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1、第 四节 离子交换色谱Lujiang YuanSchool of Pharmaceutical ScienceSouthwest University1 1离子交换色谱的发展19031903年，年，泡沸石（天然硅铝酸盐泡沸石（天然硅铝酸盐泡沸石（天然硅铝酸盐泡沸石（天然硅铝酸盐 NaNa2 2A1A12 2SiSi4 4OO1212nHnH2 2O)O)来软化硬水。来软化硬水。来软化硬水。来软化硬水。NaNa2 2Z +CaZ +Ca2+2+CaZ +2NaCaZ +2Na+19331933年，合成了酚醛类型的阴阳离子树脂。年，合成了酚醛类型的阴阳离子树脂。年，合成了酚醛类型的阴阳离子树脂。年
2、，合成了酚醛类型的阴阳离子树脂。19451945年，美国人，年，美国人，年，美国人，年，美国人，D.Alelio,D.Alelio,聚苯乙烯型强酸性阳聚苯乙烯型强酸性阳聚苯乙烯型强酸性阳聚苯乙烯型强酸性阳离子树脂，聚丙稀酸型阳离子交换树脂的合成。离子树脂，聚丙稀酸型阳离子交换树脂的合成。离子树脂，聚丙稀酸型阳离子交换树脂的合成。离子树脂，聚丙稀酸型阳离子交换树脂的合成。此外，纤维素和多糖上引入交换基形成的离子交此外，纤维素和多糖上引入交换基形成的离子交此外，纤维素和多糖上引入交换基形成的离子交此外，纤维素和多糖上引入交换基形成的离子交换剂。换剂。换剂。换剂。2 2离子交换层析离子交换层析离子交
3、换层析离子交换层析离子交换层析的基本原理离子交换层析的基本原理离子交换层析的基本原理离子交换层析的基本原理离子交换介质的基本性质离子交换介质的基本性质离子交换介质的基本性质离子交换介质的基本性质离子交换层析的基本操作离子交换层析的基本操作离子交换层析的基本操作离子交换层析的基本操作离子交换介质的选择原则离子交换介质的选择原则离子交换介质的选择原则离子交换介质的选择原则3 3离子交换层析的基本原理离子交换层析的基本原理离子交换层析的基本原理离子交换层析的基本原理 离子交换层析是以离子交换剂为固定相，离子交换层析是以离子交换剂为固定相，以含特定离子的溶液为以含特定离子的溶液为流动相，利用离子交换流
4、动相，利用离子交换剂上的可交换离子与溶液中离子发生交换作用，剂上的可交换离子与溶液中离子发生交换作用，由于不同的离子交换能力不一样，待分离的各由于不同的离子交换能力不一样，待分离的各种离子在树脂柱中随流动相的移动速度也不一种离子在树脂柱中随流动相的移动速度也不一样，而将混合物中不同离子进行分离的技术。样，而将混合物中不同离子进行分离的技术。4 4离子交换介质的基本性质离子交换介质的基本性质离子交换剂亦称离子交换介质，通常是一种不溶性高分子化合物如树脂，纤维素，葡聚糖，醇脂糖等；n 含可交换离子n 洗脱的可能性取决于交换反应平衡常数n 吸附的蛋白质可以通过改变pH值，使蛋白 质分子电性发生改变，
5、而洗脱下来。n 不同蛋白质形成离子键数目有差异的，及亲和力不同。5 5离子交换树脂的结构和性质离子交换树脂的结构和性质n n离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物。网状结构的骨架部分一段很稳定，不子聚合物。网状结构的骨架部分一段很稳定，不子聚合物。网状结构的骨架部分一段很稳定，不子聚合物。网状结构的骨架部分一段很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有溶于酸、碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有溶于酸、碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有溶于酸、碱和一
6、般溶剂。在网状结构的骨架上有许多可被交换的活性基团。根据活性基团的不同、许多可被交换的活性基团。根据活性基团的不同、许多可被交换的活性基团。根据活性基团的不同、许多可被交换的活性基团。根据活性基团的不同、离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。换树脂两大类。换树脂两大类。换树脂两大类。n n合成：高分子化学加聚反应，先合成骨架，然后合成：高分子化学加聚反应，先合成骨架，然后合成：高分子化学加聚反应，先合成骨架，然后合成：高分子化学加聚反应，先合成骨架，然
