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1、关于离子交换层析技术第一页，本课件共有107页第一节第一节基本原理与特点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离子交换法：利用溶液中带电粒子与离子交换剂之间换剂之间结合力结合力的差异进行物质分离的操的差异进行物质分离的操作方法。作方法。带电粒子与离子交换剂间的作用力是带电粒子与离子交换剂间的作用力是静电静电力力。电荷密度、电荷种类电荷密度、电荷种类2第二页，本课件共有107页离子交换剂离子交换剂离离子子交交换换剂剂：由由惰惰性性的的不不溶溶性性载载体体、功功能能基基团团和和平衡离子组成。平衡离子组成。阳离子交换剂：平衡离子带正电荷。阳离子交换剂：平衡离子带正电荷。阴离子交换剂：平
2、衡离子带负电荷。阴离子交换剂：平衡离子带负电荷。R-X+Y+R-Y+X+R R-表示阳离子交换剂的功能基团和载体；表示阳离子交换剂的功能基团和载体；表示阳离子交换剂的功能基团和载体；表示阳离子交换剂的功能基团和载体；X X+为平衡为平衡为平衡为平衡离子；离子；离子；离子；Y Y+为交换离子。为交换离子。为交换离子。为交换离子。3第三页，本课件共有107页吸附吸附选择性吸附选择性吸附：调节溶液的调节溶液的pH值，值，使目的物使目的物带有相当数量的静电荷，而主要杂质离子带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。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），便选择合适
3、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，而杂质较可使目的物被离子交换树脂吸附，而杂质较少被吸附。少被吸附。4第四页，本课件共有107页洗脱洗脱（1）调节洗脱液的调节洗脱液的pH值值。（2）用高浓度的同性离子将目的物离子取代下来。用高浓度的同性离子将目的物离子取代下来。用高浓度的同性离子将目的物离子取代下来。用高浓度的同性离子将目的物离子取代下来。对阳离子交换树脂而言，目的物的对阳离子交换树脂而言，目的物的pI值愈大值愈大（愈碱），将其洗脱下来所需溶液的（愈碱），将其洗脱下来所需溶液的pH值也值也愈高。愈高。5第五页，本课件共有107页离子交换树脂吸附和洗脱过程离子交换树脂吸
4、附和洗脱过程6（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+第六页，本课件共有107页第七页，本课件共有107页树脂的选择树脂的选择pH大大于于等等电电点点时时，物物质质带带负负电电荷荷，与与阴离子交换剂进行交换；阴离子交换剂进行交换；pH小小于于等等电电点点时时，物物质质带带正正电电荷荷，可可以与阳离子交换剂进行交换。以与阳离子交换剂进行交换。8第八页，本课件共有107页蛋白质等电点与所用交换剂蛋白质等电点与所用交换剂9第九页，本课件共有107页离子交换技术的应用离子交换技术的应用10第
5、十页，本课件共有107页第二节第二节离子交换树脂的结构和种类离子交换树脂的结构和种类离子交换树脂构成：离子交换树脂构成：（1）惰性的不溶性高分子固定骨架，称）惰性的不溶性高分子固定骨架，称载体载体。（2 2）与载体）与载体）与载体）与载体共价键共价键连接的不能移动的活性基团，又连接的不能移动的活性基团，又称称功能基团功能基团功能基团功能基团。（3）与功能基团以）与功能基团以离子键离子键连接的可移动的活性离子，连接的可移动的活性离子，连接的可移动的活性离子，连接的可移动的活性离子，亦称亦称亦称亦称平衡离子平衡离子。如聚苯乙烯磺酸型钠树脂。如聚苯乙烯磺酸型钠树脂。11第十一页，本课件共有107页阳
6、离子交换树脂分类阳离子交换树脂分类强酸型树脂：磺酸型树脂，功能基强酸型树脂：磺酸型树脂，功能基强酸型树脂：磺酸型树脂，功能基强酸型树脂：磺酸型树脂，功能基团为磺酸根团为磺酸根团为磺酸根团为磺酸根(SO3 3H)H)及甲基磺酸根及甲基磺酸根及甲基磺酸根及甲基磺酸根(CHCH2SO3H)，有好的解离能力有好的解离能力有好的解离能力有好的解离能力。中酸性树脂：磷酸型树脂（中酸性树脂：磷酸型树脂（中酸性树脂：磷酸型树脂（中酸性树脂：磷酸型树脂（PO3H2）弱弱弱弱酸酸酸酸性性性性树树树树脂脂脂脂：羧羧羧羧酸酸酸酸型型型型树树树树脂脂脂脂和和和和酚酚酚酚型型型型树树树树脂脂脂脂（COOH,），在在酸酸酸
