離子交換法100的課件

第一節(jié)基本原理離子交換法：利用溶液中帶電粒子與離子交換劑之間結(jié)合力的差異進行物質(zhì)分離的操作方法。1離子交換劑帶電粒子靜電力2吸附調(diào)節(jié)溶液的pH值，使目的物帶有相當數(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。選擇合適的樹脂，便可使目的物被離子交換樹脂吸附，而雜質(zhì)較少被吸附。洗脫調(diào)節(jié)洗脫液的pH值。用高濃度的同性離子將目的物離子取代下來。3樹脂的選擇4比如：蛋白質(zhì)帶正電荷還是負電荷？樹脂的選擇pH＞pI：物質(zhì)帶負電荷，與陰離子交換劑進行交換；pH＜pI，物質(zhì)帶正電荷，與陽離子交換劑進行交換。

5第二節(jié)

離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)和種類

載體：惰性的不溶性高分子固定骨架。功能基團：與載體共價鍵連接的不能移動的活性基團平衡離子：與功能基團以離子鍵連接的可移動的活性離子6離子交換樹脂構(gòu)成一、離子交換樹脂的分類7離子交換樹脂陽離子交換樹脂強酸型弱酸型陰離子交換樹脂強堿型弱堿型陽離子交換樹脂分類強酸型樹脂（有好的解離能力）：磺酸型樹脂，功能基團為磺酸根(—SO3H)甲基磺酸根(—CH2SO3H)中酸性樹脂磷酸型樹脂（—PO3H2

）弱酸性樹脂（酸性環(huán)境中解離度受到抑制）羧酸型樹脂（—COOH）

酚型樹脂（

）8陰離子交換樹脂強堿型陰離子交換樹脂季銨基

弱堿型陰離子交換樹脂（在堿性環(huán)境中解離度受到抑制）

伯、仲、叔胺基中強堿性陰離子交換樹脂

兼有以上兩類活性基團9離子交換樹脂的性能

1011“strongandweak”

refertotheextentthattheionizationstateofthefunctionalgroupsvarieswithpH.Thetermsstrongandweakdonotrefertothestrengthwithwhichthefunctionalgroupsbindtoproteins.StrongionexchangersshownovariationinionexchangecapacitywithchangeinpH.StrongionexchangersincludeQ(anionic),SandSP(cationic).TheseexchangersdonottakeuporloseprotonswithchangingpHandsohavenobufferingcapacity,remainingfullychargedoverabroadpHrange.TitrationcurvesshowtheionexchangecapacityofstrongionexchangersQandS.Approximately5mlofQorSSepharoseFastFlowareequilibratedin1MKClandtitratedwith0.1MNaOH.weakionexchanger:Advantage:theycanofferadifferentselectivitycomparedtostrongionexchangers.Adisadvantage:becauseweakionexchangerscantakeuporloseprotonswithchangingpH,theirionexchangecapacityvarieswithpH.suchasDEAE(anionic),ANX(anionic)andCM(cationic),二、離子交換樹脂的命名：強酸類1～100號弱酸類101～200強堿類201～300弱堿類301~400中強酸類401～50014交聯(lián)度：是合成載體骨架時交聯(lián)劑重量的百分數(shù)，用“×”將樹脂編號與交聯(lián)度分開。如：強酸×7其交聯(lián)度為7%。編號：三、離子交換樹脂的骨架（載體）

由苯乙烯與二乙烯苯經(jīng)過氧苯甲酰催化聚合而成。15（一）苯乙烯型離子交換樹脂由丙烯酸甲酯與二乙烯苯經(jīng)過氧苯甲酰催化聚合而成16（二）丙烯酸型離子交換樹脂17（三）多乙烯多胺——環(huán)氧氯丙烷樹脂弱堿301樹脂，同時含有伯、仲、叔胺，還含有少量季銨基團。（四）聚乙烯吡啶系離子交換樹脂1、蛇籠樹脂18（五）其它離子交換樹脂

兩性離子交換樹脂以交聯(lián)的強堿性陰離子交換樹脂為籠，以丙烯酸鹽負離子在樹脂內(nèi)聚合生成線型聚合物作為蛇而得名。樹脂中的羧基（-COO-）和季銨基（-N+(CH3)3）是等摩爾的，故樹脂是中性的。應用：脫鹽。如，Na+被樹脂中的-COO-除去，而Cl–被季銨基除去。螯形樹脂吸附樹脂電子交換樹脂

