离子交流层析

宣布时间：2020-04-27

离子交流层析（Ion Exchange Chromatography 简称为IEC）是以离子交流剂为牢靠相，依据流动相中的组疏散子与交流剂上的平衡离子举行可逆交流时的结协力巨细的差别而举行疏散的一种层析要领。离子交流层析是现在生物化学领域中常用的一种层析要领，普遍的应用于种种生化物质如氨基酸、卵白、糖类、核苷酸等的疏散纯化。

1. 离子交流层析的基来源理：
离子交流层析是通过带电的溶质分子与离子交流层析介质中可交流离子举行交流而抵达疏散纯化的要领，也可以以为是卵白质分子中带电的氨基酸与带相反电荷的介质的骨架相互作用而抵达疏散纯化的要领。

离子交流层析法主要依赖电荷间的相互作用，使用带电分子中电荷的细小差别而举行疏散，具有较高的疏散容量。险些所有的生物大分子都是极性的，都可使其带电，以是离子交流层析法已普遍用于生物大分子的疏散、中等纯化及精制的各个办法中。

由于离子交流层析法区分率高，事情容量大，并容易操作，因此它不但在医药、化工、食物等领域成为自力的操作单位，也已成为卵白质、多肽、核酸及大部分发酵产品疏散纯化的一种主要的要领。现在，在生化疏散中约有75%的工艺接纳离子交流层析法。

2. 离子交流层析介质：

离子交流层析的牢靠相是离子交流剂，它是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的化学反应共价团结上某种电荷基团形成的。离子交流剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团清静衡离子。电荷基团与高分子聚合物共价团结，形成一个带电的可举行离子交流的基团。平衡离子是团结于电荷基团上的相反离子，它能与溶液中其它的离子基团爆发可逆的交流反应。平衡离子带正电的离子交流剂能与带正电的离子基团爆发交流作用，称为阳离子交流剂；平衡离子带负电的离子交流剂与带负电的离子基团爆发交流作用，称为阴离子交流剂。在一定条件下，溶液中的某种离子基团可以把平衡离子置换出来，并通过电荷基团团结到牢靠相上，而平衡离子则进入流动相，这就是离子交流层析的基本置换反应。通过在差别条件下的多次置换反应，就可以对溶液中差别的离子基团举行疏散。下面以阴离子交流剂为例简朴先容离子交流层析的基天职离历程。

阴离子交流剂的电荷基团带正电，装柱平衡后，与缓冲溶液中的带负电的平衡离子团结。待疏散溶液中可能有正电基团、负电基团和中性基团。加样后，负电基团可以与平衡离子举行可逆的置换反应，而团结到离子交流剂上。而正电基团和中性基团则不可与离子交流剂团结，随流动相流出而被去除。通过选择合适的洗脱方法和洗脱液，如增添离子强度的梯度洗脱。随着洗脱液离子强度的增添，洗脱液中的离子可以逐步与团结在离子交流剂上的种种负电基团举行交流，而将种种负电基团置换出来，随洗脱液流出。与离子交流剂结协力小的负电基团先被置换出来，而与离子交流剂结协力强的需要较高的离子强度才华被置换出来，这样种种负电基团就会按其与离子交流剂结协力从小到大的顺序逐步被洗脱下来，从而抵达疏散目的。

种种离子与离子交流剂上的电荷基团的团结是由静电力爆发的，是一个可逆的历程。团结的强度与许多因素有关，包括离子交流剂的性子、离子自己的性子、离子强度、pH、温度、溶剂组成等等。离子交流层析就是使用种种离子自己与离子交流剂结协力的差别，并通过改变离子强度、pH 等条件改变种种离子与离子交流剂的结协力而抵达疏散的目的。离子交流剂的电荷基团对差别的离子有差别的结协力。一样平常来讲，离子价数越高，结协力越大；价数相同时，原子序数越高，结协力越大。如阳离子交流剂对离子的结协力顺序为：

Li⁺ ＜ Na⁺ ＜ K⁺ ＜ Rb⁺ ＜ Cs⁺； Na⁺ ＜ Ca²⁺ ＜ Al3⁺ ＜ Ti4⁺

卵白质等生物大分子通常呈两性，它们与离子交流剂的团结与它们的性子及pH 有较大关系。以用阳离子交流剂疏散卵白质为例，在一定的pH 条件下，等电点pI < pH 的卵白带负电，不可与阳离子交流剂团结；等电点pI > pH 的卵白带正电，能与阳离子交流剂团结，一样平常pI 越大的卵白与离子交流剂结协力越强。但由于生物样品的重大性以及其它因素影响，一样平常生物大分子与离子交流剂的团结情形较难预计，往往要通过实验举行探索。

3. 离子交流层析介质的种类和性子：

3.1 离子交流剂的基质：

离子交流剂的大分子聚合物基质可以由多种质料制成，苯乙烯系离子交流剂是以苯乙烯和二乙烯苯合成的具有多孔网状结构的聚苯乙烯为基质。苯乙烯系离子交流剂机械强度大、流速快。但它与水的亲和力较小，具有较强的疏水性，容易引起卵白的变性。故一样平常常用于疏散小分子物质，如无机离子、氨基酸、核苷酸等。以纤维素、球状纤维素、葡聚糖、琼脂糖为基质的离子交流剂都与水有较强的亲和力，适合于疏散卵白质等大分子物质。