7、酸性性性性环境中解离度受到抑制环境中解离度受到抑制环境中解离度受到抑制环境中解离度受到抑制。12第十二页，本课件共有107页阴离子交换树脂阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂：强碱型阴离子交换树脂：弱弱碱碱型型阴阴离离子子交交换换树树脂脂：活活性性基基团团为为伯伯、仲仲、叔叔胺胺基基。在碱性环境中解离度受到抑制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。中强碱性阴离子交换树脂：兼有以上两类活性基团。13第十三页，本课件共有107页离子交换树脂功能基团的电离常数离子交换树脂功能基团的电离常数14第十四页，本课件共有107页离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能15第十五
8、页，本课件共有107页两性树脂：两性树脂：蛇笼树脂蛇笼树脂(snake-cageresins)16第十六页，本课件共有107页离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名第十七页，本课件共有107页离子交换树脂的命名方式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。表表8-1树脂型号中的一、二位数字的意义树脂型号中的一、二位数字的意义代号：0 1 2 3 4 5 6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
9、 脲醛系 氯乙烯系 101树脂？树脂？D011树脂？树脂？第十八页，本课件共有107页强酸类强酸类1100号；号；弱酸类弱酸类弱酸类弱酸类101101200200；强碱类强碱类201300；弱碱类弱碱类301400；中强酸类中强酸类401500交交联联度度：是是合合成成载载体体骨骨架架时时交交联联剂剂重重量量的的百百分分数数，用用“”将树脂编号与交联度分开。将树脂编号与交联度分开。弱酸弱酸弱酸弱酸10141014其交联度为其交联度为其交联度为其交联度为4 4。国内常用树脂命名：国内常用树脂命名：724724；732732(001 7)；71771719第十九页，本课件共有107页大孔树脂在型号
10、前加“D”，凝胶型树脂的交联度值交联度值可在型号后用“”号连接阿拉伯数字表示。如D0117，表示大孔，表示大孔强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交联度为联度为7。国外一些产品用字母C代表阳离子代表阳离子树脂（C为cation的第一个字母），A代表阴代表阴离子离子树脂（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。第二十页，本课件共有107页离子交换树脂的骨架离子交换树脂的骨架(p126)(p126)（一）苯乙烯型离子交换树脂（一）苯乙烯型离子交换树脂（一）苯乙烯型离子交换树脂（一）苯乙烯型离子交
11、换树脂由由苯苯乙乙烯烯与与二二乙乙烯烯苯苯经经过过氧氧苯苯甲甲酰催化聚合而成。酰催化聚合而成。交联度交联度21第二十一页，本课件共有107页22第二十二页，本课件共有107页（二）丙烯酸型离子交换树脂丙烯酸型离子交换树脂丙烯酸型阳离子交换树脂：是由丙烯酸型阳离子交换树脂：是由丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯与与二乙烯苯二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。经过氧苯甲酰催化聚合而成。23第二十三页，本课件共有107页丙烯酸型阳离子交换树脂丙烯酸型阳离子交换树脂110110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成
12、。724树脂：树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和二乙烯苯三元共聚而得和二乙烯苯三元共聚而得。24第二十四页，本课件共有107页（三）阴离子及其它交换树脂（三）阴离子及其它交换树脂 蛇笼树脂蛇笼树脂：脱盐脱盐螯形树脂螯形树脂：金属离子：金属离子 吸附树脂吸附树脂：“脱色树脂脱色树脂”热再生离子交换树脂：热再生离子交换树脂：25第二十五页，本课件共有107页常用离子交换树脂特性表常用离子交换树脂特性表 26第二十六页，本课件共有107页第三节第三节 离子交换离子交换(p129)(p129)R RB B+A+A+R RA A+B+B+离子交换过程离子交换过程离子
