08章離子交換法zuihou

1、1v第一節(jié)第一節(jié) 基本原理基本原理v離子交換法：利用溶液中離子交換法：利用溶液中帶電粒子帶電粒子與離子與離子交換劑之間交換劑之間結(jié)合力結(jié)合力的差異進(jìn)行物質(zhì)分離的的差異進(jìn)行物質(zhì)分離的操作方法。操作方法。v帶電粒子與離子交換劑間的作用力是帶電粒子與離子交換劑間的作用力是靜電靜電力力。 v電荷密度、電荷種類(lèi)電荷密度、電荷種類(lèi)2v離子交換劑：離子交換劑：由惰性的不溶性載體、功能基團(tuán)和平由惰性的不溶性載體、功能基團(tuán)和平衡離子組成。衡離子組成。v陽(yáng)離子交換劑：平衡離子帶正電荷。陽(yáng)離子交換劑：平衡離子帶正電荷。v陰離子交換劑：平衡離子帶負(fù)電荷。陰離子交換劑：平衡離子帶負(fù)電荷。vr-x+ + y+ r-y+

2、+ x+vr-表示陽(yáng)離子交換劑的功能基團(tuán)和載體表示陽(yáng)離子交換劑的功能基團(tuán)和載體；x+ 為平衡為平衡離子離子；y+為交換離子為交換離子。 3v選擇性吸附選擇性吸附：調(diào)節(jié)溶液調(diào)節(jié)溶液的的ph值，值，使目的物帶使目的物帶有相當(dāng)數(shù)量的靜電荷，而主要雜質(zhì)離子帶相有相當(dāng)數(shù)量的靜電荷，而主要雜質(zhì)離子帶相反電荷或較弱的電荷。反電荷或較弱的電荷。v選擇合適的樹(shù)脂（如陽(yáng)離子交換樹(shù)脂），使選擇合適的樹(shù)脂（如陽(yáng)離子交換樹(shù)脂），使目的物被離子交換樹(shù)脂吸附，而雜質(zhì)較少被目的物被離子交換樹(shù)脂吸附，而雜質(zhì)較少被吸附吸附。 4v（1）調(diào)節(jié)洗調(diào)節(jié)洗脫液的脫液的ph值值。v（2）用高濃度的同性離子將目的物離子取用高濃度的同性離子將

3、目的物離子取代下來(lái)。代下來(lái)。v對(duì)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂而言，目的物對(duì)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂而言，目的物的的pi值愈大值愈大（愈堿），將其洗脫下來(lái)所需溶液（愈堿），將其洗脫下來(lái)所需溶液的的ph值也值也愈高愈高。 5v （1 1）x x+ +為平衡離子，為平衡離子，yhyh+ +及及z z+ +為待分離離子；為待分離離子；（2 2）yhyh+ +和和z z+ +取代取代x x+ +而被吸附；而被吸附；（3 3）加堿后）加堿后yhyh+ +失去正電荷，被洗脫；失去正電荷，被洗脫；（4 4）提高）提高x x+ +的濃度取代出的濃度取代出z z+ + 動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)6vph大于等電點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)帶負(fù)電荷，大于等電點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)帶負(fù)電

4、荷，與陰離子交換劑進(jìn)行交換；與陰離子交換劑進(jìn)行交換；vph小于等電點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)帶正電荷，小于等電點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)帶正電荷，可以與陽(yáng)離子交換劑進(jìn)行交換。可以與陽(yáng)離子交換劑進(jìn)行交換。 789v離子交換樹(shù)脂構(gòu)成：離子交換樹(shù)脂構(gòu)成：v（1）惰性的不溶性高分子固定骨架，稱(chēng)）惰性的不溶性高分子固定骨架，稱(chēng)載體載體。v（2）與載體）與載體共價(jià)鍵共價(jià)鍵連接的不能移動(dòng)的活性基團(tuán)，連接的不能移動(dòng)的活性基團(tuán)，又稱(chēng)又稱(chēng)功能基團(tuán)功能基團(tuán)。v（3）與功能基團(tuán)以）與功能基團(tuán)以離子鍵離子鍵連接的可移動(dòng)的活性連接的可移動(dòng)的活性離子，亦稱(chēng)離子，亦稱(chēng)平衡離子平衡離子。 v如聚苯乙烯磺酸型鈉樹(shù)脂如聚苯乙烯磺酸型鈉樹(shù)脂。10v強(qiáng)酸型樹(shù)脂：磺酸

5、型樹(shù)脂，功強(qiáng)酸型樹(shù)脂：磺酸型樹(shù)脂，功能基團(tuán)為磺酸根能基團(tuán)為磺酸根(so3h)及甲及甲基磺酸根基磺酸根(ch2so3h)，有好有好的解離能力的解離能力。v中酸性樹(shù)脂：磷酸型樹(shù)脂中酸性樹(shù)脂：磷酸型樹(shù)脂（po3h2 ）v弱酸性樹(shù)脂：羧酸型樹(shù)脂和酚弱酸性樹(shù)脂：羧酸型樹(shù)脂和酚型樹(shù)脂（型樹(shù)脂（cooh , ） ，在在酸性環(huán)境中解離度受到抑制酸性環(huán)境中解離度受到抑制。11v強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂：強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂：v v弱堿型陰離子交換樹(shù)脂：活性基團(tuán)為伯、仲、叔胺弱堿型陰離子交換樹(shù)脂：活性基團(tuán)為伯、仲、叔胺基。基。在堿性環(huán)境中解離度受到抑制在堿性環(huán)境中解離度受到抑制。v中強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂：兼有以上兩類(lèi)

