离子交换层析技术优秀课件
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离子交换柱层析法分离氨基酸(共19张PPT)
管进行光波吸收测定（测定570nm波长的光吸收 将层析管与恒流泵，恒流泵与梯度混合器联接。
试管太多，建议大家进行水浴时使用铝制试管架或100mL烧杯水浴，使用橡皮筋绑试管时一捆不要太多，否则中间的管容易脱出摔裂。
值）。以光吸收值为纵坐标，以洗脱体积为横坐 调节恒流泵流速，定时收集流出液并测量流出液的体积，根据流出液体积与所需时间计算其流速，反复调整测量直到流速约为1mL/min。
全部加在某一局限部位。
注意：平衡、加样、洗脱时都不能冲破树 脂表面
加样示意图
6.洗脱并收集:
将体积均70mL（建议适量多加）离子强度为 与的两种缓冲溶液分别加入到梯度混合器的两个 烧杯中。其中的加入到直接输出溶液的那个池， 如图
将层析管与恒流泵，恒流泵与梯度混合器联接。
同时开始用部分收集器开始收集洗脱液，管×50。
3、装柱
干净的烧杯内装入大约20mL树脂和10mL蒸馏水。
将层析管用层析管架固定在铁架台上适当高度， 一个同学一手手同学控制洗瓶加水的速度以及水流出的速度
注意：
1、装柱过程不可中断，倒树脂要缓慢均匀
2、刚开始倒树脂时，水流出速度要控制到很 小，同时可以适当多加点水。最后一段加水和放 水都要慢，装柱过程中水面一定不能低于树脂， 但也不能溢出。
18cm
端倒 面好 高平 的 整层 ，析 无管 气 泡 ， 约
4．平衡：
将层析管与恒流泵联接，从烧杯中吸取钠 离子强度为的柠檬酸缓冲液平衡层析柱，流出 液达床体积的四倍以上时，用pH试纸测流出的 液体的pH，直到和缓冲液的pH一样时（即试管
内的pH和缓冲液一样）即可上样。在平衡同时 进行调速：
调节恒流泵流速，定时收集流出液并测量流 出液的体积，根据流出液体积与所需时间计算其
试管太多，建议大家进行水浴时使用铝制试管架或100mL烧杯水浴，使用橡皮筋绑试管时一捆不要太多，否则中间的管容易脱出摔裂。
值）。以光吸收值为纵坐标，以洗脱体积为横坐 调节恒流泵流速，定时收集流出液并测量流出液的体积，根据流出液体积与所需时间计算其流速，反复调整测量直到流速约为1mL/min。
全部加在某一局限部位。
注意：平衡、加样、洗脱时都不能冲破树 脂表面
加样示意图
6.洗脱并收集:
将体积均70mL（建议适量多加）离子强度为 与的两种缓冲溶液分别加入到梯度混合器的两个 烧杯中。其中的加入到直接输出溶液的那个池， 如图
将层析管与恒流泵，恒流泵与梯度混合器联接。
同时开始用部分收集器开始收集洗脱液，管×50。
3、装柱
干净的烧杯内装入大约20mL树脂和10mL蒸馏水。
将层析管用层析管架固定在铁架台上适当高度， 一个同学一手手同学控制洗瓶加水的速度以及水流出的速度
注意：
1、装柱过程不可中断，倒树脂要缓慢均匀
2、刚开始倒树脂时，水流出速度要控制到很 小，同时可以适当多加点水。最后一段加水和放 水都要慢，装柱过程中水面一定不能低于树脂， 但也不能溢出。
18cm
端倒 面好 高平 的 整层 ，析 无管 气 泡 ， 约
4．平衡：
将层析管与恒流泵联接，从烧杯中吸取钠 离子强度为的柠檬酸缓冲液平衡层析柱，流出 液达床体积的四倍以上时，用pH试纸测流出的 液体的pH，直到和缓冲液的pH一样时（即试管
内的pH和缓冲液一样）即可上样。在平衡同时 进行调速：
调节恒流泵流速，定时收集流出液并测量流 出液的体积，根据流出液体积与所需时间计算其
离子交换层析PPT课件
强碱性，聚苯乙烯树脂 弱碱性，二乙氨乙基纤维素
第10页/共51页
一些常用的纤维素离子交换剂
离子交换剂 可电离基团 可电离基团结构
阳离子交换剂
CM-纤维素（弱酸性） 羧甲基
P-纤维素（中强酸性） 磷酸基
SE-纤维素（强酸性） 磺乙基
阴离子交换剂
=O
=O =O
-
CH2COO H
–O-P-OH OH
-O- CH2-CH2-S-OH
酸碱处理的次序决定了离子交换剂携带反离子的类型。在每 次用酸(或碱)处理后，均应先用水洗涤至近中性，再用碱(或酸) 处理。末了用水洗涤至中性，经缓冲液平衡后即可使用或装柱。
第26页/共51页
再 生：使用过的离子交换剂，可采用一定的方法使 其恢复原来的性状，这一过程叫做再生。再生可以 通过上述的酸、碱反复处理完成 转 型：指离子交换剂由一种反离子转为另一种反离 子的过程。比如，欲使阳离子交换剂转成钠型时， 则需用NaOH处理；欲使其转成氢型时，则需用HCl 处理；欲使其带铵离子时，则需用NH4OH或NH4Cl 处理。
例如： RA + B+
RB + A+
第5页/共51页
离子交换剂应满足的基本条件：
① 有高度的不溶性。即在各种溶剂中不发生溶解 ② 有疏松的多孔结构或巨大的表面积，使交换离子 能在交换剂中进行自由扩散和交换； ③ 有较多的交换基团； ④ 有稳定的物理化学性质。在使用过程中，不因物 理或化学因子的变化而发生分解和变形等现象。
