離子交換層析法PPT課件

1、儀器設(shè)備簡(jiǎn)介儀器設(shè)備簡(jiǎn)介第1頁(yè)/共43頁(yè)離子交換全套裝置離子交換全套裝置第2頁(yè)/共43頁(yè)第第 九九 章章 離子交換層析離子交換層析第一節(jié)第一節(jié) 離子交換層析基本原理離子交換層析基本原理第二節(jié)第二節(jié) 離子交換劑的分類(lèi)與性質(zhì)離子交換劑的分類(lèi)與性質(zhì) 第三節(jié)第三節(jié) 離子交換劑與緩沖液的選擇離子交換劑與緩沖液的選擇第四節(jié)第四節(jié) 離子交換拄層析操作方法離子交換拄層析操作方法第五節(jié)第五節(jié) 離子交換拄層析應(yīng)用離子交換拄層析應(yīng)用第3頁(yè)/共43頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 離子交換層析基本原理離子交換層析基本原理一、離子交換劑的組成結(jié)構(gòu)及其的特性一、離子交換劑的組成結(jié)構(gòu)及其的特性 二、離子交換劑的選擇性二、離子交換劑的選擇性

2、三、離子交換柱層析原理示意圖三、離子交換柱層析原理示意圖 第4頁(yè)/共43頁(yè)一、離子交換劑的組成結(jié)構(gòu)及其特性一、離子交換劑的組成結(jié)構(gòu)及其特性第5頁(yè)/共43頁(yè)聚苯乙烯磺酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的制備聚苯乙烯磺酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的制備第6頁(yè)/共43頁(yè)離子交換樹(shù)脂的形狀結(jié)構(gòu)示意圖離子交換樹(shù)脂的形狀結(jié)構(gòu)示意圖第7頁(yè)/共43頁(yè)二、離子交換劑的選擇性二、離子交換劑的選擇性1 1、平衡常數(shù)、平衡常數(shù) 2 2、選擇性與離子的電荷及、選擇性與離子的電荷及 水合離子半徑的關(guān)系水合離子半徑的關(guān)系 3 3、離子濃度對(duì)選擇性的影響、離子濃度對(duì)選擇性的影響4 4、兩性物質(zhì)的選擇性、兩性物質(zhì)的選擇性 第8頁(yè)/共43頁(yè)1 1、平衡常

3、數(shù)、平衡常數(shù) 值反映離子交換劑值反映離子交換劑對(duì)不同離子的結(jié)合力或選擇對(duì)不同離子的結(jié)合力或選擇性，稱(chēng)為選擇系數(shù)，此外平性，稱(chēng)為選擇系數(shù)，此外平衡的移動(dòng)遵循質(zhì)量作用定律衡的移動(dòng)遵循質(zhì)量作用定律 若若K KB BA A值值1 1，即，即RBRBRARA， 若若K KB BA A值值1 1，即，即RBRBRA,RA, 若若K KB BA A值值1 1，即，即RBRBRARA，RA + BRA + B+ + RB + A RB + A+ +RARBKBABA時(shí)，BRAARBKBAABK第9頁(yè)/共43頁(yè)2 2、選擇性與離子的電荷及、選擇性與離子的電荷及水合離子半徑的關(guān)系水合離子半徑的關(guān)系 離子交換劑與各

4、種水合離子的結(jié)合力是與離子的電荷量成正比，而與水合離子交換劑與各種水合離子的結(jié)合力是與離子的電荷量成正比，而與水合離子半徑的平方成反比。離子半徑的平方成反比。 一價(jià)離子：LiLi+ +NaNa+ +K K+ +RbRb+ +CsCs+ + 二價(jià)離子：MgMg2+2+CaCa2+2+SrSr2+2+BaBa2+2+ 一價(jià)陰離子：F F- -ClCl- -BrBr- -I I- -不同價(jià)陽(yáng)離子：NaNa+ +CaCa2+2+AlAl3+3+TiTi4+4+第10頁(yè)/共43頁(yè)磺酸基樹(shù)脂和季胺基樹(shù)脂磺酸基樹(shù)脂和季胺基樹(shù)脂對(duì)各種離子的相對(duì)選擇系數(shù)對(duì)各種離子的相對(duì)選擇系數(shù) 第11頁(yè)/共43頁(yè)三、離子交換柱