7、后在骨架上添加功能基团。如合成过程中加入致孔在骨架上添加功能基团。如合成过程中加入致孔在骨架上添加功能基团。如合成过程中加入致孔在骨架上添加功能基团。如合成过程中加入致孔剂，可得大孔离子交换树脂，否为凝胶型。剂，可得大孔离子交换树脂，否为凝胶型。剂，可得大孔离子交换树脂，否为凝胶型。剂，可得大孔离子交换树脂，否为凝胶型。6 6在高分子离子交换树脂中，常用的为交联的聚苯乙在高分子离子交换树脂中，常用的为交联的聚苯乙烯骨架上连接不同得功能团（可交换基团）：烯骨架上连接不同得功能团（可交换基团）：n离子交换剂的分类阳离子交换剂：强酸型和弱酸型 可电离的基团 磺酸基（-SO3H）磷酸基（-PO3H2）
8、羧酸基（-COOH）酚羟基（-OH）阴离子交换剂：强碱型和弱碱型 可电离的基团 伯胺基（-NH2）仲胺基（-NHCH3）叔胺基（-N(CH3)2）季胺基（-N+(CH3)3）7 7一、阳离子交换树脂1 1 强酸型阳离子交换树脂强酸型阳离子交换树脂 阳离子交换树脂具有酸性基团，如应用最广泛的强酸性磺酸型聚苯乙烯树脂，它是以苯乙烯和二乙烯苯聚合，经浓硫酸磺化而制得的聚合物。化学性质稳定，510年，耐强酸、强碱、氧化剂和还原剂,不溶于酸、碱及常见的有机溶剂。耐热超过100C。8 82 弱酸型子交换树脂n n甲基丙烯酸和二乙烯苯基聚合，功能基羧羧基基(-COOH)。9 9 根根据据活活性性基基团团离离
9、解解出出H+能能力力的的大大小小不不同同，阳阳离离子子交交换换树树脂脂分分为为强强酸酸性性和和弱弱酸酸性性两两种种。例例如如含含-SO3的的为为强强酸酸性性阳阳离离子子交交换换树树脂脂，常常用用R-SO3H表表示示(R表表示示树树脂脂的的骨骨架架)，含含-COOH和和-OH的的弱弱酸酸性性阳阳离离子子交交换换树树脂脂，分分别用别用R-COOH和和R-OH表示。表示。强酸性阳离子交换树脂应用较广泛，弱强酸性阳离子交换树脂应用较广泛，弱酸性阳离子交换树脂的酸性阳离子交换树脂的H+不易电离，所以不易电离，所以在酸性溶液中不能应用，但它的选择性较在酸性溶液中不能应用，但它的选择性较高而且易于洗脱。高而
10、且易于洗脱。1010二、阴离子交换树脂n n与与与与阳阳阳阳离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂具具具具有有有有同同同同样样样样的的的的有有有有机机机机骨骨骨骨架架架架，只只只只是是是是所所所所联联联联的的的的活活活活性性性性基团为基团为基团为基团为碱性基团碱性基团碱性基团碱性基团。n n季胺季胺季胺季胺(-N(CH(-N(CH3 3)3 3)H)H+不易电离，强碱性阴离子交换树脂；不易电离，强碱性阴离子交换树脂；不易电离，强碱性阴离子交换树脂；不易电离，强碱性阴离子交换树脂；n n伯伯伯伯胺胺胺胺基基基基(-NH(-NH2 2)、仲仲仲仲胺胺胺胺基基基基(-NHCH(-NHCH3
11、 3)和和和和叔叔叔叔胺胺胺胺基基基基(-N(CH(-N(CH3 3)2 2)的的的的树树树树脂为弱碱性阴离子交换树脂。脂为弱碱性阴离子交换树脂。脂为弱碱性阴离子交换树脂。脂为弱碱性阴离子交换树脂。水水水水化化化化:R-NHR-NH3 3OHOH、R-NHR-NH2 2CHCH3 3OHOH、R-NH(CHR-NH(CH3 3)2 2OH OH 和和和和R-R-N(CHN(CH3 3)3 3OHOH,OH,OH-可被阴离子交换和洗脱。可被阴离子交换和洗脱。可被阴离子交换和洗脱。可被阴离子交换和洗脱。,阴阴阴阴离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂的的的的化化化化学学学学稳稳稳稳定定定