第37页/共51页
分离结束
低
高
盐
盐
第38页/共51页
四、操作注意点
（一）离子交换剂的选择
原则： 根据被分离物质的性质选择—同一性质离子交换剂中选用对被分离物质各组分之
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一些常用的纤维素离子交换剂
离子交换剂 可电离基团 可电离基团结构
阳离子交换剂
CM-纤维素（弱酸性） 羧甲基
P-纤维素（中强酸性） 磷酸基
SE-纤维素（强酸性） 磺乙基
阴离子交换剂
=O
=O =O
-
CH2COO H
–O-P-OH OH
-O- CH2-CH2-S-OH
酸碱处理的次序决定了离子交换剂携带反离子的类型。在每 次用酸(或碱)处理后，均应先用水洗涤至近中性，再用碱(或酸) 处理。末了用水洗涤至中性，经缓冲液平衡后即可使用或装柱。
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再 生：使用过的离子交换剂，可采用一定的方法使 其恢复原来的性状，这一过程叫做再生。再生可以 通过上述的酸、碱反复处理完成 转 型：指离子交换剂由一种反离子转为另一种反离 子的过程。比如，欲使阳离子交换剂转成钠型时， 则需用NaOH处理；欲使其转成氢型时，则需用HCl 处理；欲使其带铵离子时，则需用NH4OH或NH4Cl 处理。
例如： RA + B+
RB + A+
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离子交换剂应满足的基本条件：
① 有高度的不溶性。即在各种溶剂中不发生溶解 ② 有疏松的多孔结构或巨大的表面积，使交换离子 能在交换剂中进行自由扩散和交换； ③ 有较多的交换基团； ④ 有稳定的物理化学性质。在使用过程中，不因物 理或化学因子的变化而发生分解和变形等现象。
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分离结束
低
高
盐
盐
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四、操作注意点
（一）离子交换剂的选择
原则： 根据被分离物质的性质选择—同一性质离子交换剂中选用对被分离物质各组分之
离子交换层析分离技术.ppt
②吾祖死于是，吾父死于是。（柳宗元《捕蛇者说》）
２、“于是”后来虚化为连词，一般用在句子开 头，连接后一句与前一句，或后一段与前一段， 表示承接或因果关系，和现代汉语“于是”用法 相同。 ①居顷之，石建卒。于是上召广代建为郎中令。 （《李将军传》）
②于是秦王不怿，为一击缶。（《史记·廉颇蔺 相如列传》）
“于”在文言文中主要用作介词。它不能单独充当句子成 分，而是要与其它词或短语组成介宾结构，然后再和其它词 发生关系。
用“于”字构成的介宾结构，多数情况下，用在动词、 形容词之后作补语，有时也可以前置作状语。
“于”的作用有四个方面：
一、引进动作、行为发生的时间、地点
①子于是日哭，则不歌。（《论语·述而》） ②是干戚用于古，不用于今也。（《五蠹》） ③遂置姜氏于城颖。（《左传·隐公元年》） ④权起更衣，肃追于宇下。（《资治通鉴·赤壁之战》）
二、引进动作、行为所涉及的对象、方面 ①季康子问政于孔子。（《论语·颜渊》） ②于赵则有功矣，于魏则未为忠臣也。《史记·魏公子列传》 ③上古竞于道德，中世逐于智谋，当今争于气力。《五蠹》 ④青取之于蓝。（《荀子·劝学》 三、引进动作、行为的主动者 ①劳心者制人，劳力者制于人。（《孟子·滕文公上》） ②吾不能举全吴之地、十万之众，受制于人。《赤壁之战》
能力训练
之子于归,宜其室家。（《诗·周南·桃夭》） 毛先生以三寸之舌,强于百万之师。（《史记·平原君
虞卿列传》） 于其身也,则耻师焉,惑矣。（唐·韩愈《师说》） 青出于蓝而胜于蓝 。（《劝学》） 臣诚恐见欺于王而负赵。（《史记·廉颇蔺相如列传》） 子贡贤于仲尼。（《论语·述而》） 夫子固拙于用大也。（《庄子·逍遥游》）
3、连接状语和中心语，不译。 ①黔无驴，有好事者船载以入。
２、“于是”后来虚化为连词，一般用在句子开 头，连接后一句与前一句，或后一段与前一段， 表示承接或因果关系，和现代汉语“于是”用法 相同。 ①居顷之，石建卒。于是上召广代建为郎中令。 （《李将军传》）
②于是秦王不怿，为一击缶。（《史记·廉颇蔺 相如列传》）
“于”在文言文中主要用作介词。它不能单独充当句子成 分，而是要与其它词或短语组成介宾结构，然后再和其它词 发生关系。
用“于”字构成的介宾结构，多数情况下，用在动词、 形容词之后作补语，有时也可以前置作状语。
“于”的作用有四个方面：
一、引进动作、行为发生的时间、地点
①子于是日哭，则不歌。（《论语·述而》） ②是干戚用于古，不用于今也。（《五蠹》） ③遂置姜氏于城颖。（《左传·隐公元年》） ④权起更衣，肃追于宇下。（《资治通鉴·赤壁之战》）