5、層析原理示意圖三、離子交換柱層析原理示意圖動(dòng)畫(huà)按鈕第12頁(yè)/共43頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 離子交換劑的分類(lèi)及性質(zhì)離子交換劑的分類(lèi)及性質(zhì)一、離子交換劑分類(lèi)一、離子交換劑分類(lèi)二、離子交換劑性質(zhì)二、離子交換劑性質(zhì) 第13頁(yè)/共43頁(yè)一、離子交換劑分類(lèi)一、離子交換劑分類(lèi)1疏水性2親水性(1)陽(yáng)離子交換劑(2)陰離子交換劑（1）纖維素離子交換劑（2）交聯(lián)葡聚糖離子交換劑 （3）瓊脂糖離子交換劑第14頁(yè)/共43頁(yè)1 1疏水性離子交換劑疏水性離子交換劑 R-SO R-SO-3 3H + NaH + Na+ + = R-SO = R-SO3 3Na + HNa + H+ + R-PO R-PO（OHOH）2 2 +

6、Na + Na+ + = R-POOHONa + H = R-POOHONa + H+ +R-NR-N+ +（CHCH3 3）3 3 OHOH- - + Cl+ Cl- -= R-N= R-N+ +（CHCH3 3）3 3 ClCl- - + + OHOH- - R-NR-N+ +（CHCH3 3）2 2 OHOH- - + H+ H2 2O = R-NO = R-N+ +（CHCH3 3）2 2 H HOHOH- - R-N R-N+ +（CHCH3 3）2 2 H HOHOH- - + Cl + Cl- -=R-N=R-N+ +（CHCH3 3）2 2 H HCl+ OHCl+ OH- -

7、 陰離子交換劑 陽(yáng)離子交換劑第15頁(yè)/共43頁(yè)2 2親水性離子交換劑親水性離子交換劑 磷酸纖維素 CM-纖維素 DEAE-纖維素 CM-交聯(lián)葡聚糖 DEAE-交聯(lián)葡聚糖CM-Sepharose CL-6BCM-Sepharose CL-6B 第16頁(yè)/共43頁(yè)二、離子交換劑性質(zhì)二、離子交換劑性質(zhì) 顏色與形狀顏色與形狀 交聯(lián)度交聯(lián)度 吸水量或膨脹度吸水量或膨脹度 交換容量交換容量穩(wěn)定性穩(wěn)定性 比重比重 第17頁(yè)/共43頁(yè)交換容量交換容量交換容量交換容量: : 是指離子交換劑與溶液中離子或離子化合物進(jìn)行交換的能力。 (mgg或mmolg、mgml或mmolml ) 交換容量的交換容量的測(cè)定測(cè)定：

8、強(qiáng)酸型與強(qiáng)堿型測(cè)定其解離鹽的能力； 弱酸型與弱堿型測(cè)定其中和酸堿的能力。影響交換容量的影響交換容量的因素因素： 篩孔、離子強(qiáng)度、pH值 。第18頁(yè)/共43頁(yè)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換介質(zhì)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換介質(zhì)交換容量的測(cè)定法交換容量的測(cè)定法 取一定量的離子交換介質(zhì)，去離子水溶脹，漂洗干凈用取一定量的離子交換介質(zhì)，去離子水溶脹，漂洗干凈用1mol1molL L的的NaOHNaOH處理，去離子水洗至中性，處理，去離子水洗至中性，1mol1molL L的的HClHCl處理，去離子水洗至中性。然后用處理，去離子水洗至中性。然后用1mol1molL L的的NaClNaCl洗脫，洗脫，收集洗脫液，再通過(guò)已標(biāo)定的收集洗

