离子交换色谱
离子交换色谱
Ion exchange chromatography,IEC
2018/6/8
内
容
一、离子交换色谱的基本原理
二、离子交换剂的基本性质
三、离子交换介质的选择原则
四、离子交换色谱的基本操作
一、基本原理
1、基本原理
以离子交换树脂等作为固定相，树脂上具有固定离子基 团及可交换的离子基团。当流动相带着组分电离生成的 离子通过固定相时，组分离子与树脂上可交换的离子基 团进行可逆变换。根据组分离子对树脂亲合力不同而得 到分离。
（2）阴离子交换剂
阴离子交换树脂是在基质骨架上引入伯胺[-NH2]、仲胺[-NHCH3]、 叔胺[-N(CH3)2]和季胺[-N+(CH3)3]基团后构成的。
2、亲水性离子交换剂
基质为与水亲和力较大的天然或人工的化合物
（1）纤维素离子交换剂
以微晶纤维素为基质，再引入电荷基团构成，最为广泛使用的是 二乙氨基乙基（DEAE-）纤维素和羧甲基（CM-）纤维素。
（2）交联葡聚糖离子交换剂
以交联葡聚糖G-25和G-50为基质，通过化学方法引入电荷而制成 的。
（3）琼脂糖离子交换剂
以交联琼脂糖CL-6B为基质，引入电荷基团而构成。
三、离子交换剂的选择原则
1、离子交换剂的选择
（1）如果被分离物质带正电荷，则选用阳离子交换剂；如果带负
电荷，应选用阴离子交换剂。 （2）强型离子交换剂适用的pH范围很广，用来分离一些在极端pH
2、缓冲液的选择
（1）对于两性蛋白质
+
等电点 蛋 白 质 净 电 荷 吸附阴离子交换剂 pH
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
来说，缓冲液的pH决定
离子色谱缩写
离子色谱缩写
离子色谱（IonChromatography，缩写为IC）是一种分离和分析离子的方法，主要用于水样、食品、药物等样品中离子的分析。
该技术是基于分离过程中离子与固定相之间的相互作用来实现离子分离的。
离子色谱可分为阳离子交换色谱和阴离子交换色谱两种类型。
其中阳离子交换色谱（Cation Exchange Chromatography，缩写为CEC）主要用于分离带正电荷的离子，如钠、钾、铵等；阴离子交换色谱（Anion Exchange Chromatography，缩写为AEC）则主要用于分离带负电荷的离子，如氯离子、硝酸根离子等。
离子色谱技术由于具有高精度、高灵敏度和高选择性等优点，在环保、食品、化学、医药等领域得到了广泛应用。
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强阳离子交换色谱
强阳离子交换色谱
强阳离子交换色谱（Strong Anion Exchange Chromatography，SAX）是一种液相色谱技术，常用于分离和分析带有负电荷的分子，例如有机酸、核苷酸、糖类、氨基酸和蛋白质等。
在SAX色谱中，样品在高压下通过离子交换树脂柱，树脂中含有大量的阴离子官能团，如磺酸基团（SO3H）和羧基团（COOH）。
样品中带有负电荷的分子与树脂中的阳离子发生相互作用，从而在树脂表面发生交换反应，被分离出来。
SAX色谱通常使用有机溶剂作为移动相，如甲醇、乙腈和二甲基甲酰胺等，以增加样品与树脂之间的相容性。
同时，SAX色谱还可以通过调节移动相的pH值、离子强度和流速等参数来控制分离效果。
SAX色谱具有分离效率高、分离范围广、重复性好等优点，在生物化学、生物医学、环境科学等领域得到了广泛应用。
离子色谱
离子交换色谱摘要：离子交换色谱主要包括阴离子交换色谱和阳离子交换色谱。
本文介绍了，离子交换色谱的分离原理，检测方法，淋洗液、色谱柱类型和特点，以及离子交换色谱的应用。
离子色谱（IC）是高效液相色谱（HPLC）的一种，是分析阴离子和阳离子的一种液相色谱方法。
离子色谱的分离机理主要是离子交换，有3种分离方式，它们是高效离子交换色谱（HPIC）、离子排斥色谱（HPIEC）和离子对色谱（MPIC）。
3种分离方式的柱填料的树脂骨架基本都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但树脂的离子交换功能基和容量各不相同。
HPIC 用低容量的离子交换树脂，HPIEC用高容量的树脂，MPIC用不含离子交换基团的多孔树脂。
3种分离方式各基于不同分离机理：HPIC的分离机理主要是离子交换，HPIEC主要为离子排斥，而MPIC则是主要基于吸附和离子对的形成。
离子交换色谱的离子交换分离基于流动相和固定相上的离子交换基团之间发生的离子交换过程。