12、定性性性性及及及及耐耐耐耐热热热热性性性性能能能能都都都都不不不不如如如如阳阳阳阳离离离离子子子子交换树脂稳定。交换树脂稳定。交换树脂稳定。交换树脂稳定。1111交联度交联度n n树脂中所合交联剂的百分率称为重量交联树脂中所合交联剂的百分率称为重量交联度。度。例如强酸性阳离子交换树脂例如强酸性阳离子交换树脂:苯乙烯聚合而苯乙烯聚合而成为长的链状分子成为长的链状分子,二乙烯苯二乙烯苯把各链状分子把各链状分子联成立体型的网状体。如果二乙烯苯在原联成立体型的网状体。如果二乙烯苯在原料总量中占料总量中占10%。则称该树脂的交联度为。则称该树脂的交联度为10。1212交联度交联度 树树脂脂的的交交联联度
13、度越越大大，则则网网眼眼越越小小，交交换换时时体体积积大大的的离离子子进进入入树树脂脂便便受受到到限限制制。但但提提高高了了交交换换的的选选择择性性：另另外外，交交联联度度大大时时，形形成成的的树树脂脂结结构构紧紧密密，机机械械强强度度高高。但但是是如如果果交交联联度度过过大大则则对对水水的的膨膨胀胀性性能能差差(一一般般要要求求1克克干干树树脂脂在在水水中中能能膨膨胀胀至至1.5-2cm3为为宜宜)，交交换换反反应应的的速速度度慢慢，因因此此要要求求树树脂脂的的交交联度一般为联度一般为4-14。1313交换容量交换容量n n每克干树脂所含活性基团的物质的量，而实际交每克干树脂所含活性基团的物
14、质的量，而实际交每克干树脂所含活性基团的物质的量，而实际交每克干树脂所含活性基团的物质的量，而实际交换容量是指在实验条件下，每克干树脂能交换离换容量是指在实验条件下，每克干树脂能交换离换容量是指在实验条件下，每克干树脂能交换离换容量是指在实验条件下，每克干树脂能交换离子的物质的量。子的物质的量。子的物质的量。子的物质的量。n n 称取干树脂称取干树脂称取干树脂称取干树脂1 1克，置于克，置于克，置于克，置于250mL250mL锥形瓶中、准确加锥形瓶中、准确加锥形瓶中、准确加锥形瓶中、准确加入入入入0.1mol/LNaOH0.1mol/LNaOH标准溶液标准溶液标准溶液标准溶液100mL,100
15、mL,振荡后放置过振荡后放置过振荡后放置过振荡后放置过夜，用移浓管吸取上层清液夜，用移浓管吸取上层清液夜，用移浓管吸取上层清液夜，用移浓管吸取上层清液25mL25mL，加酚酞指示剂，加酚酞指示剂，加酚酞指示剂，加酚酞指示剂1 1滴，用滴，用滴，用滴，用0.1mol/L0.1mol/L标准标准标准标准HClHCl溶液滴定至红色消失，溶液滴定至红色消失，溶液滴定至红色消失，溶液滴定至红色消失，设用去标准设用去标准设用去标准设用去标准HClHCl溶液溶液溶液溶液14mL14mL，树脂的交换容量可以，树脂的交换容量可以，树脂的交换容量可以，树脂的交换容量可以计算为计算为计算为计算为5.6 mmol/g
16、5.6 mmol/g。1414离子交换亲和力离子交换亲和力 离离子子交交换换反反应应和和其其他他化化学学反反应应一一样样，完完全全服服从质量作用定律。从质量作用定律。树树脂脂对对离离子子亲亲合合力力的的大大小小用用平平衡衡常常数数来来代代表表，它它与与离离子子的的水水合合离离子子半半径径大大小小和和带带电荷的多少有关。电荷的多少有关。1515n强离子交换剂的电离率基本不受pH值影响，离子交换作用的pH范围宽n弱离子交换剂的电离率受pH影响很大，离子交换作用的pH范围小弱酸性阳离子交换剂在pH值降低时，其电离率逐渐降低，离子交换能力逐渐减弱弱碱性阴离子交换剂在pH值升高时，其电离率逐渐降低，离子
17、交换能力逐渐减弱1616常用的离子交换剂n离子交换树脂：离子交换树脂：离子交换纤维素：离子交换纤维素是携带功能基团纤维素衍生物，具有松散的亲水性网状结构以及较大的表面积，大分子可以自由通过，因而对生物大分子（如蛋白质）的交换容量比离子交换树脂大。阳离子型离子交换纤维素包括羟甲基纤维素（CM纤维素）等阴离子型离子交换纤维素包括二乙基氨基乙基纤维素（DEAE纤维素）1717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 1818常用的离子交换剂常用的离子交换剂离子交换葡聚糖：离子交换葡聚糖：离子交换葡聚糖离子交换葡聚糖是葡聚糖是葡聚糖经环氧氯丙烷交联后形成的具有经环氧氯丙烷交联后形成