6、活性基團(tuán)中強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂：兼有以上兩類(lèi)活性基團(tuán)。 121314兩性樹(shù)脂：兩性樹(shù)脂： 蛇籠樹(shù)脂蛇籠樹(shù)脂(snake-cage resins) na+ci-15v強(qiáng)酸類(lèi)強(qiáng)酸類(lèi) 1100號(hào)；號(hào)；v弱酸類(lèi)弱酸類(lèi) 101200；v強(qiáng)堿類(lèi)強(qiáng)堿類(lèi)201300；v弱堿類(lèi)弱堿類(lèi)301400；v中強(qiáng)酸類(lèi)中強(qiáng)酸類(lèi)401500v交聯(lián)度交聯(lián)度：是合成載體骨架時(shí)交聯(lián)劑重量的百分?jǐn)?shù)，：是合成載體骨架時(shí)交聯(lián)劑重量的百分?jǐn)?shù)，用用“”將樹(shù)脂編號(hào)與交聯(lián)度分開(kāi)。將樹(shù)脂編號(hào)與交聯(lián)度分開(kāi)。v弱酸弱酸101 4其交聯(lián)度為其交聯(lián)度為4。v國(guó)內(nèi)常用樹(shù)脂命名：國(guó)內(nèi)常用樹(shù)脂命名：724；732；71716v724；弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；弱酸陽(yáng)

7、離子交換樹(shù)脂v732；強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂v717；強(qiáng)堿陰離子交換樹(shù)脂；強(qiáng)堿陰離子交換樹(shù)脂17v由由苯乙烯苯乙烯與與二二乙烯苯乙烯苯經(jīng)過(guò)氧經(jīng)過(guò)氧苯甲酰催化聚苯甲酰催化聚合而成。合而成。v交聯(lián)度交聯(lián)度1819丙烯酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：是由丙烯酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：是由丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯與與二乙烯苯二乙烯苯經(jīng)過(guò)氧苯甲酰催化聚合而成。經(jīng)過(guò)氧苯甲酰催化聚合而成。20v110樹(shù)脂：樹(shù)脂：丙烯酸甲酯與二乙烯苯聚合而成。丙烯酸甲酯與二乙烯苯聚合而成。v724樹(shù)脂：樹(shù)脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和二乙烯苯三元共聚而得酯和二乙烯苯三元共聚而得 。21v蛇籠樹(shù)

8、脂蛇籠樹(shù)脂：脫鹽脫鹽 v螯形樹(shù)脂螯形樹(shù)脂：金屬離子：金屬離子 v吸附樹(shù)脂吸附樹(shù)脂 ：“脫色樹(shù)脂脫色樹(shù)脂” v熱再生離子交換樹(shù)脂：熱再生離子交換樹(shù)脂： 22v一、離子交換平衡一、離子交換平衡v vr代表離子交換樹(shù)脂，代表離子交換樹(shù)脂，z1及及z2分別為交換離子分別為交換離子a1和和平衡離子平衡離子a2的價(jià)電數(shù)。的價(jià)電數(shù)。v 23v用用m1、m2及及c1、c2分別代表樹(shù)脂上和溶液中分別代表樹(shù)脂上和溶液中的兩種離子的濃度的兩種離子的濃度。v數(shù)量關(guān)系可表示數(shù)量關(guān)系可表示:v v尼科爾斯基方程式尼科爾斯基方程式vk k1 1時(shí)時(shí) 交換離子交換離子a a1 1比平衡離子比平衡離子a a2 2對(duì)樹(shù)脂有較大對(duì)

9、樹(shù)脂有較大的吸引力的吸引力 24vrb+ + a+ ra+ + b+v離子交換過(guò)程離子交換過(guò)程：v1、a+從溶液擴(kuò)散到樹(shù)脂表面。從溶液擴(kuò)散到樹(shù)脂表面。v2、a+從樹(shù)脂顆粒表面擴(kuò)散到顆粒中從樹(shù)脂顆粒表面擴(kuò)散到顆粒中心。心。v3、交換離子、交換離子a+ 與平衡離子與平衡離子b+交換。交換。v4、b+從交換中心擴(kuò)散到顆粒表面。從交換中心擴(kuò)散到顆粒表面。v5、b+ 再擴(kuò)散到溶液中。再擴(kuò)散到溶液中。25v速度：速度：v 顆粒孔徑顆?？讖健 顆粒半徑顆粒半徑、v 樹(shù)脂交換容量、樹(shù)脂交換容量、v 交換離子交換離子a+的半徑與電荷的半徑與電荷、v 平衡離子的性質(zhì)（電荷、半徑）。平衡離子的性質(zhì)（電荷、半徑）。

10、26v1、樹(shù)脂粒度樹(shù)脂粒度：樹(shù)脂粒度大，交換速度慢。：樹(shù)脂粒度大，交換速度慢。v2、攪拌速度、攪拌速度v3、樹(shù)脂交聯(lián)度樹(shù)脂交聯(lián)度：交聯(lián)度大，交換速度低。：交聯(lián)度大，交換速度低。v4、離子半徑和離子價(jià)離子半徑和離子價(jià)：離子每增加一個(gè)電荷，：離子每增加一個(gè)電荷，交換速度下降一個(gè)數(shù)量級(jí)。交換速度下降一個(gè)數(shù)量級(jí)。v5、溫度。、溫度。v6、離子濃度離子濃度：交換速度隨離子濃度的上升而加：交換速度隨離子濃度的上升而加快。快。27v交換離子被吸附，平衡離子被釋放。交換離子被吸附，平衡離子被釋放。v交換帶交換帶：交換離子交換離子a1由于被樹(shù)脂吸附，其由于被樹(shù)脂吸附，其濃度從起始濃度濃度從起始濃度co逐漸下降到