对高极化度和疏水性较强的离子，分离机理还包括非离子交换的吸附过程。
离子交换色谱主要是用于无机和有机阴离子和阳离子的分离。
离子交换功能基为季铵基的树脂用作为阴离子分离，为磺酸基和羧酸基的树脂作为阳离子分离。
离子交换色谱主要用于分析常见的Cl-，F-，Br-等无机阴离子，有机酸，糖和氨基酸等有机阴离子，分析的阳离子主要是同一元素的多种价态金属阳离子的分离与分析；离子排斥色谱主要用于分离和分析有机酸和无机酸；离子对色谱主要是用于对表面活性剂的分离和分析。
1分离原理离子交换色谱的色谱柱的填料主要由基质（substrate material）和功能基（functional）两部分组成。
功能基是可解离的无机基团，与流动相接触，在固定相表面形成带电荷的离子交换位置，与流动相中的离子发生离子交换，在离子交换反应中，功能基的本体结构不发生明显变化，仅由其离子交换功能基的离子与外界同性电荷的离子发生等量离子交换。
色谱柱填料又被称为“离子交换剂”[1]。
离子交换色谱法适合分离
离子交换色谱法适合分离
离子交换色谱法是一种用于分离物质的高效分析技术。
它可以根据分子量，氢离子、阴离子和其他物理和化学状态来对所需物质进行分离。
它是一种'离子交换'的分析技术，利用树脂或其他吸附剂的离子交换作用，从混合溶液中分离的物质，从而使其成分可以快速检测和分离。
离子交换色谱法适用于分离药物，芳烃，醇，醛，酸，氨基酸，蛋白质，多糖，糖原和细胞因子等各种物质。
此外，它还可以用于分离重金属离子和有毒物质。
离子交换色谱法的一个优点是可以快速、精确地对物质进行分离，比色谱法更加有效。
此外，它还具有更高的效率，更容易控制，可以有效地提取和分离低分子量物质，以及可以实现低成本和高效的分离。
离子交换色谱法的缺点是操作复杂，耗费时间，而且在分离过程中受到环境条件的影响。
这就需要操作人员高度专业化和良好的经验来才能实现最佳的分离效果。
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离子交换色谱（ion
离⼦交换⾊谱（ion exchange chromatography）2、离⼦交换⾊谱（ion exchange chromatography）蛋⽩质、多肽均属于两性电解质，在缓冲液pH⼩于其等电点时，带净正电荷，⽽在缓冲液pH⼤于其等电点时，带净负电荷。
阴离⼦交换凝胶本⾝带有正电荷基团，阳离⼦交换凝胶本⾝带负电荷基团。
由于静电相互作⽤⽽使样品结合到凝胶上，再采⽤盐浓度梯度或者更换缓冲液的pH值进⾏洗脱对于等电点⼩于5.0的酸性蛋⽩质，推荐使⽤阴离⼦交换，对于等电点⼤于7.0的碱性蛋⽩质，推荐使⽤阳离⼦交换。
两种模式：⼀种使⽬的蛋⽩结合凝胶，通过梯度洗脱；⼀种使⽬的蛋⽩不结合凝胶，⽽⼤部分杂质结合凝胶，则穿过液中含有⽬的蛋⽩。
column chromatography（柱⾊谱）batch chromatography（批⾊谱）c、疏⽔作⽤⾊谱利⽤蛋⽩质、多肽在⾼盐存在下，可以结合疏⽔凝胶，⽽在盐浓度降低时⼜可以解脱的原理实现分离。
d、亲和⾊谱利⽤蛋⽩质、多肽与某些配基的特异性相互作⽤⽽进⾏分离。
例如：酶-底物，酶-抑制剂，糖蛋⽩-凝集素，抗原-抗体等。
近来发展了⾦属螯合亲和⾊谱，⽤于纯化表⾯含⾊氨酸、酪氨酸、组氨酸等的蛋⽩质以及(His)6-tagged重组蛋⽩。
亲和⾊谱分为特异性亲和⾊谱和组别亲和⾊谱两类。
肝素、凝集素、染料、⾦属螯合亲和⾊谱均为组别亲和⾊谱（同⼀配基可以结合许多种蛋⽩质）。
e、反相⾊谱常⽤于蛋⽩质、多肽的HPLC分析，以及多肽的精细制备分离，分辨率极⾼，可以分离两种仅相差⼀个氨基酸的多肽。
如⾎管紧张素（angiotensin）的⼏个亚型通过反相⾊谱可以很好地分离。
同⼀个样品在同⼀Source 30 RPC柱上进⾏分离，由于⾊谱条件进⾏了改变，⾊谱图截然不同，说明反相⾊谱具有⾼度的选择性。
四、应⽤举例例⼀、⼀种抗HIV gp120单克隆抗体的Fab⽚断（E.coli中表达）分⼦量：50 kD等电点：11表达定位：周质（periplasmic）纯化策略：渗透压休克提取周质，阳离⼦交换去除⼤部分杂质，疏⽔作⽤⾊谱进⼀步去除杂质，最后⽤凝胶过滤分离。
化学分离技术中的离子交换色谱
化学分离技术中的离子交换色谱离子交换色谱是一种常用的化学分离技术，广泛应用于生化、药物、食品、环境等领域。
在化学实验室和工业生产中，离子交换色谱是一个必不可少的工具。
离子交换色谱的原理是利用离子交换树脂与样品中离子的相互作用，将不同离子分离开来。