18、的具有多孔三多孔三维空间网状结构和离子交换功能基团的多糖衍生物维空间网状结构和离子交换功能基团的多糖衍生物（Sephadex GSephadex G）SephadexSephadex的优点如下：的优点如下：亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋白质、核白质、核白质、核白质、核酸酸酸酸及其它生物分子的非特异性吸附能力小及其它生物分子的非特异性吸附能力小及其它生物分子的非特异性吸附能力小及其它生物分子的非特异性吸附能力小 电离基团在母体上取代程度
19、高，交换容量大，装柱方便，电离基团在母体上取代程度高，交换容量大，装柱方便，电离基团在母体上取代程度高，交换容量大，装柱方便，电离基团在母体上取代程度高，交换容量大，装柱方便，流速快流速快流速快流速快既有离子交换作用，又有分子筛效应既有离子交换作用，又有分子筛效应既有离子交换作用，又有分子筛效应既有离子交换作用，又有分子筛效应 因而因而SephadexSephadex是一类广泛应用的色谱分离介质是一类广泛应用的色谱分离介质在pH7时可耐120的高热 2105的蛋白质 适用于 1919常用的离子交换剂常用的离子交换剂常用的离子交换剂常用的离子交换剂 常用的离子交换葡聚糖包括：常用的离子交换葡聚糖
20、包括：阳离子交换剂阳离子交换剂CM-Sephadex C-25CM-Sephadex C-25，CM-Sephadex C-50CM-Sephadex C-50Sephadex C-25Sephadex C-25，Sephadex C-50Sephadex C-50阴离子交换剂阴离子交换剂DEAE-Sephadex A-25DEAE-Sephadex A-25，DEAE-DEAE-Sephadex A-50Sephadex A-50QAE-Sephadex A-25QAE-Sephadex A-25，QAE-Sephadex A-50QAE-Sephadex A-50 2020常用的离子交换剂
21、常用的离子交换剂离子交换琼脂糖：离子交换琼脂糖：离子交换琼脂糖：离子交换琼脂糖：离子交换琼脂糖离子交换琼脂糖是携带是携带DEAEDEAE或或CMCM基团的基团的Sepharose Sepharose CL-6BCL-6B DEAE-SepharoseDEAE-Sepharose（阴离子型阴离子型）和）和CM-SepharoseCM-Sepharose（阳离（阳离子型）子型）的离子交换介质具有硬度大、性质稳定，流速好，分的离子交换介质具有硬度大、性质稳定，流速好，分离能力强等优点。离能力强等优点。尤其是介质受尤其是介质受pHpH和离子强度的影响所引起的膨胀和收缩效应较和离子强度的影响所引起的膨胀
22、和收缩效应较小，因此具有稳定的外形体积小，因此具有稳定的外形体积对pH及温度的变化均较稳定，可在pH310和070范围内使用，改变离子强度或pH时，床体积变化不大。2121二、离子交换树脂的选择n n一般原则：酸性物质用阴离子交换剂分离碱性物质用阳离子交换剂分离反离子:强酸、碱性用H+，OH-,弱用Na+Cl-n氨基酸、核苷酸、蛋白质等两性电解质，可根据其pI值及离子化曲线来选择。n活性分子：亲水性基质的交换树脂n具体：种类，离子形式、交换量、颜色、交联度、理化性质等。被分离物质所带的电荷性质 2222离子交换介质的选择原则离子交换介质的选择原则离子交换介质的选择原则离子交换介质的选择原则11
23、22334466778899101055ppHH+-蛋蛋白白质质净净电电荷荷等电等电点点吸附阴离子交换吸附阴离子交换剂剂吸附阳离子交换吸附阳离子交换剂剂pH pH pI pIpI（-）对对pI=5pI=5的某酸性蛋白质的某酸性蛋白质在在pH5.5-9.0pH5.5-9.0的范围内，的范围内，当蛋白质为阴离子时，当蛋白质为阴离子时，应首选应首选DEAEDEAE纤维素纤维素；在在pH3.5-4.5pH3.5-4.5的范围内，的范围内，当蛋白质为阳离子时，当蛋白质为阳离子时，应首选应首选CMCM纤维素纤维素23231 1 种类选定种类选定n n中性盐体系：中性盐体系：阴阳离子的脱除用强阴阳离子的脱除