二、引进动作、行为所涉及的对象、方面 ①季康子问政于孔子。（《论语·颜渊》） ②于赵则有功矣，于魏则未为忠臣也。《史记·魏公子列传》 ③上古竞于道德，中世逐于智谋，当今争于气力。《五蠹》 ④青取之于蓝。（《荀子·劝学》 三、引进动作、行为的主动者 ①劳心者制人，劳力者制于人。（《孟子·滕文公上》） ②吾不能举全吴之地、十万之众，受制于人。《赤壁之战》
能力训练
之子于归,宜其室家。（《诗·周南·桃夭》） 毛先生以三寸之舌,强于百万之师。（《史记·平原君
虞卿列传》） 于其身也,则耻师焉,惑矣。（唐·韩愈《师说》） 青出于蓝而胜于蓝 。（《劝学》） 臣诚恐见欺于王而负赵。（《史记·廉颇蔺相如列传》） 子贡贤于仲尼。（《论语·述而》） 夫子固拙于用大也。（《庄子·逍遥游》）
3、连接状语和中心语，不译。 ①黔无驴，有好事者船载以入。
离子交换层析及应用页PPT文档
W m — 单体相重量
1.5 交换容量Q
交换容量 Q ：
是表示单位质量（每克）干树脂所能交换的离子（相 当于一价离子）的物质的量。其标志离子交换树脂交换能 量的大小，是衡量离子交换树脂性能的重要的参数。
可分为总交换容量和工作交换容量
总交换容量：是指离子交换剂所能提供交换离子的总量，
工作交换容量：在一定操作条件下实际测得的交换容量称 为。
使用 pH 范围 pH > 2 pH > 7
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-
pH < 4
—N+HR2 OH-
含有特殊螯合基团的树脂
两性交换树脂 电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
离子交换树脂的结构 带有活性基团的网状高分子聚合物
骨架
活性基团 酸性基团
—SO3H —COOH
酚醛树脂 聚乙烯树脂
OH + CH2O
C H =C H 2 +
C H =C H 2
C H =C H 2
交联剂
碱性基团
—N+R3 —NR2
特殊基团
树脂的网络骨架
离子交换树脂三维空间立体结构
1.2 离子交换树脂的分类
特点：活性基因存在于单体，交换容量大。
110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。
724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸 甲酯和二乙烯苯三元共聚而得 。
常用离子交换树脂特性表
20
1.3 树脂的命名
1.5 交换容量Q
交换容量 Q ：
是表示单位质量（每克）干树脂所能交换的离子（相 当于一价离子）的物质的量。其标志离子交换树脂交换能 量的大小，是衡量离子交换树脂性能的重要的参数。
可分为总交换容量和工作交换容量
总交换容量：是指离子交换剂所能提供交换离子的总量，
工作交换容量：在一定操作条件下实际测得的交换容量称 为。
使用 pH 范围 pH > 2 pH > 7
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-
pH < 4
—N+HR2 OH-
含有特殊螯合基团的树脂
两性交换树脂 电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
离子交换树脂的结构 带有活性基团的网状高分子聚合物
骨架
活性基团 酸性基团
—SO3H —COOH
酚醛树脂 聚乙烯树脂
OH + CH2O
C H =C H 2 +
C H =C H 2
C H =C H 2
交联剂
碱性基团
—N+R3 —NR2
特殊基团
树脂的网络骨架
离子交换树脂三维空间立体结构
1.2 离子交换树脂的分类
特点：活性基因存在于单体，交换容量大。
110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。
724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸 甲酯和二乙烯苯三元共聚而得 。
常用离子交换树脂特性表
20
1.3 树脂的命名
离子交换层析 PPT
此类交换剂是在基质骨架上引入季胺[-N (CH3)3]、叔胺[N(CH3)2]、仲胺[-NHCH3]和伯胺[-NH2]基团后构成的。
依据胺基碱性的强弱,又可分为强碱性(含季胺基)、弱碱性 (含叔胺、仲胺基)及中强碱性(既含强碱性基团又含弱碱性基 团)三种阴离子交换剂。
它们与溶液中的离子进行交换时,反应式为:
依据电荷基团的强弱,可分为强酸型(带磺酸的基团,R－ SO3H)、中强酸型(含磷酸基团或亚磷酸基团,R－PO3H2)及 弱酸型(带羧基和酚基的树脂, R－COOH或R－苯环－OH) 三种。
这些交换剂在交换时,氢离子为外来的阳离子所取代,如下 式所示:
R－COOH＋Na+＝R－COONa＋＋H+
②阴离子交换剂
离子交换层析就是利用离子交换剂的荷电基团,吸附溶 液中相反电荷的离子或离子化合物,被吸附的物质随后为带 同类型电荷的其他离子所置换而被洗脱。由于各种离子或离 子化合物对交换剂的结合力不同,因而洗脱的速率有快有慢, 形成了层析层。