3.2 离子交流剂的电荷基团：

凭证与基质共价团结的电荷基团的性子，可以将离子交流剂分为阳离子交流剂和阴离子交流剂。阳离子交流剂的电荷基团带负电，可以交流阳离子物质。凭证电荷基团的解离度差别，又可以分为强酸型、中等酸型和弱酸型三类。它们的区别在于它们电荷基团完全解离的pH 规模，强酸型离子交流剂在较大的pH 规模内电荷基团完全解离，而弱酸型完全解离的pH 规模则较小，如羧甲基在pH小于6时就失去了交流能力。一样平常团结磺酸基团，如磺酸甲基、磺酸乙基等为强酸型离子交流剂，团结磷酸基团和亚磷酸基团为中等酸型离子交流剂，团结酚羟基或羧基，如羧甲基为弱酸型离子交流剂。一样平常来讲强酸型离子交流剂对H 离子的结协力比Na+离子小，弱酸型离子交流剂对H 离子的结协力比Na⁺离子大。

阴离子交流剂的电荷基团带正电，可以交流阴离子物质。同样凭证电荷基团的解离度差别，可以分为强碱型、中等碱型和弱碱型三类。一样平常团结季胺基团，如季胺乙基为强碱型离子交流剂，团结叔胺、仲胺、伯胺等为中等或弱碱型离子交流剂，如团结二乙基氨基乙基为弱碱型离子交流剂。一样平常来讲强碱型离子交流剂对OH^-离子的结协力比Cl^-离子小，弱酸型离子交流剂对OH^-离子的结协力比Cl^-离子大。

3.3 交流容量：

交流容量是指离子交流剂能提供交流离子的量，它反应离子交流剂与溶液中离子举行交流的能力。通常所说的离子交流剂的交流容量是指离子交流剂所能提供交流离子的总量，又称为总交流容量，它只和离子交流剂自己的性子有关。在现实实验中体贴的是层析柱与样品中各个待疏散组分举行交流时的交流容量，它不但与所用的离子交流剂有关，还与实验条件有很大的关系，一样平常又称为有用交流容量。后面提到的交流容量如未经说明都是指有用交流容量。

影响交流容量的因素许多，主要可以分为两个方面，一方面是离子交流剂颗粒巨细、颗粒内孔隙巨细以及所疏散的样品组分的巨细等的影响。这些因素主要影响离子交流剂中能与样品组分举行作用的有用外貌积。样品组分与离子交流剂作用的外貌积越大虽然交流容量越高。一样平常离子交流剂的孔隙应只管能够让样品组分进入，这样样品组分与离子交流剂作用面积大。疏散小分子样品，可以选择较小孔隙的交流剂，由于小分子可以自由的进入孔隙，而小孔隙离子交流剂的外貌积大于大孔隙的离子交流剂。关于较大分子样品，可以选择小颗粒交流剂，由于关于很大的分子，一样平常不可进入孔隙内部，交流只限于颗粒外貌，而小颗粒的离子交流剂外貌积大。

另一些影响因素如实验中的离子强度、pH 值等主要影响样品中组分和离子交流剂的带电性子。一样平常pH 对弱酸和弱碱型离子交流剂影响较大，如关于弱酸型离子交流剂在pH 较高时，电荷基团充分解离，交流容量大，而在较低的pH 时，电荷基团不易解离，交流容量小。同时pH 也影响样品组分的带电性。尤其关于卵白质等两性物质，在离子交流层析中要选择合适的pH 以使样品组分能充分的与离子交流剂交流、团结。一样平常来说，离子强度增大，交流容量下降。实验中增大离子强度举行洗脱，就是要降低交流容量以将团结在离子交流剂上的样品组分洗脱下来。离子交流剂的总交流容量通常以每毫克或每毫升交流剂含有可解离基团的毫克当量数（mmol/g或mmol/mL）来体现。通�？梢杂傻味ǚú舛�。阳离子交流剂首先用HCl 处置惩罚，使其平衡离子为H+。再用水洗至中性，关于强酸型离子交流剂，用NaCl 充分置换出H+，再用标准浓度的NaOH 滴定天生的HCl，就可以盘算出离子交流剂的交流容量；关于弱酸型离子交流剂，用一定量的碱将H+充分置换出来，再用酸滴定，盘算出离子交流剂消耗的碱量，就可以算出交流容量。阴离子交流剂的交流容量也可以用类似的要领测定。

关于一些常用于卵白质疏散的离子交流剂也通常用每毫克或每毫升交流剂能够吸附某种卵白质的量来体现，一样平常这种体现要领关于疏散卵白质等生物大分子具有更大的参考价值。实验前可以参阅响应的产品先容相识种种离子交流剂的交流容量。

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