13、交换过程离子交换过程：1 1、A A+从溶液扩散到树脂表面。从溶液扩散到树脂表面。从溶液扩散到树脂表面。从溶液扩散到树脂表面。2 2、A A+从树脂颗粒表面扩散到颗粒中心。从树脂颗粒表面扩散到颗粒中心。从树脂颗粒表面扩散到颗粒中心。从树脂颗粒表面扩散到颗粒中心。3 3、平衡离子、平衡离子、平衡离子、平衡离子A A+与离子与离子与离子与离子B B+交换。交换。交换。交换。4 4、B B+从交换中心扩散到离子表面。从交换中心扩散到离子表面。从交换中心扩散到离子表面。从交换中心扩散到离子表面。5 5、B B+再扩散到溶液中。再扩散到溶液中。再扩散到溶液中。再扩散到溶液中。27第二十七页，本课件共有1
14、07页粒子扩散粒子扩散速度：速度：颗粒孔径颗粒孔径、颗粒半径颗粒半径、树脂交换容量、树脂交换容量、离子离子A+的半径与电荷的半径与电荷、平衡离子的性质（电荷、半径）。平衡离子的性质（电荷、半径）。28第二十八页，本课件共有107页离子交换速度的影响因素：离子交换速度的影响因素：1、树脂粒度树脂粒度树脂粒度树脂粒度：树脂粒度大，交换速度慢。：树脂粒度大，交换速度慢。：树脂粒度大，交换速度慢。：树脂粒度大，交换速度慢。2、搅拌速度、搅拌速度3、树脂交联度树脂交联度：交联度大，交换速度低。：交联度大，交换速度低。4、离离子子半半径径和和离离子子价价：离离子子每每增增加加一一个个电电荷荷，交换速度下降
15、一个数量级。交换速度下降一个数量级。5、温度。、温度。6、离子浓度离子浓度离子浓度离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而加快。：交换速度随离子浓度的上升而加快。：交换速度随离子浓度的上升而加快。：交换速度随离子浓度的上升而加快。29第二十九页，本课件共有107页第四节第四节 离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能 一、离子交换对树脂的基本要求一、离子交换对树脂的基本要求二、影响树脂性能的几个因素二、影响树脂性能的几个因素三、主要理化常数的测定三、主要理化常数的测定30第三十页，本课件共有107页一、离子交换对树脂的一、离子交换对树脂的基本要求基本要求*(p126)：1、有尽可能大的、有尽可能大的交
16、换容量交换容量。2、有良好的、有良好的交换选择性交换选择性。3、化学性质稳定。、化学性质稳定。4、化学动力学性能好。、化学动力学性能好。5、物理性能好。物理性能好。31第三十一页，本课件共有107页二、影响树脂性能的几个因素二、影响树脂性能的几个因素1、离离子子交交换换树树脂脂具具有有的的功功能能基基团团性性质质和和数数目目，数目数目是其交换容量的基础。（是其交换容量的基础。（pH）2、树树脂脂的的交交联联度度树树脂脂强强度度、交交换换选选择择性性、动力学性质。动力学性质。3 3、树脂骨架树脂骨架和平衡离子。和平衡离子。32第三十二页，本课件共有107页pH对交换容量的影响对交换容量的影响33
17、第三十三页，本课件共有107页钠型树脂与氢型树脂钠型树脂与氢型树脂 偶偶偶偶极极极极离离离离子子子子在在在在离离离离子子子子交交交交换换换换过过过过程程程程中中中中的的的的行行行行为为为为是是是是很很很很特特特特殊殊殊殊的的的的，以以以以氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸的交换为例：的交换为例：的交换为例：的交换为例：RSORSO3 3-NaNa+H+H3 3+NRCOONRCOO-RSORSO3 3-HH3 3+NRCOONRCOO-+NaNa+RSORSO3 3-HH+H+H3 3+NRCOONRCOO-RSORSO3 3-HH3 3+NRCOONRCOOHH 钠盐树脂钠盐树脂钠盐树脂钠盐树脂 氢型
18、树脂氢型树脂氢型树脂氢型树脂，被取代的氢离子为羧基所固定，使被吸附的氨基酸不，被取代的氢离子为羧基所固定，使被吸附的氨基酸不，被取代的氢离子为羧基所固定，使被吸附的氨基酸不，被取代的氢离子为羧基所固定，使被吸附的氨基酸不能形成偶极，与树脂之磺酸基没有排斥力。能形成偶极，与树脂之磺酸基没有排斥力。能形成偶极，与树脂之磺酸基没有排斥力。能形成偶极，与树脂之磺酸基没有排斥力。与钠型树脂相比，与钠型树脂相比，与钠型树脂相比，与钠型树脂相比，氢型树脂氢型树脂氢型树脂氢型树脂有较有较有较有较大大大大的有效的有效的有效的有效交换容量交换容量交换容量交换容量。34第三十四页，本课件共有107页三、主要理化常数