离子交换机理
❖ A+自溶液中扩散到树脂表面 ❖ A+从树脂表面进入树脂内部的
素（ DEAE-C ）
交换剂
— (CH 2 ) 2 N + H (C 2 H 5 ) 2
0.1~1.0
pH<8.6
氨基乙基纤维素 中等碱型阴离
（ AE-C ）
子交换剂
— (CH 2 ) 2 N + H 2
Ecteda 纤维素 （ ECTE-C ）
中等碱型阴离 子交换剂 — (CH 2 ) 2 N + (C 2 H 4 OH) 3
(2) 亲水性离子交换剂
与水亲和性较大,有纤维素、交联葡聚糖、交联琼脂糖等。 ①纤维素离子交换剂
依据胺基碱性的强弱,又可分为强碱性(含季胺基)、弱碱性 (含叔胺、仲胺基)及中强碱性(既含强碱性基团又含弱碱性基 团)三种阴离子交换剂。
它们与溶液中的离子进行交换时,反应式为:
依据电荷基团的强弱,可分为强酸型(带磺酸的基团,R－ SO3H)、中强酸型(含磷酸基团或亚磷酸基团,R－PO3H2)及 弱酸型(带羧基和酚基的树脂, R－COOH或R－苯环－OH) 三种。
这些交换剂在交换时,氢离子为外来的阳离子所取代,如下 式所示:
R－COOH＋Na+＝R－COONa＋＋H+
②阴离子交换剂
离子交换层析就是利用离子交换剂的荷电基团,吸附溶 液中相反电荷的离子或离子化合物,被吸附的物质随后为带 同类型电荷的其他离子所置换而被洗脱。由于各种离子或离 子化合物对交换剂的结合力不同,因而洗脱的速率有快有慢, 形成了层析层。
离子交换机理
❖ A+自溶液中扩散到树脂表面 ❖ A+从树脂表面进入树脂内部的
素（ DEAE-C ）
交换剂
— (CH 2 ) 2 N + H (C 2 H 5 ) 2
0.1~1.0
pH<8.6
氨基乙基纤维素 中等碱型阴离
（ AE-C ）
子交换剂
— (CH 2 ) 2 N + H 2
Ecteda 纤维素 （ ECTE-C ）
中等碱型阴离 子交换剂 — (CH 2 ) 2 N + (C 2 H 4 OH) 3
(2) 亲水性离子交换剂
与水亲和性较大,有纤维素、交联葡聚糖、交联琼脂糖等。 ①纤维素离子交换剂
大学课程离子交换层析课件
补充材料
1．离子交换树脂的结构（1）
离子交换树脂的结构可分为骨架（基体）
以及离子交换功能团，其中骨架是立体网状结 构的高分子聚合物。目前最常用的离子交换树 脂是苯乙烯—二乙烯苯的聚合物，示意图为：
CH=CH2
+
CH=CH2
CH2 -CH2-CH2-CH2 - CH2-CH2
DE-52
• DEAE纤维素（DE-52）属于弱碱性阴离子 交换剂，经过化学处理，纤维素分子部分 羟基被二乙氨基乙基[-O-CH2-CH2N+(C2H5)2]取代。
• 该交换剂对大分子蛋白质通透性好，交换 容量大，分辨率高，是生物化学中常用的 分离大分子蛋白质和核酸的离子交换剂。
步骤
逐渐增 加盐离 子浓度 进行梯 度清洗
2、常见的高分子聚合物基质
• 纤维素的结构：
3、电荷基团
• 阳离子交换剂： 常见的带有SO3－ 或COO－基团
类型
结构
活性机团
使用pH值
强酸型
交联的聚苯乙 －SO3H
烯
（磺酸基）
0~14
弱酸型 聚丙烯酸
－COOH（羧 基）
－OH （酚羟基）
不能小4 不能小于9.5
3、电荷基团
• 阴离子交换剂：常见的带有N＋R基团(R可以 是甲基、乙基等小烃基）
（四）洗脱1、洗 脱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， 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。
0.5mol/L
NaNO3
Cl-
浓 度
Br-
2mol/L NaNO3 I-
0 40 80 120 160 200 240 280 320 体积/mL 图5-3 Cl-，Br-和I-的分步淋洗
生物分离工程离子交换层析(色谱)课件PPT
离子交换(IEC)的应用及特点
GFC — 主要用于产物的初步纯化和中后期脱盐 IEC — 是蛋白质、肽和核酸等生物产物的主要纯化 手段 IEC分离的特点：
（1）料液处理量大，具有浓缩作用，可在较高流速下操作； （2）应用范围广泛，优化操作条件可大幅度提高分离的 选择性，所需柱长较短； （3）产品回收率高； （4）商品化的离子交换剂种类多，选择余地大，价格也远低 于亲合吸附剂。
洗脱方式： 恒定洗脱法：洗脱液（流动相）的离子强度不变； 缺点：对于在吸附柱上分配系数相差较大的蛋白 质很难实现很好的分离。 线性梯度洗脱法或阶段梯度洗脱法： 除GFC以外的层析操作均采用此种方法。 在洗脱过程中，流动相的离子强度线性增大 或阶段梯度增大，因此溶质的分配系数连续降低， 移动速度逐渐增大，使恒定洗脱条件下难于脱附 的溶质得到洗脱。