离子交换树脂是一种高分子材料，具有很强的离子交换能力，可以选择性地吸附或释放离子。
当样品溶液通过离子交换柱时，离子与离子交换树脂表面上的离子发生竞争作用，最终被吸附在离子交换树脂上，从而实现分离。
离子交换色谱可以分为阳离子交换色谱和阴离子交换色谱两种类型。
在阳离子交换色谱中，树脂上的功能基团带有阴离子，可以选择性地吸附阳离子；在阴离子交换色谱中，树脂上的功能基团带有阳离子，可以选择性地吸附阴离子。
离子交换色谱在化学分离中的应用非常广泛。
例如，在食品分析中，离子交换色谱可以用于检测大豆制品中的异黄酮；在生化分析中，离子交换色谱可以用于检测DNA和蛋白质；在药物制剂中，离子交换色谱可以用于纯化生物碱和抗生素。
离子交换色谱不仅可以用于分离和检测化学物质，还可以用于污水处理和工业废弃物处理。
例如，农业废水中的氨氮可以通过阴离子交换色谱沉淀出来，从而减少对环境的污染。
然而，离子交换色谱在使用时也存在一些问题。
首先，离子交换树脂会受到样品中其他成分的影响而失活，从而影响分离的效果。
其次，离子交换色谱在使用过程中需要经常更换离子交换柱，增加使用成本。
此外，离子交换色谱需要进行缓冲液的调配和pH值的控制，操作较为繁琐。
总之，离子交换色谱是一种非常有用的化学分离技术，具有广泛的应用前景。
虽然存在一些问题，但随着科技的发展和技术的改进，离子交换色谱将会被更广泛地应用于各个领域，为化学分离技术做出更大的贡献。
离子交换色谱的应用
离子交换色谱的应用
离子交换色谱（ionexchangechromatography，简称IEC）是一种常见的分离和分析技术，其主要原理是利用离子交换树脂与被分离物质中的离子进行交换，实现对被分离物质的分离纯化。
离子交换色谱的应用非常广泛，可以用于分离和纯化各种离子性物质，如酸、碱、金属离子、有机离子等。
在生物医药领域中，离子交换色谱可以用于蛋白质、多肽、核酸等生物大分子的纯化和分析。
在环境监测领域，离子交换色谱可以用于水体中大量离子的分离和检测。
在食品工业中，离子交换色谱可以用于脱盐、去污、提纯等。
离子交换色谱技术的发展也在不断提高，已经出现了高效液相离子交换色谱、离子对色谱、离子交换色谱-质谱联用等新技术，为离子交换色谱的应用提供了更多可能性。
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（2）在离子交换剂的交换容量固定的情况下，起始缓 冲液的浓度应尽可能的低 （3）缓冲液离子不影响被分离蛋白或干扰其活性，同 时不应影响目标蛋白的溶解度。
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四、离子交换色谱的基本操作
图3 IEC装置示意图
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（一）交换剂的预处理、再生 （1）用水浸透使干树脂吸水溶胀，再用酸、碱 处理除去水中的不溶性杂质。 （2）再生是指将用过的离子交换剂恢复原状的 处理过程。
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2、平衡常数
离子交换反应和其他化学反应一样，完全服从质量作用定律，且 离子交换剂与溶液中的离子或离子化合物所进行的离子交换反应 是可逆的。 阳离子交换剂RA，在溶液中解离出阳离子A+与溶液中的阳离子B+ 发生可逆交换反应：RA+B+ ⇋RB+A+
离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力，离子交换剂的 选择性可用平衡常数K表示：
（二）交换剂装柱 （1）离子交换色谱柱的选用 （2）装柱
垂直装柱，严防气泡和断层。
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当所用的交换剂与待分离物质各组分之间亲和力差 不多而需要交换剂体积较大时，以增加柱长为宜， 使待分离组分被洗脱后再结合于交换剂上的概率增 加。柱的直径与高度比以1:20左右为宜。
如采用离子强度较大的洗脱液梯度洗脱时，以选用 粗而短的柱子为宜，因为当柱上洗脱液的离子强度 高到足以完全取代被吸附离子时，这些被置换的离 子则以同洗脱液等速率向下移动，如果柱细长，就 增加了脱附离子扩散的机会。
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2、缓冲液的选择