19、的测定三、主要理化常数的测定1 1、含含水水量量：常常用用干干燥燥法法和和离离心法心法测得。测得。2 2、膨胀度膨胀度：膨胀系数：膨胀系数K K膨胀膨胀。3湿湿真真密密度度树树脂脂充充满满水水时时的密度。的密度。4.4.交换容量交换容量:meq/g:meq/g 树脂。树脂。35第三十五页，本课件共有107页交换容量测定方法交换容量测定方法(p128)阳阳离离子子交交换换树树脂脂（氢氢型型）的的测测定定方方法法：一一定定量量树树脂脂中中加加入入NaOH溶溶液液，一一天天或或数数天天后后测测定定NaOH剩剩余量，从余量，从消耗的碱量消耗的碱量求交换容量。求交换容量。阴阴离离子子交交换换树树脂脂（氯
20、氯型型）的的测测定定方方法法：一一定定量量树树脂脂装装柱柱，用用过过量量Na2SO4溶溶液液进进行行离离子子交交换换，测定测定流出液中氯离子总量流出液中氯离子总量，求交换容量。，求交换容量。36第三十六页，本课件共有107页滴定曲线：滴定曲线：37第三十七页，本课件共有107页滴定曲线滴定曲线381强酸树脂Amberlite IR-120；2弱酸树脂Amberlite IRC-84；3强碱树脂Amberlite IRA-400；4弱碱树脂Amberlite IR-45第三十八页，本课件共有107页第五节第五节离子交换的选择性离子交换的选择性影响离子交换选择性的因素：影响离子交换选择性的因素：离
21、子价与离子水合半径离子价与离子水合半径离子价与离子浓度离子价与离子浓度交换环境交换环境树脂结构树脂结构偶极离子排斥偶极离子排斥39第三十九页，本课件共有107页一、离子的化合价与水合半径的影响：一、离子的化合价与水合半径的影响：相对亲和力相对亲和力和相对浓度。和相对浓度。电荷效应越强的离子与树脂的亲和力越大，电荷效应越强的离子与树脂的亲和力越大，而决定电荷效应的主要因素是而决定电荷效应的主要因素是价电数和离子价电数和离子半径半径。40第四十页，本课件共有107页一价阳离子亲和力的次序是：一价阳离子亲和力的次序是：H+Li+Na+K+NH4+Ag+对对对对强碱性强碱性树脂阴离子亲和力次序：树脂阴
22、离子亲和力次序：FOH HCOOClClBrBrI ISOSO42-对对弱碱性弱碱性树脂阴离子亲和力次序：树脂阴离子亲和力次序：FClClBr=I=AcSO442-OH。41第四十一页，本课件共有107页离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能42第四十二页，本课件共有107页强酸强碱树脂对各种离子的选择系数 HH+LiLi+NaNa+KK+NHNH4 4+PbPb+CsCs+AgAg+TiTi+。43第四十三页，本课件共有107页二、离子化合价与离子浓度的影响：二、离子化合价与离子浓度的影响：设设离离子子平平衡衡后后溶溶液液中中两两种种离离子子的的浓浓度度比比是定值是定值P.P.C C1 1/C
23、/C2 2=P=P在在稀稀溶溶液液(C(C2 2较较小小)中中，树树脂脂吸吸附附高高价价离离子子的倾向很大的倾向很大。44第四十四页，本课件共有107页举例举例例如：例如：当当当当k=2P=1mk=2P=1m1 1+m2 2=1C=1C2=0.1mol/LZ2=1时时时时若若Z Z1=2则则m10.9，m20.1若若若若Z Z1 1=3则则m10.97，m20.03在较稀的溶液中，树脂几乎仅吸附高价离子。在较稀的溶液中，树脂几乎仅吸附高价离子。45第四十五页，本课件共有107页三、交换环境的影响三、交换环境的影响1、溶溶液液的的pH：解解离离度度、交交换换容容量量、选选择性。择性。2、离离子子
24、强强度度：交交换换容容量量、选选择择性性、交交换速度换速度3、有有机机溶溶剂剂：能能降降低低有有机机离离子子的的解解离离程程度。度。46第四十六页，本课件共有107页四、树脂结构的影响四、树脂结构的影响（一）（一）（一）（一）树脂载体的交联度树脂载体的交联度树脂载体的交联度树脂载体的交联度：交交交交联联联联度度度度上上上上升升升升，膨膨膨膨胀胀胀胀度度度度下下下下降降降降，KK值值值值增增增增大大大大，树树树树脂脂脂脂潜潜潜潜在在在在的的的的选选选选择择择择能能能能力力力力提提提提高。高。高。高。空隙大小空隙大小空隙大小空隙大小的影响，即膨胀度增大，促使树脂吸附量增加。的影响，即膨胀度增大，促
25、使树脂吸附量增加。的影响，即膨胀度增大，促使树脂吸附量增加。的影响，即膨胀度增大，促使树脂吸附量增加。选选选选择择择择性性性性的的的的影影影影响响响响，膨膨膨膨胀胀胀胀度度度度增增增增大大大大时时时时，K K值值值值减减减减小小小小，促促促促使使使使树树树树脂脂脂脂吸吸吸吸附附附附量量量量降低；降低；降低；降低；膨胀系数值很小时，空间效应占主要地位。膨胀系数值很小时，空间效应占主要地位。膨胀系数值很小时，空间效应占主要地位。膨胀系数值很小时，空间效应占主要地位。膨胀系数增大到一定值时，选择性占主要地位。膨胀系数增大到一定值时，选择性占主要地位。膨胀系数增大到一定值时，选择性占主要地位。膨胀系数