24、用强酸强碱树脂酸强碱树脂 微量杂质的脱除也要微量杂质的脱除也要强型树脂强型树脂强碱树脂分有强碱树脂分有I I 和和 II II 型：型：I I 型碱型强于型碱型强于II II I I型型 ：易与硅酸等弱酸作用，再生差；易与硅酸等弱酸作用，再生差；II II型：型：不与比乙酸更弱的酸作用；不与比乙酸更弱的酸作用；2424交换能力强的离子：用弱碱性或弱酸性离子交换树脂；如一般有机碱交换能力都强，多价金属离子、生物碱、链霉素等都用弱酸性离子交换树脂，既容易吸附又容易洗脱。2525中性或碱性体系中：n n多价金属离子与弱酸阳离子交换强，易洗脱，与强酸阳离子交换弱；n n弱酸通常不用弱碱树脂，但用强碱树
25、脂；弱碱体系中：n n阳离子交换用弱酸阳离子树脂；弱酸体系中：n n弱酸中的阴离子用弱碱阴离子树脂；26262 树脂形式的选择 n n中性盐溶液，交换后生成盐：盐型弱酸弱碱树脂；当量相当的 游离、酸碱混合；n n 酸、碱条件下的离子：游离碱或酸树脂；n n盐中除酸、碱：弱型树脂（强型会交换盐）；27273、颗粒、交联度和稳定性A A 颜色：浅色便于看色带，使用后色深、杂质多色颜色：浅色便于看色带，使用后色深、杂质多色变深。变深。B B 颗粒：颗粒：20208080目，目，200200400400目。目。C C 交联度：聚苯乙烯树脂交联度交联度：聚苯乙烯树脂交联度1 12020，常用，常用8 8
26、，交联度高，选择性好，交换速度小。孔度与交联交联度高，选择性好，交换速度小。孔度与交联度关系密切。度关系密切。D D密度：密度：0.4-0.8g/ml0.4-0.8g/mlE E稳定性：一般而言，聚苯乙烯树脂稳定稳定性：一般而言，聚苯乙烯树脂稳定 阳比阴稳定阳比阴稳定 盐比酸碱稳定盐比酸碱稳定2828离子交换剂的分类离子交换剂的分类强离子交换剂的电离率基本不受pH值影响，离子交换作用的pH范围宽弱离子交换剂的电离率受弱离子交换剂的电离率受pH影响很大，离子交换作用的影响很大，离子交换作用的pH范范围小围小弱酸性阳离子交换剂在弱酸性阳离子交换剂在pHpH值降低时，其电离率值降低时，其电离率逐渐降
27、低，离子交换能力逐渐减弱逐渐降低，离子交换能力逐渐减弱弱碱性阴离子交换剂在弱碱性阴离子交换剂在pHpH值升高时，其电离率逐渐降低，值升高时，其电离率逐渐降低，离子交换能力逐渐减弱离子交换能力逐渐减弱2929三、离子交换柱的操作离子交换柱的操作以强酸性阳离子交换树脂分离以强酸性阳离子交换树脂分离K+和和Na+为例为例交换交换 R-H+K+=R-K+H+R-H+Na+=R-Na+H+洗脱洗脱 R-K+H+=R-H+K+R-Na+H+=R-H+Na+30301 树脂的处理A 过筛分：得均一颗粒，也可溶胀后筛分；商品树脂2080目，可将其干燥、粉碎、过筛或沉降、浮选处理。3131B 净化处理：乙醇水4
28、mol/L HCl or NaOH-蒸馏水到（pH4-5 or 7-8);n n强酸阳离子树脂 其商品多为Na型。用4倍体积56盐酸搅拌5h,水洗到中性。然后4倍体积56Na or NaCl交换，水洗到无Na+。必要时可重复12次。如需使用H，接上步骤用6倍体积56HCl交换，水洗到中性。酸碱处理的次序决定了离子交换剂携带反离子的类型。酸碱处理的次序决定了离子交换剂携带反离子的类型。3232强碱型阴离子交换树脂n n商品型一般为Cl型。4倍体积56NaOH,蒸馏水洗到中性。4倍体积56HCl,蒸馏水洗到中性。6倍体积56NaOH,蒸馏水洗到中性。OH型树脂最好现制现用，它吸附空气中CO2。33
29、33弱酸型阳离子交换树脂n n商品树脂一般为Na型。处理可参照强酸型阳离子交换树脂。弱碱型阴离子交换树脂处理参照强碱型阴离子交换树脂法。34342 柱的操作n n装柱：装柱：树脂高度一般约为柱高的树脂高度一般约为柱高的树脂高度一般约为柱高的树脂高度一般约为柱高的90%90%。为防止加。为防止加。为防止加。为防止加试液时树脂被冲起，在柱的上端亦应铺一层玻璃试液时树脂被冲起，在柱的上端亦应铺一层玻璃试液时树脂被冲起，在柱的上端亦应铺一层玻璃试液时树脂被冲起，在柱的上端亦应铺一层玻璃纤维（或隔板）。装好后，再用蒸馏水洗涤（不纤维（或隔板）。装好后，再用蒸馏水洗涤（不纤维（或隔板）。装好后，再用蒸馏水