9、脫液，再通過(guò)已標(biāo)定的NaOHNaOH滴定洗脫液中的氫離滴定洗脫液中的氫離子濃度，計(jì)算出吸附氫離子的毫摩爾數(shù)量，除以離子交換子濃度，計(jì)算出吸附氫離子的毫摩爾數(shù)量，除以離子交換介質(zhì)的質(zhì)量，即可得到交換容量。介質(zhì)的質(zhì)量，即可得到交換容量。 計(jì)算公式如下：計(jì)算公式如下： ）離子交換介質(zhì)的質(zhì)量（）（測(cè)得的）交換容量（gmmolHgmmol/第19頁(yè)/共43頁(yè)強(qiáng)堿型陰離子交換介質(zhì)強(qiáng)堿型陰離子交換介質(zhì)交換容量的測(cè)定方法交換容量的測(cè)定方法 取一定量的離子交換介質(zhì)，去離子水溶脹，取一定量的離子交換介質(zhì)，去離子水溶脹，漂洗干凈，用漂洗干凈，用1mol1molL L的的HClHCl處理，去離子水洗至處理，去離子水洗

10、至中性，中性，1mol1molL L的的NaOHNaOH處理，去離子水洗至中性。處理，去離子水洗至中性。然后用然后用1mol1molL L的的NaClNaCl洗脫，收集洗脫液，再通洗脫，收集洗脫液，再通過(guò)已標(biāo)定的過(guò)已標(biāo)定的HClHCl滴定洗脫液中的氫氧根離子濃度，滴定洗脫液中的氫氧根離子濃度，計(jì)算出吸附氫氧根離子的毫摩爾數(shù)量，除以離子計(jì)算出吸附氫氧根離子的毫摩爾數(shù)量，除以離子交換介質(zhì)的質(zhì)量即可得到交換容量。計(jì)算公式如交換介質(zhì)的質(zhì)量即可得到交換容量。計(jì)算公式如下：下： ）離子交換介質(zhì)的質(zhì)量（）（測(cè)得的）交換容量（gmmolOHgmmol/第20頁(yè)/共43頁(yè)凝膠或纖維類(lèi)弱堿型陰離子或弱酸性陽(yáng)離子交

11、換凝膠或纖維類(lèi)弱堿型陰離子或弱酸性陽(yáng)離子交換介質(zhì)換容量的測(cè)定方法介質(zhì)換容量的測(cè)定方法 取一定量的離子交換介質(zhì)，漂洗干凈，用取一定量的離子交換介質(zhì)，漂洗干凈，用1mol1molL L的的NaClNaCl處理，去離子水洗至中性，緩沖處理，去離子水洗至中性，緩沖液平衡，用已知蛋白的濃度樣品過(guò)柱吸附，直至液平衡，用已知蛋白的濃度樣品過(guò)柱吸附，直至柱內(nèi)的介質(zhì)吸附的量達(dá)到飽和。用一定濃度的柱內(nèi)的介質(zhì)吸附的量達(dá)到飽和。用一定濃度的NaClNaCl或其他的洗脫劑洗脫，收集洗脫液，測(cè)定洗或其他的洗脫劑洗脫，收集洗脫液，測(cè)定洗脫液中的蛋白質(zhì)的濃度，按如下計(jì)算公式交換容脫液中的蛋白質(zhì)的濃度，按如下計(jì)算公式交換容量。