26、增大到一定值时，选择性占主要地位。47第四十七页，本课件共有107页图8.14 用磺酸基树脂CBC从含有HCl的溶液中，吸附土霉素的量与树脂膨胀度之间的关系1-0.1N HCl；2-0.25N HCl；3-0.5N HCl；4-1.0 N HCl;原始溶液中士霉素浓度为0.4mg/ml;m-对土霉素吸附量meq/g第四十八页，本课件共有107页膨胀度与选择性的关系膨胀度与选择性的关系49图8.12 在甲基丙烯酸丙烯酰胺树脂，链霉素与钠离子交换等温线与树脂膨胀的关系1膨胀系数1.9；2膨胀系数3；3膨胀系数4.5；4膨胀系数5.2；m1树脂对链霉素吸附量，meq/g；m2=mm1；m树脂的最大交
27、换容量，meq/g；C1，C2溶液中链霉素和钠离子浓度，meq/ml第四十九页，本课件共有107页（二二）辅辅助助力力：离离子子交交换换树树脂脂与与被被吸吸附附离离子子间间的的作用力除静电力外，还存在一种辅助力。作用力除静电力外，还存在一种辅助力。无机离子交换常数无机离子交换常数K值多在值多在110110之间。之间。有机离子交换时，有机离子交换时，有机离子交换时，有机离子交换时，K值可高达值可高达102103。（三）（三）其它结合力：某些树脂对金属离子有特殊的其它结合力：某些树脂对金属离子有特殊的亲和力。亲和力。羧酸型树脂羧酸型树脂羧酸型树脂羧酸型树脂50第五十页，本课件共有107页五、偶极离
28、子排斥作用：五、偶极离子排斥作用：偶极离子偶极离子偶极离子偶极离子 RSORSO3 3-NaNa+H+H3 3+NRCOONRCOO-RSORSO3 3-HH3 3+NRCOONRCOO-+Na+Na+RSORSO3 3-HH+H+H3 3+NRCOONRCOO-RSORSO3 3-HH3 3+NRCOONRCOOHH 钠盐树脂钠盐树脂钠盐树脂钠盐树脂 氢型树脂氢型树脂氢型树脂氢型树脂 与钠型树脂相比，与钠型树脂相比，与钠型树脂相比，与钠型树脂相比，氢型树脂氢型树脂氢型树脂氢型树脂有较有较有较有较大大大大的有效的有效的有效的有效交换容量交换容量交换容量交换容量。51第五十一页，本课件共有107
29、页氢型与钠型磺酸基树脂吸附氨基酸比较氢型与钠型磺酸基树脂吸附氨基酸比较52第五十二页，本课件共有107页第六节第六节离子交换的操作离子交换的操作一、一、树脂的选择树脂的选择(p129)目目的的物物是是弱弱酸酸性性或或弱弱碱碱性性的的小小分分子子物物质质时时，宜选用强酸强碱树脂宜选用强酸强碱树脂（氨基酸的分离）（氨基酸的分离）。蛋白质、酶蛋白质、酶和和其它生物大分子其它生物大分子的分离多采的分离多采用用弱碱或弱酸性树脂弱碱或弱酸性树脂，减少生物大分子的，减少生物大分子的变性，利于洗脱，提高选择性。变性，利于洗脱，提高选择性。53第五十三页，本课件共有107页二、树脂的处理和再生二、树脂的处理和再
30、生(p130)1 1、外观特征外观特征透透明明或或半半透透明明；颗颗粒粒圆圆整整，粒粒度度均均匀匀，强强度。度。2 2、树脂的预处理树脂的预处理（1 1）物理处理：去杂，过筛。物理处理：去杂，过筛。（2 2）化学处理化学处理：用：用8 81010倍的倍的1mol/L 1mol/L 盐酸或氢氧化钠溶液交替浸泡盐酸或氢氧化钠溶液交替浸泡。54第五十四页，本课件共有107页氨基酸分离前树脂的处理氨基酸分离前树脂的处理55第五十五页，本课件共有107页不同类型树脂的处理不同类型树脂的处理56第五十六页，本课件共有107页树脂的再生树脂的再生树脂再生：树脂再生：使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程。使
31、用过的树脂重新获得使用性能的处理过程。使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程。使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程。再生过程：再生过程：（1）去杂，大量水冲洗，除去物理吸附的杂质。去杂，大量水冲洗，除去物理吸附的杂质。（2）用酸、碱处理除去与功能基团结合的杂质。用酸、碱处理除去与功能基团结合的杂质。(3)(3)(3)(3)转型：转型：转型：转型：57第五十七页，本课件共有107页三、加样与洗脱三、加样与洗脱交换：交换：静态交换静态交换静态交换静态交换 动态交换动态交换动态交换动态交换洗脱洗脱：洗洗脱脱方方式式：分分静静态态洗洗脱脱及及动动态态洗洗脱脱两两种种，pH及及离子强度改变。离子强度改