30、洗涤（不纤维（或隔板）。装好后，再用蒸馏水洗涤（不少于少于少于少于2 2倍柱体积），备用。倍柱体积），备用。倍柱体积），备用。倍柱体积），备用。n n上样：阳离子树脂可达上样：阳离子树脂可达上样：阳离子树脂可达上样：阳离子树脂可达交换容量的50，阴离子一般为10-20%。小于5床体积（1分析）。n洗脱：用蒸馏水洗去多余的（没吸附的）样品，然后用洗脱液（缓冲液，pH,离子强度）淋洗，方法有等度，梯度等。3535平衡 n n柱子装好后，要用所需的缓冲液（有一定的pH和离子强度）平衡柱子。用恒流泵在恒定压力下走柱子（平衡与洗脱时的压力尽可能保持相同）。n n离子强度和pH的选择首先要保证各个待分离物
31、质如蛋白质的稳定。使各个待分离物质与离子交换剂有适当的结合。n n有时柱子平衡好后，还要进行转型处理。补充3636离子交换层析的基本操作离子交换层析的基本操作离子交换层析的基本操作离子交换层析的基本操作层析柱平衡平衡缓冲液的用量至少为柱体积的平衡缓冲液的用量至少为柱体积的 2 2 倍倍平衡缓冲液的流速可略平衡缓冲液的流速可略高于高于正常操作流速正常操作流速平衡终点以流出液的离子浓度、导电性、平衡终点以流出液的离子浓度、导电性、pHpH值与缓冲值与缓冲液一致为准，其中液一致为准，其中pHpH值最重要值最重要 补充3737 交换交换交换交换 将将将将试试试试液液液液加加加加到到到到交交交交换换换换
32、柱柱柱柱上上上上，用用用用活活活活塞塞塞塞控控控控制制制制一一一一定定定定的的的的流流流流速速速速进进进进行行行行交交交交换换换换。经经经经过过过过一一一一段段段段时时时时间间间间之之之之后后后后，上上上上层层层层树树树树脂脂脂脂全全全全部部部部被被被被交交交交换换换换、下下下下层层层层未未未未被被被被交交交交换换换换，中中中中间间间间则则则则部部部部分分分分被被被被交交交交换换换换，这这这这一一一一段段段段称称称称为为为为“交交交交界界界界层层层层”。随随随随着着着着交交交交换换换换的的的的进进进进行行行行，交交交交界界界界层层层层逐逐逐逐渐渐渐渐下下下下移移移移，至至至至流流流流出出出出液
33、液液液中中中中开开开开始始始始出出出出现现现现交交交交换换换换离离离离子子子子时时时时，称称称称为为为为始始始始漏漏漏漏点点点点(亦亦亦亦称称称称泄泄泄泄漏漏漏漏点点点点或或或或突突突突破破破破点点点点)，此此此此时时时时交交交交换换换换柱柱柱柱上上上上被被被被交交交交换换换换离离离离子子子子的的的的物物物物质质质质的的的的量量量量数数数数称称称称为为为为始始始始漏漏漏漏量量量量。在在在在到到到到达达达达始始始始漏漏漏漏点点点点时时时时，交交交交界界界界层层层层的的的的下下下下端端端端刚刚刚刚到到到到达达达达交交交交换换换换柱柱柱柱的的的的底底底底部部部部，而而而而交交交交换换换换层层层层中中
34、中中尚尚尚尚有有有有未未未未被被被被交交交交换换换换的的的的树树树树脂脂脂脂存存存存在在在在，所所所所以以以以始始始始漏漏漏漏量量量量总是小于总交换量。总是小于总交换量。总是小于总交换量。总是小于总交换量。补充3838 洗脱洗脱洗脱洗脱 当当当当交交交交换换换换完完完完毕毕毕毕之之之之后后后后，一一一一般般般般用用用用蒸蒸蒸蒸馏馏馏馏水水水水洗洗洗洗去去去去残残残残存存存存溶溶溶溶液液液液，然然然然后后后后用用用用适适适适当当当当的的的的洗洗洗洗脱脱脱脱液液液液进进进进行行行行洗洗洗洗脱脱脱脱。在在在在洗洗洗洗脱脱脱脱过过过过程程程程中中中中、上上上上层层层层被被被被交交交交换换换换的的的的离
35、离离离子子子子先先先先被被被被洗洗洗洗脱脱脱脱下下下下来来来来，经经经经过过过过下下下下层层层层未未未未被被被被交交交交换换换换的的的的树树树树脂脂脂脂时时时时，又又又又可可可可以以以以再再再再度度度度被被被被交交交交换换换换。因因因因此此此此最最最最初初初初洗洗洗洗脱脱脱脱液液液液中中中中被被被被交交交交换换换换离离离离子子子子的的的的浓浓浓浓度度度度等等等等于于于于零零零零，随随随随着着着着洗洗洗洗脱脱脱脱的的的的进进进进行行行行，洗洗洗洗出出出出液液液液离离离离子子子子浓浓浓浓度度度度逐逐逐逐渐渐渐渐增增增增大大大大，达达达达到到到到最最最最大大大大值值值值之之之之后后后后又又又又逐逐逐
