，即溶液中的离子跑到固体上去，把 固体上的离子替换下来。
❖ 我国在1950年以后开始离子交换树脂的研究， 1956年何炳林提出并合成了大孔型离子交换树脂 1958年，离子交换树脂在国内正式投入工业化生
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离子交换法概述
离子交换树脂的结构
其结构由三部分组成： ❖ 1.不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架
（基质），使树脂具有化学稳定性和机械强度； ❖ 2.是与骨架相联的功能基团（电荷基团）； ❖ 3.是与功能基团带相反电荷的可移动的离子，
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生物分离过程的一般流程
原料液
细胞分离(离心，过滤)
路线一 细胞－胞内产物
路线二 清液－胞外产物
路线一B 包含体 溶解(加盐酸胍、脲)
复性
细胞破碎 碎片分离
路线一A
粗分离(沉淀/膜过滤/萃取)
纯化(离子交换/层析/吸附
脱盐(凝胶过滤、超滤) 浓缩(超滤)
精制(结晶、干燥)
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本章内容
❖ 什么是离子交换？ ❖ 离子交换的机理是什么？ ❖ 离子交换树脂的分类？ ❖ 离子交换树脂的理化性质有哪些？ ❖ 离子交换的选择性受哪些因素影响？ ❖ 基本的离子交换操作过程是怎样的？