32、变。洗脱液：洗脱液：酸、碱、盐酸、碱、盐。58第五十八页，本课件共有107页酸、碱洗脱液酸、碱洗脱液旨在改变吸附物的电荷或改变树旨在改变吸附物的电荷或改变树脂吸附基团的解离状态，以消除静电结合力，脂吸附基团的解离状态，以消除静电结合力，迫使目的物被释放出来；迫使目的物被释放出来；盐类洗脱液盐类洗脱液是通过高浓度的同种电荷的离子与是通过高浓度的同种电荷的离子与目的物竞争树脂上的活性基团，使吸附物解离。目的物竞争树脂上的活性基团，使吸附物解离。59第五十九页，本课件共有107页洗脱方式洗脱方式动态洗脱：动态洗脱：11、溶液溶液溶液溶液pHpH及离子强度不变。及离子强度不变。及离子强度不变。及离子强
33、度不变。2、分阶段改变溶液、分阶段改变溶液pH及离子强度。及离子强度。33、连续改变溶液、连续改变溶液、连续改变溶液、连续改变溶液pHpH及离子强度。及离子强度。及离子强度。及离子强度。梯度洗脱梯度洗脱：自动化的梯度仪自动化的梯度仪自动化的梯度仪自动化的梯度仪60第六十页，本课件共有107页梯度洗脱梯度洗脱梯度混合器梯度混合器:AA瓶为低浓度盐溶液瓶为低浓度盐溶液瓶为低浓度盐溶液瓶为低浓度盐溶液B瓶为高浓度盐溶液瓶为高浓度盐溶液C=CC=CA（CA ACB）VA AA/A/AB61第六十一页，本课件共有107页四、离子交换层析的注意事项四、离子交换层析的注意事项五、离子交换层析中常见问题五、离
34、子交换层析中常见问题的分析的分析第六十二页，本课件共有107页第七节第七节离子交换层析的应用离子交换层析的应用在制药工业中的应用在制药工业中的应用(p136)(p136)分离纯化分离纯化氨基酸制备氨基酸制备无盐水制备无盐水制备离子交换层析分离链霉素离子交换层析分离链霉素(p142)(p142)离子交换层析分离庆大霉素离子交换层析分离庆大霉素63第六十三页，本课件共有107页第七节第七节应用实例应用实例分离纯化分离纯化氨基酸制备氨基酸制备无盐水制备无盐水制备64第六十四页，本课件共有107页氨基酸制备、分离氨基酸制备、分离 猪血粉水解制备猪血粉水解制备猪血粉水解制备猪血粉水解制备6 6种种种种氨
35、氨氨氨基酸基酸基酸基酸:65第六十五页，本课件共有107页无盐水制备无盐水制备无无盐盐水水制制备备是是利利用用氢氢型型阳阳离离子子交交换换树树脂脂和和羟羟型型阴阴离离子子交交换换树树脂脂的的组组合合以以除除去去水水中中所所有有的的离子离子，其反应式如下：，其反应式如下：66第六十六页，本课件共有107页无盐水制备无盐水制备阳阳离离子子交交换换树树脂脂用用强强酸酸性性树树脂脂，阴阴离离子子交交换换树树脂脂可可以用以用强碱或弱碱强碱或弱碱强碱或弱碱强碱或弱碱树脂。树脂。强酸强酸弱碱弱碱或或强酸强酸强碱；强碱；当当当当对对对对水水水水质质质质要要要要求求求求高高高高时时时时，经经经经过过过过一一一一
36、次次次次组组组组合合合合脱脱脱脱盐盐盐盐，还还还还达达达达不不不不到到到到要要要要求求求求，可采用两次组合可采用两次组合可采用两次组合可采用两次组合:强酸强酸弱碱弱碱强酸强酸强酸强酸强碱强碱；强酸强酸强酸强酸强碱强碱混合床混合床。67第六十七页，本课件共有107页混合床混合床混混合合床床系系将将阳阳、阴阴两两种种树树脂脂混混合合而而成成，脱脱盐盐效效果好果好。混合床中所发生的反应混合床中所发生的反应:68第六十八页，本课件共有107页混合床无盐水混合床无盐水69图8.20 混合床的操作(a)为水制备时的情形；(b)为制备结束，用水逆流冲洗。阳、阴树脂根据比重不同分层，一般阳树脂较重在下面，阳、
37、阴树脂根据比重不同分层，一般阳树脂较重在下面，阴树脂在上面；阴树脂在上面；(c)为上部、下部同时通入碱、酸再生，废液自中间排出；(d)为再生结束，通入空气，将阳、阴树脂混合、准备制水 第六十九页，本课件共有107页混合床抗生素脱盐混合床抗生素脱盐经经过过第第一一柱柱（阳阳树树脂脂）时时，溶溶液液变变酸酸，而而经过第二柱（阴树脂）时，溶液又变碱。经过第二柱（阴树脂）时，溶液又变碱。链链霉霉素素脱脱盐盐：强强酸酸125和和弱弱碱碱3114树树脂脂组成混合床，脱盐效果较好。组成混合床，脱盐效果较好。70第七十页，本课件共有107页离子交换层析分离链霉素离子交换层析分离链霉素(p142)(p142)离
38、子交换层析分离庆大霉素离子交换层析分离庆大霉素第七十一页，本课件共有107页第八节第八节 新型离子交换剂新型离子交换剂一、大孔、均孔树脂一、大孔、均孔树脂（一）（一）（一）（一）大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂（macroporousmacroporous,MP,MP）（二）均孔型离子交换树脂（二）均孔型离子交换树脂（二）均孔型离子交换树脂（二）均孔型离子交换树脂(IR)(IR)二、多糖基离子交换剂二、多糖基离子交换剂（一）（一）（一）（一）离子交换纤维素离子交换纤维素离子交换纤维素离子交换纤维素（二）（二）（二）（二）葡聚糖凝胶离子交换剂葡聚糖凝胶离子