11、逐漸下降到0的樹(shù)脂層。的樹(shù)脂層。v交換帶窄交換帶窄：k k1 1 ；a a1 1濃度??；流速慢濃度小；流速慢。 28v一、離子交換對(duì)樹(shù)脂的基本要求一、離子交換對(duì)樹(shù)脂的基本要求v二、影響樹(shù)脂性能的幾個(gè)因素二、影響樹(shù)脂性能的幾個(gè)因素v三、主要理化常數(shù)的測(cè)定三、主要理化常數(shù)的測(cè)定29v1、有盡可能大的有盡可能大的交換容量交換容量。v2、有良好的有良好的交換選擇性交換選擇性。v3、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。v4、化學(xué)動(dòng)力學(xué)性能好?；瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)性能好。v5、物理性能好。物理性能好。30v1、離子交換樹(shù)脂具有的離子交換樹(shù)脂具有的功能基團(tuán)性質(zhì)功能基團(tuán)性質(zhì)和和數(shù)數(shù)目目，數(shù)目數(shù)目是其交換容量的基礎(chǔ)。是其交換容量

12、的基礎(chǔ)。（ph）v2、樹(shù)脂的樹(shù)脂的交聯(lián)度交聯(lián)度樹(shù)脂強(qiáng)度、交換選擇樹(shù)脂強(qiáng)度、交換選擇性、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。性、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。v3 3、樹(shù)脂骨架樹(shù)脂骨架和和平衡離子平衡離子。 3132v偶極離子偶極離子vrso3-na+ + h3+nrcoo - rso3- h3+ nrcoo - +na+ vrso3- h + + h3+nrcoo - rso3- h3+ nrcoo hv鈉鹽樹(shù)脂鈉鹽樹(shù)脂v氫型樹(shù)脂氫型樹(shù)脂，被取代的氫離子為羧基所固定，使被吸附，被取代的氫離子為羧基所固定，使被吸附的氨基酸不能形成偶極，與樹(shù)脂之磺酸基沒(méi)有排斥力。的氨基酸不能形成偶極，與樹(shù)脂之磺酸基沒(méi)有排斥力。v與鈉型樹(shù)脂相比，與鈉型樹(shù)脂

13、相比，氫型樹(shù)脂氫型樹(shù)脂有較有較大大的有效的有效交換容量交換容量。 33v1 1、含水量含水量：常用：常用干燥法和離干燥法和離心法心法測(cè)得。測(cè)得。v2 2、膨脹度膨脹度：膨脹系數(shù)：膨脹系數(shù)k k膨脹膨脹。v3濕真密度樹(shù)脂充滿(mǎn)水時(shí)濕真密度樹(shù)脂充滿(mǎn)水時(shí)的密度。的密度。v4.4.交換容量交換容量:meq/g:meq/g 樹(shù)脂樹(shù)脂。34v陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（氫型）的測(cè)定方法：一定量（氫型）的測(cè)定方法：一定量樹(shù)脂中加入樹(shù)脂中加入naoh溶液，一天或數(shù)天后測(cè)定溶液，一天或數(shù)天后測(cè)定naoh剩余量，從剩余量，從消耗的堿量消耗的堿量求交換容量。求交換容量。v陰離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂（氯型）的測(cè)定方

14、法：一定量（氯型）的測(cè)定方法：一定量樹(shù)脂裝柱，用過(guò)量樹(shù)脂裝柱，用過(guò)量na2so4溶液進(jìn)行離子交換，溶液進(jìn)行離子交換，測(cè)定測(cè)定流出液中氯離子總量流出液中氯離子總量，求交換容量，求交換容量。35361 1強(qiáng)酸樹(shù)脂強(qiáng)酸樹(shù)脂amberliteamberlite ir-120 ir-120；2 2弱酸樹(shù)脂弱酸樹(shù)脂amberliteamberlite irc-84 irc-84；3 3強(qiáng)堿樹(shù)脂強(qiáng)堿樹(shù)脂amberliteamberlite ira-400 ira-400；4 4弱堿樹(shù)脂弱堿樹(shù)脂amberliteamberlite ir-45 ir-45強(qiáng)酸強(qiáng)堿樹(shù)脂有水平段強(qiáng)酸強(qiáng)堿樹(shù)脂有水平段轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置轉(zhuǎn)折點(diǎn)

15、位置功能團(tuán)種類(lèi)功能團(tuán)種類(lèi)交換容量隨交換容量隨ph值變化值變化37v影響離子交換選擇性的因素：影響離子交換選擇性的因素：v 離子價(jià)與離子水合半徑離子價(jià)與離子水合半徑v 離子價(jià)與離子濃度離子價(jià)與離子濃度v 交換環(huán)境交換環(huán)境v 樹(shù)脂結(jié)構(gòu)樹(shù)脂結(jié)構(gòu)v 偶極離子排斥偶極離子排斥38v相對(duì)親和力相對(duì)親和力和相對(duì)濃度。和相對(duì)濃度。v電荷效應(yīng)越強(qiáng)的離子與樹(shù)脂的親和力越電荷效應(yīng)越強(qiáng)的離子與樹(shù)脂的親和力越大，而決定電荷效應(yīng)的主要因素是大，而決定電荷效應(yīng)的主要因素是價(jià)電價(jià)電數(shù)和離子半徑數(shù)和離子半徑。39v一價(jià)陽(yáng)離子親和力的次序是：一價(jià)陽(yáng)離子親和力的次序是：vh+li+na+k+ nh4+ ag+ v對(duì)對(duì)強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性樹(shù)

