第三章 离子交换层析.ppt

第三章 离子交换层析 第一节 基本原理 第二节 离子交换剂的分类及性质 第三节 离子交换剂层析操作 第四节 应用 第一节 基本原理 概念：利用离子交换剂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在离子交换剂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从离子交换剂上洗脱下来，达到分离的目的。 1848年，Thompson 等人在研究土壤碱性物质交换过程中发现离子交换现象。 本世纪40年代，出现了具有稳定交换特性的聚苯乙烯离子交换树脂。 50年代，离子交换层析进入生物化学领域，应用于氨基酸的分析。 目前，离子交换层析仍是生物化学领域中常用的一种层析方法，广泛应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的分离纯化。 原理： 离子交换层析是依据各种离子或离子化合物与离子交换剂的结合力不同而进行分离纯化的。 离子交换层析的固定相是离子交换剂，离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团、反离子。 电荷基团与高分子聚合物共价结合，形成一个带电的可进行离子交换的基团。反离子是结合于电荷基团上的平衡离子，它能与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。 纤维素-O-CH2-COO--Na+ 对于呈两性的蛋白质、酶类、多肽和核苷酸等物质与离子交换剂的结合力，取决于物理化学性质和离子状态。 pHpI，带正电荷，相同pH条件下，pI越大越容易吸附。 pHpI，带负电荷，相同pH条件下，pI越小越容易吸附。 第二节 离子交换剂的分类及性质 实用的离子交换剂应满足下列要求 有高度的不溶性 有疏松的多孔结构和巨大的比表面积 有较多的交换基团 有稳定的物理化学性质 一、分类根据载体的组成和性质分为： （一）疏水性离子交换剂 （二）亲水性离子交换剂 （一）疏水性离子交换剂 载体是一种人工合成的、与水结合力小的树脂物质。苯乙烯和二乙烯苯的聚合物，海绵状结构。 再共价结合引入电荷基团 根据孔径大小分为：20-50目、50-100目、100-200目、200-400目。目数越大分辨率越高、交换容量越高。 常用于分离无机离子、有机酸、核苷、核苷酸、氨基酸等小分子物质。 不易变性的蛋白质 除去表面活性剂、尿素、两性电解质 1、阳离子交换剂 阳离子交换剂的电荷基团带负电，反离子带正电，可以与溶液中的正电荷化合物或阳离子进行交换反应。 阳离子交换剂中的电荷基团是磺酸（-SO3H）、磷酸（-PO3H2）、 羧酸（COOH）和酚羟基（-OH）等酸性基团。 强酸性：R-SO3 H ＋ Na+ R-SO3-Na + H+弱酸性：R-COOH ＋ Na+ R-COONa ＋ H+ 2、阴离子交换剂 阴离子交换剂的电荷基团带正电，反离子带负电，可以与溶液中的负电荷化合物或阴离子进行交换反应。 阴离子交换剂中的可解离基团是伯胺（-NH2）、仲胺 （-NHCH3）、叔胺-N (CH3)2和季胺-N(CH3)3等碱性基团。 强碱性：R-N(CH3)3 OH ＋Cl – R-N(CH3)3Cl＋OH – 弱碱性： R-NHCH3 OH ＋Cl – R-N(CH3)2Cl＋OH – （二）亲水性离子交换剂 亲水性离子交换剂的载体是一类天然的或人工合成的、与水结合力较大的物质。 常用的有纤维素(Cellulose) 、交联纤维素(Sephacel) 、交联葡聚糖(Sephadex) 、交联琼脂糖(Sepharose) 。 引入电荷基团 1、纤维素离子交换剂 2、交联葡聚糖离子交换剂 由数个葡萄糖分子聚合而成 在葡聚糖的羟基上引入电荷基团 A：anion（阴离子） C：cation（阳离子） sephadex G-25 和G-50：G后面的阿拉伯数字为凝胶得水值的10倍。 如：G-25为每克凝胶膨胀时吸水2.5克 3、琼脂糖离子交换剂 琼脂糖离子交换剂一般以Sepharose CL－6B 为载体 引入电荷基团 二、性质 （一）颜色与形状 树脂类离子交换剂颜色很多，褐色、黄色、乳白色等；亲水性的离子交换剂基本都是白色的。 （二）交联度：交联剂在载体中所占的百分数。 树脂交联剂为二乙烯苯，交联葡聚糖和纤维素的交联剂为3-氯代-1，2-环氧丙烷，琼脂糖交联剂2，3-二溴丙醇 （三）吸水量（膨胀度） 载体 随交联度增加而降低 电荷基团 强碱型离子交换剂比弱碱型的膨胀度大 溶液离子强度和pH 交联度小的在低离子强度溶液的膨胀度比高离子强度溶液大 （四）交换容量 指离子交换剂与溶液中离子或离子化合物进行交换的能力。 1、影响因素 筛孔 离子强度 pH 2