39、交换剂葡聚糖凝胶离子交换剂葡聚糖凝胶离子交换剂72第七十二页，本课件共有107页大孔型与凝胶型离子交换树脂物理性质大孔型与凝胶型离子交换树脂物理性质73第七十三页，本课件共有107页（一）大孔型离子交换树脂的特征（一）大孔型离子交换树脂的特征（1）载体骨架交联度高。）载体骨架交联度高。（2）孔径大孔径大。（3）表表面面积积大大，表表面面吸吸附附强强，对对大大分分子子物质的交换容量大。物质的交换容量大。（4）孔隙率大。）孔隙率大。74第七十四页，本课件共有107页大孔型离子交换树脂主要特性 75第七十五页，本课件共有107页（二）（二）均孔型离子交换树脂均孔型离子交换树脂主要是主要是阴离子交换树
40、脂阴离子交换树脂。骨架的交联度比较均匀。代号为骨架的交联度比较均匀。代号为IP或或IR。交交联联度度均均匀匀，孔孔径径大大小小一一致致，交交换换容容量都较高，膨胀度、机械强度好。量都较高，膨胀度、机械强度好。76第七十六页，本课件共有107页二、多糖基离子交换剂 生物大分子对离子交换的要求生物大分子对离子交换的要求:固相载体具有固相载体具有亲水性亲水性和较大的和较大的交换空间交换空间交换空间交换空间;对其生物活性有稳定作用，并便于洗脱。对其生物活性有稳定作用，并便于洗脱。对其生物活性有稳定作用，并便于洗脱。对其生物活性有稳定作用，并便于洗脱。生物来源稳定的高聚物生物来源稳定的高聚物生物来源稳定
41、的高聚物生物来源稳定的高聚物多糖作载体。多糖作载体。多糖基离子交换剂可以分为：多糖基离子交换剂可以分为：离子交换纤维素离子交换纤维素 葡聚糖离子交换剂葡聚糖离子交换剂77第七十七页，本课件共有107页（一）离子交换纤维素特点：（一）离子交换纤维素特点：(1)(1)(1)(1)开放的长链骨架，开放的长链骨架，开放的长链骨架，开放的长链骨架，亲水性强亲水性强，表面积大，易，表面积大，易吸附大吸附大吸附大吸附大分子分子分子分子。(2)(2)交换交换基团稀疏基团稀疏基团稀疏基团稀疏，对大分子的实际交换容量大。，对大分子的实际交换容量大。，对大分子的实际交换容量大。，对大分子的实际交换容量大。(3)(3
42、)吸附力弱，吸附力弱，交换和洗脱条件缓和交换和洗脱条件缓和，不宜变性。，不宜变性。，不宜变性。，不宜变性。(4)(4)分辨率高。分辨率高。78第七十八页，本课件共有107页常用的离子交换纤维素常用的离子交换纤维素羧甲基纤维素（羧甲基纤维素（CM-C）：弱酸性阳离）：弱酸性阳离子交换纤维素，子交换纤维素，pK=3.6。二乙基氨基乙基纤维素（二乙基氨基乙基纤维素（DEAE-C）：强）：强碱型阴离子交换纤维素，碱型阴离子交换纤维素，pK=9.1。79第七十九页，本课件共有107页80第八十页，本课件共有107页离子交换纤维素的制备离子交换纤维素的制备 81第八十一页，本课件共有107页操作注意点操作
43、注意点可静态交换，也可动态交换。可静态交换，也可动态交换。交换基团密度低、吸附力弱。交换基团密度低、吸附力弱。盐浓度不宜高盐浓度不宜高盐浓度不宜高盐浓度不宜高（控制在（控制在0.0010.02mol/L0.0010.02mol/L）。82第八十二页，本课件共有107页离子交换纤维素的选择离子交换纤维素的选择解离曲线解离曲线83第八十三页，本课件共有107页离子交换纤维素的解吸离子交换纤维素的解吸 洗脱缓和洗脱缓和。升高环境的升高环境的升高环境的升高环境的pHpH、降低、降低、降低、降低pHpH或是增加离子强度都能将或是增加离子强度都能将或是增加离子强度都能将或是增加离子强度都能将被吸附物质洗脱
44、下来。被吸附物质洗脱下来。被吸附物质洗脱下来。被吸附物质洗脱下来。84第八十四页，本课件共有107页离子交换纤维素的处理和再生离子交换纤维素的处理和再生 酸酸碱碱浓浓度度要要适适当当降降低低，处处理理时时间间也也从从4h缩缩短短为为0.31h。以交换缓冲液平衡。以交换缓冲液平衡。注意：注意：不耐酸，用酸处理的浓度和时间须小心不耐酸，用酸处理的浓度和时间须小心控制。控制。85第八十五页，本课件共有107页（二）（二）葡聚糖凝胶离子交换剂葡聚糖凝胶离子交换剂是将是将活性交换基团活性交换基团连接于连接于葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶上制成的各上制成的各种交换剂种交换剂。命名命名:交换活性基团交换活性基团-Se