三、HIC操作 上样及洗脱的一般规律： 在高盐浓度条件下，蛋白质与固定相疏水缔 合；浓度降低时，疏水作用减弱，逐步被洗脱下 来。一般用pH 6-8的盐水溶液[如（NH4）2SO4]。 盐的浓度影响蛋白质的疏水性，从而影响蛋白质 的保留值。 盐：Na2SO4，KH2PO4，NaHPO4，(NH4)2SO4，NH4OAc， KOAc，NaOAc，NaCl 盐析作用增强
是介于等度洗脱和线性洗脱中间 的洗脱手段 盐 浓 度
时 间
阶段梯度洗脱示意图
线性梯度洗脱和阶段梯度洗脱法的优缺点如下：
（1）线性梯度洗脱法： 优点：流动相离子强度（盐浓度）连续增大，不出现干 扰峰，操作范围广； 缺点：需要特殊的调配浓度梯度的设备。 （2）阶段梯度洗脱法： 优点：利用切换不同盐浓度的流动相溶液进行洗 脱，不 需要特殊梯度设备，操作简单； 缺点：因为流动相浓度不连续变化，容易出现干扰峰。 此外，容易出现多组分洗脱峰重叠的现象，因此 洗脱操作参数（如盐浓度，体积）的设计较困难。
离子交换层析法课件
在平衡分离过程中，影响分离效果的因素主要包括固定相的离子交换容量、流动相的组成和pH值、温度 等。通过调整这些参数，可以优化分离效果。
动力学分离过程
动力学分离过程是指离子交换层析在 未达到平衡状态时，利用离子的动力 学差异进行分离的过程。与平衡分离 过程相比，动力学分离过程所需时间 较短，通常在数分钟至数小时内完成 。
原理
离子交换层析法的原理基于不同生物 分子所带电荷的差异，通过与离子交 换剂上的可交换离子进行交换，实现 生物分子的分离和纯化。
发展历程与现状
发展历程
离子交换层析法自20世纪50年代问世以来，经历了不断改进和完善的过程，目前已成为生物分子分离纯化的重要 手段之一。
现状
随着蛋白质组学、基因组学等生物技术的快速发展，离子交换层析法在生物样品制备、蛋白质纯化等领域的应用 越来越广泛，成为生物医药、生物工程等领域不可或缺的技术手段。
离子交换层析法课件
目录
• 离子交换层析法概述 • 离子交换剂 • 离子交换层析分离过程 • 离子交换层析法的应用 • 离子交换层析法的优缺点 • 实验操作与注意事项
01
离子交换层析法概述
定义与原理
定义
离子交换层析法是一种利用离子交换 剂作为固定相，通过离子交换和吸附 分离蛋白质、多肽等生物分子的分离 纯化技术。
02
固定床分离过程的特点是操作简便、分离效果好。由于离 子交换剂固定在分离柱中，可以避免离子交换剂流失和污 染。同时，由于离子交换剂的利用率较高，因此该方法在 处理大规模样品时具有较高的实用价值。
03
在固定床分离过程中，影响分离效果的因素主要包括固定 相的粒径和孔径、流动相的流速和组成等。通过调整这些 参数，可以优化分离效果。
离子交换层析法可用于水中重金属离子的检 测，为环境监测提供有力手段。
动力学分离过程
动力学分离过程是指离子交换层析在 未达到平衡状态时，利用离子的动力 学差异进行分离的过程。与平衡分离 过程相比，动力学分离过程所需时间 较短，通常在数分钟至数小时内完成 。
原理
离子交换层析法的原理基于不同生物 分子所带电荷的差异，通过与离子交 换剂上的可交换离子进行交换，实现 生物分子的分离和纯化。
发展历程与现状
发展历程
离子交换层析法自20世纪50年代问世以来，经历了不断改进和完善的过程，目前已成为生物分子分离纯化的重要 手段之一。
现状
随着蛋白质组学、基因组学等生物技术的快速发展，离子交换层析法在生物样品制备、蛋白质纯化等领域的应用 越来越广泛，成为生物医药、生物工程等领域不可或缺的技术手段。
离子交换层析法课件
目录
• 离子交换层析法概述 • 离子交换剂 • 离子交换层析分离过程 • 离子交换层析法的应用 • 离子交换层析法的优缺点 • 实验操作与注意事项
01
离子交换层析法概述
定义与原理
定义
离子交换层析法是一种利用离子交换 剂作为固定相，通过离子交换和吸附 分离蛋白质、多肽等生物分子的分离 纯化技术。
02
固定床分离过程的特点是操作简便、分离效果好。由于离 子交换剂固定在分离柱中，可以避免离子交换剂流失和污 染。同时，由于离子交换剂的利用率较高，因此该方法在 处理大规模样品时具有较高的实用价值。
03
在固定床分离过程中，影响分离效果的因素主要包括固定 相的粒径和孔径、流动相的流速和组成等。通过调整这些 参数，可以优化分离效果。
离子交换层析法可用于水中重金属离子的检 测，为环境监测提供有力手段。
层析分离技术—离子交换层析法分离氨基酸(生物分离技术课件)
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。
一.离子交换层析的分离原理
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%。
一.离子交换层析的分离原理
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。第一容器中任何时间的浓度都可用下式进行计算：
一.离子交换层析的分离原理
一.离子交换层析的分离原理