19（五）其它離子交換樹脂

2、選擇性交換樹脂應用：含重金屬離子的廢水應用：除去色素（氧化還原樹脂，略）第三節(jié)

離子交換動力學*

20離子交換速度的影響因素：1、樹脂粒度：樹脂粒度大，交換速度慢。2、攪拌速度3、樹脂交聯(lián)度：交聯(lián)度大，交換速度低。4、離子半徑和離子價：離子每增加一個電荷，交換速度下降一個數(shù)量級。5、溫度。6、離子濃度：交換速度隨離子濃度的上升而加快。21第四節(jié)

離子交換樹脂的性能

22一、離子交換對樹脂的基本要求：交換容量交換選擇性化學性質(zhì)化學動力學性能物理性能22二、影響樹脂性能的幾個因素1、離子交換樹脂具有的功能基團性質(zhì)和數(shù)目——交換容量2、樹脂的交聯(lián)度——樹脂強度、交換選擇性、動力學性質(zhì)3、樹脂骨架和平衡離子23第五節(jié)

離子交換的選擇性

離子價與離子水合半徑離子價與離子濃度交換環(huán)境樹脂結(jié)構(gòu)偶極離子排斥24影響離子交換選擇性的因素：一、離子的化合價與水合半徑的影響：相對親和力和相對濃度。25電荷效應介電常數(shù)離子半徑電荷效應越強的離子與樹脂的親和力越大。二、離子化合價與離子濃度的影響：26在稀溶液中，樹脂吸附高價離子的傾向很大。

三、交換環(huán)境的影響1、溶液的pH：解離度、交換容量、選擇性。2、離子強度：交換容量、選擇性、交換速度3、有機溶劑：減弱樹脂對有機離子的吸附能力。27第六節(jié)

離子交換操作方法

一、

樹脂的選擇28目的物是弱酸性或弱堿性的小分子物質(zhì)時，宜選用強酸強堿樹脂（氨基酸的分離）。蛋白質(zhì)、酶和其它生物大分子的分離多采用弱堿或弱酸性樹脂，減少生物大分子的變性，利于洗脫，提高選擇性。

二、樹脂的處理和再生1、

外觀特征292、

樹脂的預處理（1）

物理處理：去雜，過篩。（2）化學處理：用8～10倍的1mol/L鹽酸或氫氧化鈉溶液交替浸泡。

氨基酸分離前樹脂的處理30不同類型樹脂的處理31樹脂的再生

樹脂再生：使用過的樹脂重新獲得使用性能的處理過程。

32

去雜大量水沖洗，除去物理吸附的雜質(zhì)。酸堿處理

用酸、堿處理除去與功能基團結(jié)合的雜質(zhì)。轉(zhuǎn)型人為地賦予平衡離子再生過程三、基本操作方法33三、基本操作方法34洗脫靜態(tài)動態(tài)pH值和離子強度保持不變階段洗脫梯度洗脫交換靜態(tài)動態(tài)洗脫液酸、堿洗脫液：改變吸附物的電荷或改變樹脂活性基團的解離狀態(tài)，以消除靜電結(jié)合力，迫使目的物被釋放出來；鹽類洗脫液：通過高濃度的同種電荷的離子與目的物競爭樹脂上的活性基團，使吸附物游離。

35洗脫方式分階段（階段洗脫）連續(xù)改變（梯度/線性洗脫）36改變?nèi)芤簆H及離子強度：思考題1.混合溶液中，待分離目的蛋白質(zhì)T的pI為7.9，雜質(zhì)蛋白A的pI為5.4，雜質(zhì)蛋白質(zhì)B的pI為4.9，實驗室現(xiàn)有SPSepharose?FastFlow（一種強陽離子交換樹脂）,請設計一套實驗方案，使用離子交換技術(shù)純化目的蛋白質(zhì)T。37第七節(jié)應用實例分離純化——氨基酸制備無鹽水制備38氨基酸制備、分離豬血粉水解制備6種氨基酸:39無鹽水制備氫型陽離子交換樹脂羥型陰離子交換樹脂40除去水里所有離子Me：金屬離子混合床系將陽、陰兩種樹脂混合而成，脫鹽效果好。41第八節(jié)新型離子交換劑

一、大孔、均孔樹脂（一）大孔型離子交換樹脂（macroporous,MP）（二）均孔型離子交換樹脂(IR)二、多糖基離子交換劑（一）離子交換纖維素（二）葡聚糖凝膠離子交換劑（三）瓊脂糖凝膠離