45、phadexC(A)SephadexC(A)-编号。编号。具有具有具有具有离子交换和分子筛离子交换和分子筛的双重作用，对生物分子的双重作用，对生物分子有很高的分辨率。有很高的分辨率。86第八十六页，本课件共有107页常用的离子交换葡聚糖87第八十七页，本课件共有107页琼脂糖凝胶离子交换剂琼脂糖凝胶离子交换剂琼脂糖凝胶上引入功能基琼脂糖凝胶上引入功能基DEAEsepharoseCL-6BCMsepharoseCL-6BDEAEToyopearlCMToyopearl88第八十八页，本课件共有107页多糖基离子交换剂应用尿激酶分离纯化尿激酶分离纯化89第八十九页，本课件共有107页补充补充离子交
46、换聚焦色谱离子交换聚焦色谱色色谱谱聚聚焦焦（chromatofocusing）:是是一一种种高高分分辨辨的的新新型型的的蛋蛋白白质质纯纯化化技技术术。是是根根据据蛋蛋白白质质的的等等电电点点，结结合合离离子子交交换换技技术术的的大大容容量量色色谱谱，能能分分离离几几百百毫毫克克蛋蛋白白质质样样品品，洗洗脱脱峰峰被被聚聚焦焦效效应应浓缩，分辨率高。浓缩，分辨率高。适用适用水溶性的两性分子水溶性的两性分子，如蛋白质、酶、多肽、，如蛋白质、酶、多肽、核酸等。核酸等。90第九十页，本课件共有107页一、色谱聚焦的原理一、色谱聚焦的原理（一）（一）自动形成自动形成pH梯度梯度。（二）（二）蛋白质的色谱行
47、为蛋白质的色谱行为（三）（三）聚焦效应聚焦效应91第九十一页，本课件共有107页PH梯度溶液的形成梯度溶液的形成在在聚焦层析聚焦层析中，中，当洗脱液流进当洗脱液流进多多缓冲交换剂缓冲交换剂时，由时，由于交换剂带有缓于交换剂带有缓冲能力的电荷基冲能力的电荷基团，故团，故PH梯度溶梯度溶液可以自动形成液可以自动形成。92第九十二页，本课件共有107页PBE94柱聚焦色谱的柱聚焦色谱的pH梯度梯度93（1）柱内每点的柱内每点的PH值值从高到低逐渐下降从高到低逐渐下降。（2）从层析柱顶部到）从层析柱顶部到底部就形成了底部就形成了PH69的的梯度。梯度。（3）PH梯度会逐渐向梯度会逐渐向下迁移。下迁移。
48、（4）底部流出液的底部流出液的PH由由9逐渐降至逐渐降至6。第九十三页，本课件共有107页蛋白质的色谱行为蛋白质的色谱行为 当当当当柱柱柱柱中中中中PHPH低低低低于于于于蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的PIPI时时时时，蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质带带带带正正正正电电电电荷荷荷荷，不不不不与与与与阴阴阴阴离离离离于于于于交交交交换剂结合换剂结合换剂结合换剂结合,随洗脱液向下移动随洗脱液向下移动随洗脱液向下移动随洗脱液向下移动。当当当当蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质移移移移动动动动至至至至环环环环境境境境PHPH高高高高于于于于其其其其PIPI时时时时，蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质由由由由带带带带正正正正电
49、电电电荷荷荷荷变变变变为为为为带负电荷带负电荷带负电荷带负电荷，并与，并与，并与，并与阴离子交换剂结合阴离子交换剂结合阴离子交换剂结合阴离子交换剂结合。由由由由于于于于洗洗洗洗脱脱脱脱剂剂剂剂的的的的通通通通过过过过，蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质周周周周围围围围的的的的环环环环境境境境PHPH再再再再次次次次低低低低于于于于PIPI时时时时，它又带它又带它又带它又带正电荷正电荷正电荷正电荷，并，并，并，并从交换剂解吸下来从交换剂解吸下来从交换剂解吸下来从交换剂解吸下来而下降而下降而下降而下降。移至移至移至移至pHpH大于大于大于大于PIPI时又重新结合，直至蛋白质从柱下流出。时又重新结合，直至蛋白
50、质从柱下流出。时又重新结合，直至蛋白质从柱下流出。时又重新结合，直至蛋白质从柱下流出。不不不不同同同同蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质具具具具有有有有不不不不同同同同的的的的等等等等电电电电点点点点，在在在在被被被被离离离离子子子子交交交交换换换换剂剂剂剂结结结结合合合合以以以以前前前前，移移移移动动动动距距距距离离离离是不同的，洗脱出来的先后次序是按等电点排列的。是不同的，洗脱出来的先后次序是按等电点排列的。是不同的，洗脱出来的先后次序是按等电点排列的。是不同的，洗脱出来的先后次序是按等电点排列的。94第九十四页，本课件共有107页聚焦效应聚焦效应 当一种蛋白质在柱上随洗脱液下移至等当一种蛋白质在柱