36、逐渐渐渐渐减减减减小小小小，至完全洗脱之后，被洗出之离子浓度又等于零。至完全洗脱之后，被洗出之离子浓度又等于零。至完全洗脱之后，被洗出之离子浓度又等于零。至完全洗脱之后，被洗出之离子浓度又等于零。对对对对于于于于阳阳阳阳离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂常常常常采采采采用用用用HClHCl溶溶溶溶液液液液作作作作为为为为洗洗洗洗脱脱脱脱液液液液，经经经经过过过过洗洗洗洗脱脱脱脱之之之之后后后后树树树树脂脂脂脂转转转转为为为为氢氢氢氢型型型型；阴阴阴阴离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂常常常常采采采采用用用用NaClNaCl或或或或NaOHNaOH溶溶溶溶液液液液作作
37、作作为为为为洗洗洗洗脱脱脱脱液液液液，经经经经过过过过洗洗洗洗脱脱脱脱之之之之后后后后，树树树树脂脂脂脂转转转转为为为为氯氯氯氯型型型型或或或或氢氢氢氢氧氧氧氧型型型型。因因因因此此此此洗洗洗洗脱脱脱脱之之之之后后后后的的的的树树树树脂脂脂脂已得到再生，用蒸馏水洗涤干净即可再次使用。已得到再生，用蒸馏水洗涤干净即可再次使用。已得到再生，用蒸馏水洗涤干净即可再次使用。已得到再生，用蒸馏水洗涤干净即可再次使用。补充3939离子交换层析的基本操作离子交换层析的基本操作离子交换层析的基本操作离子交换层析的基本操作样品洗脱恒定洗脱恒定洗脱恒定洗脱恒定洗脱阶段洗脱阶段洗脱阶段洗脱阶段洗脱梯度洗脱梯度洗脱梯
38、度洗脱梯度洗脱101020203030404050506060707080809090离子强度离子强度pHpH值值4040CC2（C2C1）（）（1V）A2/A1A1 C1 V为流出体积对总体积之比 A2 C2 当当A1A2时为线性梯度，当时为线性梯度，当A1A2时为凹形梯度，时为凹形梯度，A1A2时为凸形梯度。时为凸形梯度。4141洗脱速度 n n洗脱速度通常要保持恒定 n n洗脱速度慢比快的分辨率要好，但峰过宽n n洗脱峰过宽，则可适当提高洗脱速度 4242产品的浓缩、脱盐 n n离子交换层析得到的样品往往盐浓度较高，而且体积较大，样品浓度较低。所以一般离子交换层析得到的样品要进行浓缩、脱
39、盐处理。43433 再生树树 脂脂要求离子型式要求离子型式再生剂再生剂强强 酸酸H H+NaNa+HClHClNaClNaCl弱弱 酸酸H H+NaNa+HClHClNaClNaCl强强 碱碱OHOH-NaOHNaOH弱弱 碱碱OHOH-ClCl-NaOHNaOHHClHCl4444n若有脂溶性物质则可用非离子型去污剂洗柱后再生，也可用乙醇洗涤，其顺序为：0.5mol/L NaOH-水-乙醇-水-20NaOH-水。n保存离子交换剂时要加防腐剂。阴离子交换剂:0.002氯已定（洗必泰），阳离子交换剂:乙基硫柳汞（0.005）。有些产品用0.02叠氮钠。4545影响离子交换的主要因素n n流动相的
40、酸度：离子交换树脂就是固体酸碱，对于强型而言pH影响不大，弱型则显著。强酸型阳离子，pH2 弱酸型阳离子，pH6 强碱型阴离子，pH12 弱碱型阴离子，pH74646 样品浓度：样品浓度：浓度高树脂的解离减小；浓度高树脂的解离减小；影响吸附顺序及选择性；影响吸附顺序及选择性；改变树脂表面结构，影响离子改变树脂表面结构，影响离子 进入。进入。温度：对稀溶液的交换影响不大温度：对稀溶液的交换影响不大;溶液浓度高时，温度升高，易水合溶液浓度高时，温度升高，易水合 的离子易吸附；的离子易吸附；对弱碱、弱酸，温度升高，吸附速对弱碱、弱酸，温度升高，吸附速 加快，但温度太高会破坏树脂；加快，但温度太高会破
41、坏树脂；4747溶剂：一般情况在水溶液中进行，可加入某些有极性机溶剂来改变选择性，但必须特别注意，这可能会使某些离子的交换无法进行。4848四 离子色谱的应用1 纯水的制备纯水的制备n n氢型强酸性阳离子交换树脂，除去各种阳氢型强酸性阳离子交换树脂，除去各种阳离子离子 2R-SO3H+Ca2+(R-SO3)2Ca+2H+n n氢氢氧氧型型强强碱碱性性阴阴离离子子交交换换树树脂脂，除除去去各各种种阴离子。阴离子。RN(CH3)3OH+C1-RN(CH3)3Cl+OH-4949去离子水装置示意5050水质检测n n化学法：pH值 离子（Cl,Fe,Ca Mg,硫酸根等）可溶性硅，氧化物 不挥发物n