（1）对于两性蛋白质 来说，缓冲液的pH决定 蛋白质在该缓冲体系下 所带的电荷， 以一个pI为5的蛋白为 例：
+
等电点
蛋
白
吸附阴离子交换剂
质
净
pH
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
电
荷 吸附阳离子交换剂
图2 蛋白质静电荷与pH的关系
pH < pI（+） pH = pI（0） pH > pI（-）
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（三）样品上柱、洗脱和收集 （1）上柱 （2）洗脱 IEC中的洗脱是至关重要的一步，从交换剂上把被吸附 的物质洗脱下来，有两种方法：一种是增加离子强度， 置换出被吸附的离子；另一种是改变pH，使被吸附的 离子解离度降低，减弱其对交换剂的亲和力而被脱附。 （3）收集 用部分收集器分部收集，收集体积一般为柱体积的 1%~2%。
1、离子交换剂应具备高度的不溶性，保证在各种溶剂 中不会发生溶解； 2、具备稳定的理化性质，不能因物理化学变化而发生 分解； 3、具有较大的表面积或疏松的孔状结构，确保交换离 子自由地发生扩散和交换。
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离子交换剂
1、疏水性离子交换剂
与水亲和力较小的人工合成树脂 （1）阳离子交换剂 阳离子交换树脂具有酸性基团，电荷基团带负电，反离子带正电， 可与溶液中的阳离子或带正电荷的化合物进行交换反应。 （2）阴离子交换剂 阴离子交换树脂是在基质骨架上引入伯胺[-NH2]、仲胺[-NHCH3]、 叔胺[-N(CH3)2]和季胺[-N+(CH3)3]基团后构成的。
K [RB][A] [RA][B]
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1
2
3
4
5
反离子
样品溶液
梯度溶液
图1 IEC原理示意图
1-平衡阶段：离子交换剂与反离子结合
2-吸附阶段：样品与反离子进行交换
3,4-梯度缓冲液洗脱，先洗下弱吸附物质，再洗下强吸附物质
5-再生阶段：原始平衡缓冲液进行充分洗脱，即可重复使用 .
二、离子交换剂的基本性质
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2、亲水性离子交换剂
基质为与水亲和力较大的天然或人工的化合物 （1）纤维素离子交换剂 以微晶纤维素为基质，再引入电荷基团构成，最为广泛使用的是 二乙氨基乙基（DEAE-）纤维素和羧甲基（CM-）纤维素。 （2）交联葡聚糖离子交换剂 以交联葡聚糖G-25和G-50为基质，通过化学方法引入电荷而制成 的。 （3）琼脂糖离子交换剂 以交联琼脂糖CL-6B为基质，引入电荷基团而构成。
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三、离子交换剂的选择原则
1、离子交换剂的选择
（1）如果被分离物质带正电荷，则选用阳离子交换剂；如果带负 电荷，应选用阴离子交换剂。 （2）强型离子交换剂适用的pH范围很广，用来分离一些在极端pH 中解离且较稳定的物质；弱型则适宜用来分离生物大分子，活性不 易丧失。 （3）在分离生物大分子物质时，由于亲水性基质对被分离物质的 吸附和洗脱都比较温和，生物活性不易破坏而常被选用。 （4）交换容量：通常选用离子交换剂与溶液中离子或离子化合物 进行交换能力较大的介质。 （5）交换速度：一般选用交换速度快的介质。
离子交换色谱
Ion exchange chromatography,IEC
2020/5/15
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内容
一、离子交的选择原则 四、离子交换色谱的基本操作
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一、基本原理
1、基本原理 以离子交换树脂等作为固定相，树脂上具有固定离子基 团及可交换的离子基团。当流动相带着组分电离生成的 离子通过固定相时，组分离子与树脂上可交换的离子基 团进行可逆变换。根据组分离子对树脂亲合力不同而得 到分离。
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Thank you ！
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