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。
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。
一.离子交换层析的分离原理
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%。
一.离子交换层析的分离原理
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。第一容器中任何时间的浓度都可用下式进行计算：
一.离子交换层析的分离原理
一.离子交换层析的分离原理
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。
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，又称功能基团。 • （3）与功能基团以离子键连接的可移动的活性
离子，亦称平衡离子。
• 如聚苯乙烯磺酸型钠树脂。
11
阳离子交换树脂分类
• 强酸型树脂：磺酸型树脂，功 能基团为磺酸根(—SO3H)及甲 基磺酸根(—CH2SO3H)，有好 的解离能力。
• 中酸性树脂：磷酸型树脂（—
PO3H2 ）
• 弱酸性树脂：羧酸型树脂和酚
• 国外一些产品用字母C代表阳离子树脂 （C为cation的第一个字母），A代表阴 离子树脂（A为Anion的第一个字母）， 如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和 阴树脂，亦分别代表阳树脂和阴树脂。
离子交换树脂的骨架(p126)
（一）苯乙烯型离子交换树脂 • 由苯乙烯与二
乙烯苯经过氧 苯甲酰催化聚 合而成。
，交换速度下降一个数量级。 • 5、温度。 • 6、离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而
加快。
29
第四节 离子交换树脂的性能
• 一、离子交换对树脂的基本要求 • 二、影响树脂性能的几个因素 • 三、主要理化常数的测定
30
一、离子交换对树脂的 基本要求*(p126)：
• 1、有尽可能大的交换容量。 • 2、有良好的交换选择性。 • 3、化学性质稳定。 • 4、化学动力学性能好。 • 5、物理性能好。
代下来。
• 对阳子交换树脂而言，目的物的pI值愈大 （愈碱），将其洗脱下来所需溶液的pH值也 愈高。
5
离子交换树脂吸附和洗脱过程
（1）X+为平衡离子，YH+及Z+为待分离离子；
（2）YH+和Z+取代X+而被吸附；
（3）加碱后YH+失去正电荷，被洗脱；
（4）提高X+的浓度取代出Z+
6
树脂的选择
心。 • 3、平衡离子A+ 与离子B+交换。 • 4、B+从交换中心扩散到离子表面。 • 5、B+ 再扩散到溶液中。
27
粒子扩散
• 速度：
•
颗粒孔径、
•
颗粒半径、
•
树脂交换容量、
•
离子A+的半径与电荷、
•
平衡离子的性质（电荷、半径）
。
28
离子交换速度的影响因素：
• 1、树脂粒度：树脂粒度大，交换速度慢。 • 2、搅拌速度 • 3、树脂交联度：交联度大，交换速度低。 • 4、离子半径和离子价：离子每增加一个电荷
• 蛇笼树脂：脱盐 • 螯形树脂：金属离子 • 吸附树脂 ：“脱色树脂” • 热再生离子交换树脂：
25
常用离子交换树脂特性表
•
26
第三节 离子交换(p129)
• R－B+ + A+ R－A+ + B+ • 离子交换过程： • 1、A+从溶液扩散到树脂表面。 • 2、A+从树脂颗粒表面扩散到颗粒中
101树脂？ D011树脂？
• 分类名称： 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螫合性 两性-氧化还原性
• 骨架名称： 苯乙烯系 丙烯酸系 醋酸系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
• 强酸类 1～100号； • 弱酸类 101～200； • 强碱类201～300； • 弱碱类301~400； • 中强酸类401～500 • 交联度：是合成载体骨架时交联剂重量的百分数，
• pH大于等电点时，物质带负电荷， 与阴离子交换剂进行交换；
• pH小于等电点时，物质带正电荷， 可以与阳离子交换剂进行交换。
8
蛋白质等电点与所用交换剂
9
离子交换技术的应用
10
第二节 离子交换树脂的结构和种类
• 离子交换树脂构成： • （1）惰性的不溶性高分子固定骨架，称载体。 • （2）与载体共价键连接的不能移动的活性基团
31
二、影响树脂性能的几个因素
• 1、离子交换树脂具有的功能基团性质和数 目，数目是其交换容量的基础。（pH）
• 2、树脂的交联度——树脂强度、交换选择 性、动力学性质。
• 3、树脂骨架和平衡离子。
32
pH对交换容量的影响
离子交换层析技术优秀课件
第一节 基本原理与特点
• 离子交换法：利用溶液中带电粒子与离 子交换剂之间结合力的差异进行物质分 离的操作方法。