42、 n物理法：测定电阻率 超纯水18兆以上5151再生n n阳、阴离子柱再生：n n混合床再生：先对混合床进行碱洗，然后用水逆流冲洗，使树脂运动，由于比重不同分层，分出阳、阴树脂分别处理。52522 分析化学应用n n干扰离子的分离干扰离子的分离 测测定定黄黄铁铁矿矿中中硫硫，Fe3+、Ca2+的的存存在在，造成造成BaSO4沉淀的不纯。沉淀的不纯。Li+、Na+、K+混混合合液液，通通过过阳阳离离子子树树脂脂交交换换柱柱，稀稀HCl洗洗脱脱。会会按按Li+、Na+、K+顺顺序出来。序出来。n n微量组分的富集微量组分的富集5353例如铂、钯在矿石中的含量：一般为铂、钯在矿石中的含量：一般为铂、
43、钯在矿石中的含量：一般为铂、钯在矿石中的含量：一般为10101010-5-5-5-5-10-10-10-10-6-6-6-6g/100gg/100gg/100gg/100g，即使称取即使称取即使称取即使称取10101010克克克克试样进行分析，也只含铂、钯试样进行分析，也只含铂、钯试样进行分析，也只含铂、钯试样进行分析，也只含铂、钯0.10.10.10.1微微微微克克克克左右。左右。左右。左右。富集的方法是：称取富集的方法是：称取富集的方法是：称取富集的方法是：称取100-200100-200100-200100-200克，在克，在克，在克，在700700700700灼烧灼烧灼烧灼烧,王王王王
44、水溶解，加浓水溶解，加浓水溶解，加浓水溶解，加浓HClHClHClHCl蒸发，铂、钯形成蒸发，铂、钯形成蒸发，铂、钯形成蒸发，铂、钯形成PtClPtClPtClPtCl6 6 6 62-2-2-2-和和和和PdClPdClPdClPdCl4 4 4 42-2-2-2-络阴离子。稀释，过强碱性阴离子交换，即络阴离子。稀释，过强碱性阴离子交换，即络阴离子。稀释，过强碱性阴离子交换，即络阴离子。稀释，过强碱性阴离子交换，即可将铂富集在交换柱上。稀可将铂富集在交换柱上。稀可将铂富集在交换柱上。稀可将铂富集在交换柱上。稀HClHClHClHCl将树脂洗净之，取将树脂洗净之，取将树脂洗净之，取将树脂洗净之
45、，取出树脂移入瓷钳锅中，在出树脂移入瓷钳锅中，在出树脂移入瓷钳锅中，在出树脂移入瓷钳锅中，在700700700700灰化，用王水溶解灰化，用王水溶解灰化，用王水溶解灰化，用王水溶解残渣，加盐酸蒸发。然后在残渣，加盐酸蒸发。然后在残渣，加盐酸蒸发。然后在残渣，加盐酸蒸发。然后在8mol/LHCl8mol/LHCl8mol/LHCl8mol/LHCl介质中，钯介质中，钯介质中，钯介质中，钯(II)(II)(II)(II)与双十二烷基二硫代乙二酰胺与双十二烷基二硫代乙二酰胺与双十二烷基二硫代乙二酰胺与双十二烷基二硫代乙二酰胺(DDO)(DDO)(DDO)(DDO)生成黄色生成黄色生成黄色生成黄色络合
46、物，用石油醚络合物，用石油醚络合物，用石油醚络合物，用石油醚-三氯甲烷混合溶剂萃取，用比三氯甲烷混合溶剂萃取，用比三氯甲烷混合溶剂萃取，用比三氯甲烷混合溶剂萃取，用比色法测定钯。铂色法测定钯。铂色法测定钯。铂色法测定钯。铂(IV)(IV)(IV)(IV)用二氯化锡还原为铂用二氯化锡还原为铂用二氯化锡还原为铂用二氯化锡还原为铂(II)(II)(II)(II)，与与与与DDODDODDODDO生成樱红色螯合物可进行比色法测定。生成樱红色螯合物可进行比色法测定。生成樱红色螯合物可进行比色法测定。生成樱红色螯合物可进行比色法测定。54543 用于水溶性带电荷植物成分分离n n氨基酸、肽类（蛋白质）、生物碱、有机酸、酚类等。n n一般步骤：用煎煮法或温浸法得到植物有效成分水溶液，然后过强酸型阳离子交换树脂柱、强碱型阴离子交换柱，分别洗脱，可得到一些单一成分。5555植物成分离子交换分离56564 蛋白质或酶的分离n n聚苯乙烯离子交换树脂：吸附牢，易变性n离子交换纤维素:最好的方法n离子交换凝胶：同时有离子交换和分子筛的功能，广泛应用。n选弱酸、碱型为好，强型容易使蛋白变性n树脂形式不用H,OH型：57575858