16、脂陰離子親和力次序：樹(shù)脂陰離子親和力次序：vfoh hcoo clbriso4 2-v對(duì)對(duì)弱堿性弱堿性樹(shù)脂陰離子親和力次序：樹(shù)脂陰離子親和力次序：vfclbr=i=ac so4 2- oh。4041v h+li+na+k+ nh4+ pb+cs+ag+ti+ 。42v設(shè)離子平衡后溶液中兩種離子的濃度比設(shè)離子平衡后溶液中兩種離子的濃度比是定是定值值p.p.v c c1 1/c/c2 2=p=pv在稀溶液在稀溶液(c(c2 2較小較小) )中，樹(shù)脂吸附高價(jià)離子的中，樹(shù)脂吸附高價(jià)離子的傾向很大傾向很大。 43v例如：例如：v當(dāng)當(dāng)k=2 p=1 m1+m2=1 c2=0.1mol/l z2=1時(shí)時(shí)v若

17、若z1=2 則則m10.9，m20.1v若若z1=3 則則m10.97，m20.03v在較稀的溶液中，樹(shù)脂幾乎僅吸附高價(jià)離子在較稀的溶液中，樹(shù)脂幾乎僅吸附高價(jià)離子。44v1、溶液溶液的的ph：解離度解離度、交換容量、交換容量、選擇性。選擇性。v2、離子強(qiáng)度離子強(qiáng)度：交換容量、交換容量、選擇性、選擇性、交換速度交換速度v3、有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑：能降低有機(jī)離子的解：能降低有機(jī)離子的解離程度離程度。45 （一）（一）樹(shù)脂載體的交聯(lián)度樹(shù)脂載體的交聯(lián)度：v交聯(lián)度上升，交聯(lián)度上升，膨脹度下降膨脹度下降，k值增大值增大，樹(shù)，樹(shù)脂潛在的選擇能力提高脂潛在的選擇能力提高。v選擇性選擇性的影響，膨脹度增大時(shí)，的影響

18、，膨脹度增大時(shí)，k值減小，值減小，促使樹(shù)脂吸附量降低；促使樹(shù)脂吸附量降低；v空隙大小空隙大小的影響，即膨脹度增大，促使樹(shù)的影響，即膨脹度增大，促使樹(shù)脂吸附量增加。脂吸附量增加。v膨脹系數(shù)值很小時(shí)，空間效應(yīng)占主要地位。膨脹系數(shù)值很小時(shí)，空間效應(yīng)占主要地位。v膨脹系數(shù)增大到一定值時(shí)，選擇性占主要膨脹系數(shù)增大到一定值時(shí)，選擇性占主要地位。地位。圖8.14 磺酸基樹(shù)脂吸附土霉素的量與樹(shù)脂膨脹度之間的關(guān)系46甲基丙烯酸甲基丙烯酸丙烯酰胺樹(shù)脂，鏈霉素與鈉離子交換等溫線(xiàn)與樹(shù)脂膨脹度丙烯酰胺樹(shù)脂，鏈霉素與鈉離子交換等溫線(xiàn)與樹(shù)脂膨脹度的關(guān)系的關(guān)系 1 1膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)1.91.9； 2 2膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)3

19、3； 3 3膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)4.54.5； 4 4膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)5.25.2； m m1 1樹(shù)脂對(duì)鏈霉素吸附量樹(shù)脂對(duì)鏈霉素吸附量； c c1 1，c c2 2溶液中鏈霉素和鈉離子濃度溶液中鏈霉素和鈉離子濃度47v（二）（二）輔助力輔助力：離子交換樹(shù)脂與被吸附離子間的：離子交換樹(shù)脂與被吸附離子間的作用力除靜電力外，還存在一種輔助力。作用力除靜電力外，還存在一種輔助力。v無(wú)機(jī)離子交換常數(shù)無(wú)機(jī)離子交換常數(shù)k值多在值多在110之間。之間。v有機(jī)離子交換有機(jī)離子交換時(shí)，時(shí)，k值可高達(dá)值可高達(dá)102103。v（三）（三）其它結(jié)合力：某些樹(shù)脂對(duì)金屬離子有特殊其它結(jié)合力：某些樹(shù)脂對(duì)金屬離子有特殊的親和力。的

20、親和力。 v羧酸型樹(shù)脂羧酸型樹(shù)脂 48v偶極離子偶極離子vrso3-na+ + h3+nrcoo - rso3- h3+ nrcoo - +na+ vrso3- h + + h3+nrcoo - rso3- h3+ nrcoo hv鈉鹽樹(shù)脂鈉鹽樹(shù)脂v氫型樹(shù)脂氫型樹(shù)脂v與鈉型樹(shù)脂相比，與鈉型樹(shù)脂相比，氫型樹(shù)脂氫型樹(shù)脂有較有較大大的有效的有效交換容量交換容量。 4950v一、一、 樹(shù)脂的選擇樹(shù)脂的選擇v目的物是弱酸性或弱堿性的目的物是弱酸性或弱堿性的小分子小分子物質(zhì)時(shí)，宜選用強(qiáng)酸強(qiáng)堿樹(shù)脂物質(zhì)時(shí)，宜選用強(qiáng)酸強(qiáng)堿樹(shù)脂（氨（氨基酸的分離）基酸的分離）。v蛋白質(zhì)、酶蛋白質(zhì)、酶和和其它生物大分子其它生物大分