12、量。）或體積（離子交換介質(zhì)的質(zhì)量（）測(cè)得的蛋白質(zhì)質(zhì)量（）交換容量（mlgmggmmol/第21頁(yè)/共43頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 離子交換劑與緩沖液的選擇離子交換劑與緩沖液的選擇 一、離子交換劑的選一、離子交換劑的選擇擇二、緩沖液的選擇二、緩沖液的選擇 第22頁(yè)/共43頁(yè)一、離子交換劑的選擇一、離子交換劑的選擇必須考慮的影響因素必須考慮的影響因素 1 1陰、陽(yáng)離子交換劑的選擇陰、陽(yáng)離子交換劑的選擇2 2強(qiáng)、弱離子交換劑的選擇強(qiáng)、弱離子交換劑的選擇3 3不同離子型交換劑的選擇不同離子型交換劑的選擇4 4不同基質(zhì)離子交換劑的選擇不同基質(zhì)離子交換劑的選擇第23頁(yè)/共43頁(yè)必須考慮的因素必須考慮的因素要求要求

13、高度的不溶性和疏松的多孔結(jié)構(gòu)或巨大的表高度的不溶性和疏松的多孔結(jié)構(gòu)或巨大的表面積，較多的交換基團(tuán)和穩(wěn)定的物理化學(xué)性面積，較多的交換基團(tuán)和穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)質(zhì) 影響因素因素 對(duì)樣品生物活性和可溶性的影響對(duì)樣品生物活性和可溶性的影響 pHpH對(duì)交換基團(tuán)、分離物電荷及電性強(qiáng)弱的影對(duì)交換基團(tuán)、分離物電荷及電性強(qiáng)弱的影響響 分子大小及共存物質(zhì)的影響分子大小及共存物質(zhì)的影響第24頁(yè)/共43頁(yè)1 1陰、陽(yáng)離子交換劑的選擇陰、陽(yáng)離子交換劑的選擇參照電泳結(jié)果參照電泳結(jié)果測(cè)定測(cè)定pIpI確定穩(wěn)定確定穩(wěn)定pHpH范圍范圍 堿性分子在偏酸性環(huán)境中穩(wěn)定：細(xì)胞色素堿性分子在偏酸性環(huán)境中穩(wěn)定：細(xì)胞色素c c 酸性分子在偏堿

14、性環(huán)境中穩(wěn)定：核酸、酸性分子在偏堿性環(huán)境中穩(wěn)定：核酸、HCGHCG第25頁(yè)/共43頁(yè)離子交換劑的選擇圖離子交換劑的選擇圖第26頁(yè)/共43頁(yè)2 2、強(qiáng)、弱離子交換劑的選擇、強(qiáng)、弱離子交換劑的選擇第27頁(yè)/共43頁(yè)3 3、不同離子型交換劑的選擇、不同離子型交換劑的選擇選用何種類(lèi)型離子交換劑?-取決于離子交換劑對(duì)諸反離子的結(jié)合力。為了提高交換容量，一般應(yīng)選擇結(jié)合力較小的反離子。據(jù)此，強(qiáng)陽(yáng)性和強(qiáng)陰性離于交換劑應(yīng)分別選擇H型和OH型；弱酸性和弱堿性離子交換劑應(yīng)分別選擇Na型和Cl型。第28頁(yè)/共43頁(yè)4 4不同基質(zhì)離子交換劑的選擇不同基質(zhì)離子交換劑的選擇 基質(zhì)的理化性質(zhì) 目標(biāo)物質(zhì)的理化性質(zhì) 溶液的組成及

15、雜質(zhì)含量第29頁(yè)/共43頁(yè)二、緩沖液的選擇二、緩沖液的選擇1 1、緩沖液、緩沖液pHpH的選擇的選擇 2 2、緩沖液離子組成的選擇、緩沖液離子組成的選擇3 3、緩沖液離子強(qiáng)度的選擇、緩沖液離子強(qiáng)度的選擇第30頁(yè)/共43頁(yè)1 1、緩沖液、緩沖液pHpH的選擇的選擇 要求：要求： 起始緩沖液能使樣品中有效成分與離起始緩沖液能使樣品中有效成分與離子交換劑結(jié)合，洗脫液能使有效成分從離子交換劑結(jié)合，洗脫液能使有效成分從離子交換劑上解離下來(lái)。子交換劑上解離下來(lái)。 PHPH值與目標(biāo)物值與目標(biāo)物pIpI的關(guān)系（的關(guān)系（pH=pIpH=pI1 1） 選擇性吸附選擇性吸附 選用弱陽(yáng)離子交換劑時(shí)，選用弱陽(yáng)離子交換劑