• 带电粒子与离子交换剂间的作用力是静 电力。
• 电荷密度、电荷种类
2
离子交换剂
• 离子交换剂：由惰性的不溶性载体、功能基团 和平衡离子组成。
• 阳离子交换剂：平衡离子带正电荷。 • 阴离子交换剂：平衡离子带负电荷。 • R-X+ + Y+ R-Y+ + X+
• R-表示阳离子交换剂的功能基团和载体；X+ 为平衡离子；Y+为交换离子。
3
吸附
• 选择性吸附：调节溶液的pH值，使目的 物带有相当数量的静电荷，而主要杂质 离子带相反电荷或较弱的电荷。
• 选择合适的树脂（如阳离子交换树脂） ，便可使目的物被离子交换树脂吸附， 而杂质较少被吸附。
4
洗脱
• （1）调节洗脱液的pH值。 • （2）用高浓度的同性离子将目的物离子取
用“×”将树脂编号与交联度分开。 • 弱酸101 ×4其交联度为4％。 • 国内常用树脂命名：724；732(001×7)；717
19
• 大孔树脂在型号前加“D”，凝胶型树脂 的交联度值可在型号后用“×”号连接阿 拉伯数字表示。如D011×7，表示大孔
强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交 联度为7。
• 交联度
21
22
（二）丙烯酸型离子交换树脂
丙烯酸型阳离子交换树脂：是由丙烯酸甲酯 与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。
23
丙烯酸型阳离子交换树脂
• 110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。 • 724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲
酯和二乙烯苯三元共聚而得 。
24
（三）阴离子及其它交换树脂
两性树脂： 蛇笼树脂(snake-cage resins)
16
离子交换树脂的命名
• 离子交换树脂的命名方式：
• 离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组 成，第一位数字代表产品的分类，第二位 数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序 号用以区别基因、交联剂等的差异。
• 表8-1 树脂型号中的一、二位数字的意义 • 代号： 0 1 2 3 4 5 6
型树脂（—COOH ,
），
在酸性环境中解离度受到抑制
。 12
阴离子交换树脂
• 强碱型阴离子交换树脂： •
• 弱碱型阴离子交换树脂：活性基团为伯、仲、叔胺 基。在碱性环境中解离度受到抑制。
• 中强碱性阴离子交换树脂：兼有以上两类活性基团。
13
离子交换树脂功能基团的电离常数
14
离子交换树脂的性能
15
离子，亦称平衡离子。
• 如聚苯乙烯磺酸型钠树脂。
11
阳离子交换树脂分类
• 强酸型树脂：磺酸型树脂，功 能基团为磺酸根(—SO3H)及甲 基磺酸根(—CH2SO3H)，有好 的解离能力。
• 中酸性树脂：磷酸型树脂（—
PO3H2 ）
• 弱酸性树脂：羧酸型树脂和酚
• 国外一些产品用字母C代表阳离子树脂 （C为cation的第一个字母），A代表阴 离子树脂（A为Anion的第一个字母）， 如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和 阴树脂，亦分别代表阳树脂和阴树脂。
离子交换树脂的骨架(p126)
（一）苯乙烯型离子交换树脂 • 由苯乙烯与二
乙烯苯经过氧 苯甲酰催化聚 合而成。
，交换速度下降一个数量级。 • 5、温度。 • 6、离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而
加快。
29
第四节 离子交换树脂的性能
• 一、离子交换对树脂的基本要求 • 二、影响树脂性能的几个因素 • 三、主要理化常数的测定
30
一、离子交换对树脂的 基本要求*(p126)：
• 1、有尽可能大的交换容量。 • 2、有良好的交换选择性。 • 3、化学性质稳定。 • 4、化学动力学性能好。 • 5、物理性能好。
代下来。
• 对阳子交换树脂而言，目的物的pI值愈大 （愈碱），将其洗脱下来所需溶液的pH值也 愈高。
5
离子交换树脂吸附和洗脱过程
（1）X+为平衡离子，YH+及Z+为待分离离子；
（2）YH+和Z+取代X+而被吸附；
（3）加碱后YH+失去正电荷，被洗脱；
（4）提高X+的浓度取代出Z+
6
树脂的选择
心。 • 3、平衡离子A+ 与离子B+交换。 • 4、B+从交换中心扩散到离子表面。 • 5、B+ 再扩散到溶液中。
27
粒子扩散
• 速度：
•
颗粒孔径、
•
颗粒半径、
•
树脂交换容量、
•
离子A+的半径与电荷、
•
平衡离子的性质（电荷、半径）
。
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离子交换速度的影响因素：