21、子的分的分離多采用離多采用弱堿或弱酸性樹(shù)脂弱堿或弱酸性樹(shù)脂，減少，減少生物大分子的變性，利于洗脫，提生物大分子的變性，利于洗脫，提高選擇性高選擇性。 511 1、 外觀特征外觀特征v透明或半透明；顆粒圓整，透明或半透明；顆粒圓整，粒度粒度均勻，強(qiáng)度。均勻，強(qiáng)度。v2 2、 樹(shù)脂的預(yù)處理樹(shù)脂的預(yù)處理v（1 1） 物理處理：去雜，過(guò)物理處理：去雜，過(guò)篩。篩。v（2 2） 化學(xué)處理化學(xué)處理：用：用8 81010倍倍的的1mol/l 1mol/l 鹽酸或氫氧化鈉溶液鹽酸或氫氧化鈉溶液交替浸泡交替浸泡。 525354 樹(shù)脂再生：樹(shù)脂再生：使用過(guò)的樹(shù)脂重新獲得使用性能的處理使用過(guò)的樹(shù)脂重新獲得使用性能的處

22、理過(guò)程。過(guò)程。 再生過(guò)程：再生過(guò)程：v（1） 去雜，大量水沖洗，除去物理吸附的雜質(zhì)。去雜，大量水沖洗，除去物理吸附的雜質(zhì)。v（2） 用酸、堿處理除去與功能基團(tuán)結(jié)合的雜質(zhì)。用酸、堿處理除去與功能基團(tuán)結(jié)合的雜質(zhì)。v (3) (3) 轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)型：55v交換：交換：靜態(tài)交換靜態(tài)交換 動(dòng)態(tài)交換動(dòng)態(tài)交換v洗脫方式：分靜態(tài)洗脫及動(dòng)態(tài)洗脫兩種洗脫方式：分靜態(tài)洗脫及動(dòng)態(tài)洗脫兩種，ph及離子強(qiáng)度改變。及離子強(qiáng)度改變。v洗脫液：洗脫液：酸、堿、鹽酸、堿、鹽。56v酸、堿洗脫液酸、堿洗脫液目的是改變目的是改變吸附物的電荷吸附物的電荷或或改改變樹(shù)脂活性基團(tuán)變樹(shù)脂活性基團(tuán)的解離狀態(tài)，以消除靜電結(jié)的解離狀態(tài)，以消除靜電結(jié)合力

23、，迫使目的物被釋放出來(lái)；合力，迫使目的物被釋放出來(lái)；v鹽類(lèi)洗脫液鹽類(lèi)洗脫液是通過(guò)高濃度的同種電荷的離子是通過(guò)高濃度的同種電荷的離子與目的物與目的物競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)樹(shù)脂上的活性基團(tuán)，使吸附物樹(shù)脂上的活性基團(tuán)，使吸附物游離。游離。 57v動(dòng)態(tài)洗脫：動(dòng)態(tài)洗脫：v 1、 溶液溶液ph及離子強(qiáng)度不變。及離子強(qiáng)度不變。v 2、分階段改變?nèi)芤?、分階段改變?nèi)芤簆h及離子強(qiáng)度。及離子強(qiáng)度。v 3、連續(xù)改變?nèi)芤哼B續(xù)改變?nèi)芤簆h及離子強(qiáng)度及離子強(qiáng)度。v梯度洗脫梯度洗脫：自動(dòng)化的梯度儀自動(dòng)化的梯度儀58v梯度混合器梯度混合器:v a瓶為低濃度鹽溶液瓶為低濃度鹽溶液v b瓶為高濃度鹽溶液瓶為高濃度鹽溶液vc=ca（cacb）v

24、aa/ab 濃度梯度曲線(xiàn)濃度梯度曲線(xiàn)59v分離純化分離純化氨基酸制備氨基酸制備v無(wú)鹽水制備無(wú)鹽水制備60v豬血粉水解制備豬血粉水解制備6種種氨氨基酸基酸:61v無(wú)鹽水制備是利用無(wú)鹽水制備是利用氫型氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和羥羥型型陰離子交換樹(shù)脂的組合以陰離子交換樹(shù)脂的組合以除去水中所有的除去水中所有的離子離子，其反應(yīng)式如下：，其反應(yīng)式如下：62v陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性樹(shù)脂，樹(shù)脂，陰離子交換樹(shù)脂可以用陰離子交換樹(shù)脂可以用強(qiáng)堿或強(qiáng)堿或弱堿弱堿樹(shù)脂。樹(shù)脂。v強(qiáng)酸強(qiáng)酸弱堿弱堿 或或 強(qiáng)酸強(qiáng)酸強(qiáng)堿；強(qiáng)堿；v強(qiáng)酸強(qiáng)酸弱堿弱堿強(qiáng)酸強(qiáng)酸強(qiáng)堿強(qiáng)堿；v強(qiáng)酸強(qiáng)酸強(qiáng)堿強(qiáng)堿混合床混合床。