16、時(shí)，pHpH高于其高于其pKpK； 選用弱陰離子交換劑時(shí)，選用弱陰離子交換劑時(shí)，pHpH低于其低于其pKpK；第31頁(yè)/共43頁(yè)2 2、緩沖液離子組成的選擇、緩沖液離子組成的選擇緩沖液離子的緩沖液離子的pKpK值要接近所用的值要接近所用的pHpH，采用陽(yáng)離子交換劑應(yīng)選用陰離子緩沖液，采用陽(yáng)離子交換劑應(yīng)選用陰離子緩沖液，如：磷酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽如：磷酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽采用陰離子交換劑應(yīng)選用陽(yáng)離子緩沖液，采用陰離子交換劑應(yīng)選用陽(yáng)離子緩沖液，如：如：TrisTris緩沖液離子不影響被分離物的活性、測(cè)定、緩沖液離子不影響被分離物的活性、測(cè)定、溶解度。溶解度。第32頁(yè)/共43頁(yè)3 3、緩沖液離子

17、強(qiáng)度的選擇、緩沖液離子強(qiáng)度的選擇起始緩沖液能使樣品中有效成分與離子交起始緩沖液能使樣品中有效成分與離子交換劑結(jié)合，一般小于換劑結(jié)合，一般小于0.1mol/L0.1mol/L。洗脫液能使有效成分從離子交換劑上解離洗脫液能使有效成分從離子交換劑上解離下來(lái)，一般下來(lái)，一般0.15mol/L0.15mol/L（或采用（或采用pHpH洗脫）。洗脫）。第33頁(yè)/共43頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 離子交換拄層析操作方式離子交換拄層析操作方式一、離子交換劑的處理、轉(zhuǎn)型和再一、離子交換劑的處理、轉(zhuǎn)型和再生生二、分離物質(zhì)的交換二、分離物質(zhì)的交換三、物質(zhì)的洗脫與收集三、物質(zhì)的洗脫與收集 第34頁(yè)/共43頁(yè)一、離子交換劑的處理和

18、轉(zhuǎn)型一、離子交換劑的處理和轉(zhuǎn)型 一般程序：水泡，懸浮，酸或堿浸泡，洗滌至中性一般程序：水泡，懸浮，酸或堿浸泡，洗滌至中性 疏水性離子交換劑疏水性離子交換劑 用用2-42-4倍的倍的2mol/L NaOH2mol/L NaOH或或2mol/L HCl2mol/L HCl溶液處理溶液處理 親水性離子交換劑親水性離子交換劑 用用0.5mol/LNa0H0.5mol/LNa0H或或0.5mol/LHCl0.5mol/LHCl溶液處理；溶液處理； 轉(zhuǎn)型與再生：由一種反離子轉(zhuǎn)到另一種反離子的過(guò)程轉(zhuǎn)型與再生：由一種反離子轉(zhuǎn)到另一種反離子的過(guò)程。 欲使陽(yáng)離子交換劑轉(zhuǎn)成鈉型時(shí)，則需用欲使陽(yáng)離子交換劑轉(zhuǎn)成鈉型時(shí)，則需用NaOHNaOH處理；欲使其轉(zhuǎn)成氫型時(shí)，則需用處理；欲使其轉(zhuǎn)成氫型時(shí)，則需用HClHCl處理；欲使其處理；欲使其帶銨離子時(shí)，則需用帶銨離子時(shí)，則需用NHNH4 4OHOH或或NHNH4 4C1C1處理。處理。目的：使離子交換劑帶上所希望的離