• 1、树脂粒度：树脂粒度大，交换速度慢。 • 2、搅拌速度 • 3、树脂交联度：交联度大，交换速度低。 • 4、离子半径和离子价：离子每增加一个电荷
• 蛇笼树脂：脱盐 • 螯形树脂：金属离子 • 吸附树脂 ：“脱色树脂” • 热再生离子交换树脂：
25
常用离子交换树脂特性表
•
26
第三节 离子交换(p129)
• R－B+ + A+ R－A+ + B+ • 离子交换过程： • 1、A+从溶液扩散到树脂表面。 • 2、A+从树脂颗粒表面扩散到颗粒中
101树脂？ D011树脂？
• 分类名称： 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螫合性 两性-氧化还原性
• 骨架名称： 苯乙烯系 丙烯酸系 醋酸系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
• 强酸类 1～100号； • 弱酸类 101～200； • 强碱类201～300； • 弱碱类301~400； • 中强酸类401～500 • 交联度：是合成载体骨架时交联剂重量的百分数，
• pH大于等电点时，物质带负电荷， 与阴离子交换剂进行交换；
• pH小于等电点时，物质带正电荷， 可以与阳离子交换剂进行交换。
8
蛋白质等电点与所用交换剂
9
离子交换技术的应用
10
第二节 离子交换树脂的结构和种类
• 离子交换树脂构成： • （1）惰性的不溶性高分子固定骨架，称载体。 • （2）与载体共价键连接的不能移动的活性基团
31
二、影响树脂性能的几个因素
• 1、离子交换树脂具有的功能基团性质和数 目，数目是其交换容量的基础。（pH）
• 2、树脂的交联度——树脂强度、交换选择 性、动力学性质。
• 3、树脂骨架和平衡离子。
32
pH对交换容量的影响
离子交换层析技术优秀课件
第一节 基本原理与特点
• 离子交换法：利用溶液中带电粒子与离 子交换剂之间结合力的差异进行物质分 离的操作方法。
• 带电粒子与离子交换剂间的作用力是静 电力。
• 电荷密度、电荷种类
2
离子交换剂
• 离子交换剂：由惰性的不溶性载体、功能基团 和平衡离子组成。
• 阳离子交换剂：平衡离子带正电荷。 • 阴离子交换剂：平衡离子带负电荷。 • R-X+ + Y+ R-Y+ + X+
• R-表示阳离子交换剂的功能基团和载体；X+ 为平衡离子；Y+为交换离子。
3
吸附
• 选择性吸附：调节溶液的pH值，使目的 物带有相当数量的静电荷，而主要杂质 离子带相反电荷或较弱的电荷。
• 选择合适的树脂（如阳离子交换树脂） ，便可使目的物被离子交换树脂吸附， 而杂质较少被吸附。
4
洗脱
• （1）调节洗脱液的pH值。 • （2）用高浓度的同性离子将目的物离子取
用“×”将树脂编号与交联度分开。 • 弱酸101 ×4其交联度为4％。 • 国内常用树脂命名：724；732(001×7)；717
19
• 大孔树脂在型号前加“D”，凝胶型树脂 的交联度值可在型号后用“×”号连接阿 拉伯数字表示。如D011×7，表示大孔
强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交 联度为7。
• 交联度
21
22
（二）丙烯酸型离子交换树脂
丙烯酸型阳离子交换树脂：是由丙烯酸甲酯 与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。
23
丙烯酸型阳离子交换树脂
• 110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。 • 724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲
酯和二乙烯苯三元共聚而得 。
24
（三）阴离子及其它交换树脂
两性树脂： 蛇笼树脂(snake-cage resins)
16
离子交换树脂的命名
• 离子交换树脂的命名方式：
• 离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组 成，第一位数字代表产品的分类，第二位 数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序 号用以区别基因、交联剂等的差异。
• 表8-1 树脂型号中的一、二位数字的意义 • 代号： 0 1 2 3 4 5 6
型树脂（—COOH ,
），
在酸性环境中解离度受到抑制
。 12
阴离子交换树脂
• 强碱型阴离子交换树脂： •
• 弱碱型阴离子交换树脂：活性基团为伯、仲、叔胺 基。在碱性环境中解离度受到抑制。
• 中强碱性阴离子交换树脂：兼有以上两类活性基团。
13
离子交换树脂功能基团的电离常数
14
离子交换树脂的性能
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