25、63v混合床系將陽(yáng)、陰兩種樹(shù)脂混合而成，混合床系將陽(yáng)、陰兩種樹(shù)脂混合而成，脫鹽效果好脫鹽效果好。v混合床中所發(fā)生的反應(yīng)混合床中所發(fā)生的反應(yīng):64圖8.20 混合床的操作(a)為水制備時(shí)的情形；(b)為制備結(jié)束，用水逆流沖洗。陽(yáng)、陰樹(shù)脂根據(jù)比重不同分層，陽(yáng)樹(shù)脂較重在陽(yáng)、陰樹(shù)脂根據(jù)比重不同分層，陽(yáng)樹(shù)脂較重在下面，陰樹(shù)脂在上面；下面，陰樹(shù)脂在上面；(c)為上部、下部同時(shí)通入堿、酸再生，廢液自中間排出；(d)為再生結(jié)束，通入空氣，將陽(yáng)、陰樹(shù)脂混合、準(zhǔn)備制水 65v經(jīng)過(guò)第一柱（陽(yáng)樹(shù)脂）時(shí)，溶液變酸，經(jīng)過(guò)第一柱（陽(yáng)樹(shù)脂）時(shí)，溶液變酸，而經(jīng)過(guò)第二柱（陰樹(shù)脂）時(shí)，溶液又變而經(jīng)過(guò)第二柱（陰樹(shù)脂）時(shí)，溶液又變堿。

26、堿。v鏈霉素脫鹽：鏈霉素脫鹽：強(qiáng)酸強(qiáng)酸125和弱堿和弱堿3114樹(shù)脂組成混合床，脫鹽效果較好。樹(shù)脂組成混合床，脫鹽效果較好。66v一、大孔、均孔樹(shù)脂一、大孔、均孔樹(shù)脂v（一）（一）大孔型離子交換樹(shù)脂大孔型離子交換樹(shù)脂（macro porous ,mp）v（二）均孔型離子交換樹(shù)脂（二）均孔型離子交換樹(shù)脂 ( ir )v二、多糖基離子交換劑二、多糖基離子交換劑v（一）（一）離子交換纖維素離子交換纖維素v（二）（二）葡聚糖凝膠離子交換葡聚糖凝膠離子交換劑劑6768v（1）載體骨架交聯(lián)度高。）載體骨架交聯(lián)度高。v（2）孔徑大孔徑大。v（3）表面積大，表面吸附強(qiáng)，對(duì)大分）表面積大，表面吸附強(qiáng)，對(duì)大分子物

27、質(zhì)的交換容量大。子物質(zhì)的交換容量大。v（4）孔隙率大。）孔隙率大。6970vd113是大孔弱酸性丙烯酸系樹(shù)脂是大孔弱酸性丙烯酸系樹(shù)脂vd代表大孔型樹(shù)脂代表大孔型樹(shù)脂v第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類(lèi)第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類(lèi)：0 代表強(qiáng)酸性，代表強(qiáng)酸性，1代表代表弱酸性，弱酸性，2代表強(qiáng)堿性，代表強(qiáng)堿性，3代表弱堿性代表弱堿性v第二位數(shù)字代表不同的骨架結(jié)構(gòu)第二位數(shù)字代表不同的骨架結(jié)構(gòu)：0代表苯乙烯系，代表苯乙烯系，1代表丙烯酸系，代表丙烯酸系，2代表酚醛系，代表酚醛系，3代表環(huán)氧系等。代表環(huán)氧系等。v第三位數(shù)字為順序號(hào)，用以區(qū)別交聯(lián)劑等的差異。第三位數(shù)字為順序號(hào)，用以區(qū)別交聯(lián)劑等的差異。7172v主要是

28、主要是陰離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂。v骨架的交聯(lián)度比較均勻。代號(hào)骨架的交聯(lián)度比較均勻。代號(hào)為為ip或或ir。v交聯(lián)度均勻，孔徑大小一致，交換容交聯(lián)度均勻，孔徑大小一致，交換容量都較高，膨脹度、機(jī)械強(qiáng)度好。量都較高，膨脹度、機(jī)械強(qiáng)度好。73v生物大分子對(duì)離子交換的要求生物大分子對(duì)離子交換的要求: : 固相載體具有固相載體具有親水性親水性和較大的和較大的交換空間交換空間; ;v 對(duì)其生物活性有穩(wěn)定作用，并便于洗脫。對(duì)其生物活性有穩(wěn)定作用，并便于洗脫。v生物來(lái)源穩(wěn)定的高聚物生物來(lái)源穩(wěn)定的高聚物多糖作載體。多糖作載體。v多糖基離子交換劑可以分為：多糖基離子交換劑可以分為：v 離子交換纖維素離子交換纖維

29、素v 葡聚糖離子交換葡聚糖離子交換劑劑 74v(1)(1)開(kāi)放的長(zhǎng)鏈骨架，開(kāi)放的長(zhǎng)鏈骨架，親水性強(qiáng)親水性強(qiáng)，表面積大，易，表面積大，易吸附大分子吸附大分子。v(2)(2)交換交換基團(tuán)稀疏基團(tuán)稀疏，對(duì)大分子的實(shí)際交換容量大。，對(duì)大分子的實(shí)際交換容量大。 v(3)(3)吸附力弱，吸附力弱，交換和洗脫條件緩和交換和洗脫條件緩和，不宜變性。，不宜變性。v(4)(4)分辨率分辨率高。高。75v羧甲基纖維素（羧甲基纖維素（cm-c）：）：弱酸性陽(yáng)離子交換纖維素弱酸性陽(yáng)離子交換纖維素，pk=3.6 。v二乙基氨基乙基纖維素二乙基氨基乙基纖維素（deae-c）：強(qiáng)堿型陰離）：強(qiáng)堿型陰離子交換纖維素子交換纖維素

