离子交换-课件.ppt

1、离子交换吸附,离子交换剂是一类能发生离子交换的物质，分为无机离子交换剂和有机离子交换剂。,无机离子交换剂,有机离子交换剂,沸石、磺化煤,离子交换树脂,离子交换法概述,离子交换法概述,离子交换长期以来应用于水处理和金属的回收。 在生物工业中，由于离子交换法分辨率高、工作容量大且易于操作，几乎所有的生物分子都是极性的，都可使其带电，所以离子交换法已广泛用于生物分子的分离纯化技术。 主要应用在抗生素、氨基酸、有机酸等小分子的提取分离。近年来在蛋白质等生物大分子的分离提取也有应用。,概述,离子交换分离法,通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离纯化的方法。,作用力：库仑力,分离原

2、理：吸附质的电荷差异,离子交换等温线,N,概述,其结构由三部分组成： 1.骨架：不溶性的三维空间网状结构构成的树脂，使树脂具有化学稳定性； 2.功能基团：是与骨架相联的； 3.活性离子：是与功能基团所带电荷相反的可移动的离子，它在树脂骨架中的进进出出，就发生离子交换现象。,离子交换树脂,离子交换树脂的结构-网络骨架,离子交换法概述,苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系,离子交换原理示意图,带有相反电荷的大分子：在吸附阶段可与担体上的离子基团结合,带有相反电荷的小分子：在洗脱阶段与吸附的大分子竞争，顶替出来,功能基团,骨架,活性离子,担体：接有离子基团，担体本身应该是惰性的,功能基团：连接在担体上

3、，为层析剂的活性基团，可与相反离子结合,离子交换法概述,活性离子为阳离子，称阳离子交换树脂， 与阳离子发生交换 活性离子为阴离子，称阴离子交换树脂， 与阴离子发生交换,离子交换原理,主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离。 选择适当条件可使一些溶质分子变成离子态，通过静电作用结合到离子交换剂上，而另一些物质不能被交换，这两种物质就可被分离。 带同种电荷的不同离子虽都可以结合到同一介质上，但由于带电量不同，与介质的结合牢度不同，改变洗脱条件可依次被洗脱而达到分离的目的。,离子交换原理,料液,反离子,离子交换层析原理,开始,吸附,解吸,解吸结束,再生,离子交换法概述,样品

4、,解吸剂,再生剂,-,-,-,-,-,+,+,-,-,-,-,-,-,-,阳离子交换树脂工作示意图,带正电荷多蛋白紧密结合,带负电荷多蛋白流过层析柱,离子交换树脂的分类,(a)阳离子交换树脂,交换前,交换达到平衡后,（b）阴离子交换树脂,交换前,交换达到平衡后,强酸性阳离子交换树脂,其电离程度不随外界溶液的pH而变化，所以使用时的pH一般没有限制。,交换能力与pH无关,一CH2SO3H,活性基团,一SO3H,苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的结构,CH2CHCH2CHCH2CHCH2CH,SO3- H+,SO3- H+,SO3- H+,CH2CHCH2CHCH2CHCH2CH,SO3- H+, C

5、H2CHCH2 ,SO3- H+,HC=CH2 HC=CH2,m,+ n,HC=CH2,二. 离子交换树脂的分类,弱酸性阳离子交换树脂,这类树脂的电离程度小，其交换性能和溶液的pH有很大关系。在酸性溶液中，这类树脂几乎不能发生交换反应，交换能力随溶液的pH增加而提高。,对于羧基树脂，应该在pH 7的溶液中操作， 而对于酚羟基树脂，溶液的pH应9。,活性基团,-COOH,-OH (酚羟基）,强碱性离子交换树脂,强碱性树脂使用的pH范围没有限制，其典型的交换反应如上：,活性基团,季铵基,弱碱性离子交换树脂,和弱酸性树脂一样，其交换能力随pH变化而变化，pH越低，交换能力越大。,活性基团,树脂和操作

6、条件的选择与应用,目标物质是非离子型,目标物质是离子型,可能用离子交换法来分离,不能用离子交换法来分离,树脂的选择 根据要分离的目标物质的性质来选择合适的树脂。,洗脱,（1）改变溶液pH值 （2）改变溶液离子强度,树脂再生,再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。 钠型阳树脂可用NaCl溶液再生，用量为其交换容量的2倍 ； 氢型阳树脂用强酸再生，盐酸或硫酸 氯型碱性树脂，主要以NaCl 溶液来再生，但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出。 OH型碱阴树脂则用4%NaOH溶液再生。,离子交换提取蛋白质,传统离子交换剂不适用于提取蛋白质 （1） 交联度大 （大分子不能进入） （2） 电荷密度高(结合太强） （3） 骨架憎水性强（蛋白质易变性),要求：良好的亲水性、具有较大的均匀网格结构、粒度越小分辨率越高,骨架种类： 离子交换纤维素 交联葡聚糖 交联琼脂糖 聚乙烯醇类,亲水性树脂离子交换剂功能团,阴离子交换树脂,阳离子交换树脂,吸附机理,（1）静电吸力 （2）憎水 （3）氢键 （4）被吸附蛋白表面进一步吸附,基本步骤,平衡 上样吸附 洗脱 再生,Equilibration,蛋白质离子交换基本步骤,蛋白质离子交换基本步骤,蛋白质离子交换基本步骤,蛋白质离子交换