30、，pk=9.1。76v 77v 78v可靜態(tài)交換，也可動(dòng)態(tài)交換?？伸o態(tài)交換，也可動(dòng)態(tài)交換。v交換基團(tuán)密度低、吸附力弱。交換基團(tuán)密度低、吸附力弱。v鹽濃度不宜高鹽濃度不宜高（控制在（控制在0.0010.02 mol/l）。 7980v洗脫緩和洗脫緩和。v升高環(huán)境升高環(huán)境的的ph、降低、降低ph或是增加離子強(qiáng)度都能將或是增加離子強(qiáng)度都能將被吸附物質(zhì)洗脫下來(lái)。被吸附物質(zhì)洗脫下來(lái)。v 81v請(qǐng)以請(qǐng)以deae-c為例說(shuō)明離子交換纖維素分離為例說(shuō)明離子交換纖維素分離純化蛋白質(zhì)時(shí)的洗脫方法有哪些？并說(shuō)出各純化蛋白質(zhì)時(shí)的洗脫方法有哪些？并說(shuō)出各種方法的洗脫原理。種方法的洗脫原理。 82v 83v酸堿濃度要適當(dāng)

31、降低，酸堿濃度要適當(dāng)降低，處理時(shí)間處理時(shí)間也從也從4h縮短縮短為為0.31h。v以交換緩沖液平衡。以交換緩沖液平衡。v注意：注意：v不耐酸，用酸處理的濃度和時(shí)間須小心控制不耐酸，用酸處理的濃度和時(shí)間須小心控制。84v是將是將活性交換基團(tuán)活性交換基團(tuán)連接于連接于葡聚糖凝膠葡聚糖凝膠上制成的各種上制成的各種交換劑交換劑 。v命名命名: :v交換活性基團(tuán)交換活性基團(tuán)- -sephadex c (a)- -編號(hào)。編號(hào)。v具有具有離子交換和分子篩離子交換和分子篩的雙重作用，對(duì)生物分子有的雙重作用，對(duì)生物分子有很高的分辨率很高的分辨率。 85v 86v瓊脂糖凝膠上引入功能基瓊脂糖凝膠上引入功能基vdeae

32、 sepharose cl-6bvcm sepharose cl-6bvdeaetoyopearlvcmtoyopearl8788v能專(zhuān)一地水解能專(zhuān)一地水解l-門(mén)冬酰胺生成門(mén)冬酰胺生成l-門(mén)冬氨酸和氨。門(mén)冬氨酸和氨。v外源門(mén)冬酰胺被降解，蛋白質(zhì)合成過(guò)程中氨基酸的外源門(mén)冬酰胺被降解，蛋白質(zhì)合成過(guò)程中氨基酸的缺乏，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡。缺乏，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡。vl-門(mén)冬酰胺酶是一種重要的抗腫瘤藥物。門(mén)冬酰胺酶是一種重要的抗腫瘤藥物。v大腸桿菌能產(chǎn)生大腸桿菌能產(chǎn)生2種天冬酰胺酶，即種天冬酰胺酶，即l-門(mén)冬酰胺酶門(mén)冬酰胺酶和和l-門(mén)冬酰胺酶門(mén)冬酰胺酶。v重組重組l-門(mén)冬酰胺酶門(mén)冬酰胺酶pi為為4.85

33、。8990v弱酸弱酸陽(yáng)離子交換陽(yáng)離子交換樹(shù)脂樹(shù)脂 724v強(qiáng)酸強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換陽(yáng)離子交換樹(shù)脂樹(shù)脂 732v強(qiáng)堿強(qiáng)堿陰離子交換陰離子交換樹(shù)脂樹(shù)脂 717vd113 大孔弱酸性丙烯酸系樹(shù)脂大孔弱酸性丙烯酸系樹(shù)脂vcm-cvdeae-cvcm-sephadex c vdeae-sephadex a91v色譜聚焦色譜聚焦（chromatofocusing）: 是一種高是一種高分辨的新型的蛋白質(zhì)純化技術(shù)。分辨的新型的蛋白質(zhì)純化技術(shù)。是根據(jù)蛋白是根據(jù)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，結(jié)合離子交換技術(shù)的大容量色質(zhì)的等電點(diǎn)，結(jié)合離子交換技術(shù)的大容量色譜譜，能分離幾百毫克蛋白質(zhì)樣品，洗脫峰被，能分離幾百毫克蛋白質(zhì)樣品，洗脫峰被聚焦

34、效應(yīng)濃縮，分辨率高。聚焦效應(yīng)濃縮，分辨率高。v適用適用水溶性的兩性分子水溶性的兩性分子，如蛋白質(zhì)、酶、多，如蛋白質(zhì)、酶、多肽、核酸肽、核酸等。等。 92v（一）（一）自動(dòng)形成自動(dòng)形成ph梯度梯度。v（二）（二）蛋白質(zhì)的色譜行為蛋白質(zhì)的色譜行為v（三）（三）聚焦效應(yīng)聚焦效應(yīng) 93v在在聚焦層析聚焦層析中，當(dāng)中，當(dāng)洗脫液流進(jìn)洗脫液流進(jìn)多緩沖多緩沖交換劑交換劑時(shí)，由于交時(shí)，由于交換劑帶有緩沖能力換劑帶有緩沖能力的電荷基團(tuán)的電荷基團(tuán)，故，故ph梯度溶液可以梯度溶液可以自動(dòng)形成自動(dòng)形成。94n（1）柱內(nèi)每點(diǎn)的柱內(nèi)每點(diǎn)的ph值從高到低逐漸下降值從高到低逐漸下降。n（2）從層析柱頂部到）從層析柱頂部到底部就

35、形成了底部就形成了ph69的梯度。的梯度。n（3）ph梯度會(huì)逐漸梯度會(huì)逐漸向下遷移。向下遷移。n（4）底部流出液的底部流出液的ph由由9逐漸降至逐漸降至6。95v當(dāng)柱中當(dāng)柱中ph低于蛋白質(zhì)低于蛋白質(zhì)的的pi時(shí)，蛋白質(zhì)帶時(shí)，蛋白質(zhì)帶正電荷正電荷，不與陰離，不與陰離于交換劑結(jié)合于交換劑結(jié)合,隨洗脫液向下移動(dòng)隨洗脫液向下移動(dòng) 。v當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)移動(dòng)至環(huán)境當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)移動(dòng)至環(huán)境ph高于高于其其pi時(shí)，蛋白質(zhì)時(shí)，蛋白質(zhì)由帶正電荷變由帶正電荷變?yōu)閹ж?fù)電荷為帶負(fù)電荷，并與，并與陰離子交換劑結(jié)合陰離子交換劑結(jié)合。v由于洗脫劑的通過(guò)，蛋白質(zhì)周?chē)沫h(huán)境由于洗脫劑的通過(guò)，蛋白質(zhì)周?chē)沫h(huán)境ph 再次低于再次低于pi時(shí)，時(shí)，它又

36、帶它又帶正電荷正電荷，并，并從交換劑解吸下來(lái)從交換劑解吸下來(lái)而下降而下降 。v移至移至ph大于大于pi時(shí)又重新結(jié)合，直至蛋白質(zhì)從柱下流出。時(shí)又重新結(jié)合，直至蛋白質(zhì)從柱下流出。v v不同蛋白質(zhì)具有不同的等電點(diǎn)，在被離子交換劑結(jié)合以前，不同蛋白質(zhì)具有不同的等電點(diǎn)，在被離子交換劑結(jié)合以前，移動(dòng)距離移動(dòng)距離是不同的，洗脫出來(lái)的先后次序是按等電點(diǎn)排列是不同的，洗脫出來(lái)的先后次序是按等電點(diǎn)排列的。的。96v當(dāng)一種蛋白質(zhì)在柱上隨洗脫液下移當(dāng)一種蛋白質(zhì)在柱上隨洗脫液下移至等電點(diǎn)處時(shí)，移動(dòng)速度明顯減慢。至等電點(diǎn)處時(shí)，移動(dòng)速度明顯減慢。v此時(shí)加上此時(shí)加上相同相同的的第二個(gè)樣品第二個(gè)樣品，它將，它將以洗脫液移動(dòng)的速

37、度下降，直至追以洗脫液移動(dòng)的速度下降，直至追到正在慢移的第一個(gè)樣品（到正在慢移的第一個(gè)樣品（聚焦聚焦）。）。v如果加入的第二個(gè)樣品的等電點(diǎn)比如果加入的第二個(gè)樣品的等電點(diǎn)比第一個(gè)樣品高，它可以越過(guò)第一個(gè)第一個(gè)樣品高，它可以越過(guò)第一個(gè)樣品區(qū)先被洗脫出樣品區(qū)先被洗脫出來(lái)。來(lái)。 97v多緩沖劑是一種兩性電解質(zhì)緩沖劑，是多緩沖劑是一種兩性電解質(zhì)緩沖劑，是分子分子量大小不同的多種組分的多羧基多氨基化合量大小不同的多種組分的多羧基多氨基化合物物。vpolybuffer96 pbe94vpolybuffer74 pbe9498vpbe94是以是以交聯(lián)瓊脂交聯(lián)瓊脂糖糖6b（sepharose 6b）為載體，并在

38、糖基上通過(guò)醚鍵偶合上配基制成為載體，并在糖基上通過(guò)醚鍵偶合上配基制成的的多緩沖交換劑，是多緩沖交換劑，是陰離子交換劑陰離子交換劑。v當(dāng)當(dāng)polybuffer96流進(jìn)多緩沖交換流進(jìn)多緩沖交換劑時(shí)，劑時(shí)，ph梯度梯度溶液可以自動(dòng)形成（溶液可以自動(dòng)形成（96）。99v（一）凝膠和緩沖劑的選擇（一）凝膠和緩沖劑的選擇 vpbe94 polybuffer96vpbe94 polybuffer74vph間隔為間隔為3個(gè)單位。個(gè)單位。vph范圍應(yīng)包含要分離樣品各組分等電點(diǎn)范圍應(yīng)包含要分離樣品各組分等電點(diǎn)，并使其有并使其有2/31/2柱長(zhǎng)的吸附解吸時(shí)間柱長(zhǎng)的吸附解吸時(shí)間。 100v（1）凝膠按）凝膠按1 1懸浮于懸浮于起始緩沖液起始緩沖液中，除氣泡。中，除氣泡。v（2）在柱中放）在柱中放23ml起始緩沖液，攪拌下緩緩倒起始緩沖液，攪拌下緩緩倒入。入。v（3）打開(kāi)柱底部開(kāi)關(guān)，待凝膠沉降后將柱頂部接）打開(kāi)柱底部開(kāi)關(guān)，待凝膠沉降后將柱頂部接頭裝好。頭裝好。v（4）用）用1015個(gè)柱床體積個(gè)柱床體積起始緩沖液平衡起始緩沖液平衡。101v100mg蛋白質(zhì)