离子交换层析常见问题
离子交换树脂运行中存在的问题
结语
随着我国发电行业的快速发展，其中锅炉给水等对离子出水的纯度越来越高，这也提高了对离子交换树脂的要求。离子交换树脂的质量是保证水处理设备出水水质的关键,因此应从选型开始把好离子交换树脂的质量关,严格按照树脂的标准验收。运行树脂应综合考虑现场的各种情况,避免树脂遭到破坏,影响水处理出水水质。
3.6开发抗有机物污染的树脂
通过分析树脂有机物污染因素，为了有效避免污染状况发生，相继研发了大孔型苯乙烯系、凝胶型丙烯酸系和大孔型丙烯酸系等抗有机物污染的树脂。其中大孔型丙烯酸系树脂效果良好，能够避免有机物对树脂的污染。但其工艺繁琐，成本高，工作交换容量低，因此，并未获得广泛的使用。
3.7提高离子交换树脂的管理力度
3预防离子交换树脂出现问题的措施
3.1对新离子交换树脂的验收
应按照DL/T519-20045火力发电厂水处理用离子交换树脂验收标准6进行,确保水处理用的离子交换树脂的渗磨率\60%,而不是磨后圆球率\90%。用于高速混床的离子交换树脂的渗磨率\90%,阴阳离子交换树脂的粒度按凝结水处理混床用离子交换树脂的技术要求筛选,在保证分离的基本前提下,调整树脂的粒度,确保阴阳离子交换树脂的混合均匀。2.阴阳床正洗运行流量控制160-220m3/h，混床正洗流量控制在50-75m3/h。3.根据进水压差和运行使用时间进行体外大反洗，一般每半年进行体外大反洗一次。
2.2水处理强碱阴离子交换树脂污染
通过对运行树脂进行试验,发现普遍存在强碱阴离子交换树脂的有机物和铁离子污染。我们企业主要是用的河水，河水的水质比地下水水质差,因此进水中的各种大分子有机物是强碱阴离子交换树脂的主要污染源。同时,在离子交换过程中,由于阴床前系统防腐破裂或损坏,导致钢表面直接和酸性水接触,产生大量铁离子,造成阴离子交换树脂铁离子污染。另外强碱阴离子交换树脂也会受上一级离子交换树脂氧化降结产物的污染。
离子交换层析
样品进柱
离子交换层析的基本操作
为了达到满意的分离效果，进样量一般为介质交换容量的10-20% 为了避免进样溶液中的离子强度过高，样品浓度不宜太高
交换容量：离子交换剂中全部可交换的离子或功能基团的总数
样品洗脱
恒定洗脱
离子交换层析的基本操作
分子浓度 离子强度
pH值
阶段洗脱
梯度洗脱
弱酸性阳离子交换剂在pH值降低时，其电离率逐渐降低，离子 交换能力逐渐减弱
弱碱性阴离子交换剂在pH值升高时，其电离率逐渐降低，离子 交换能力逐渐减弱
离子交换介质的基本性质
常用的离子交换剂
离子交换树脂：
最常见的离子交换树脂是含有酸性或碱性基团的人工合成的聚苯 乙烯-二乙烯苯不溶性高分子化合物
离子交换树脂的优点是：流速快，对小分子物质的交换容量大， 因而适合用于氨基酸、核苷酸等小分子生化物质的分离纯化
离子交换层析
离子交换层析的基本原理 离子交换介质的基本性质 离子交换介质的选择原则 离子交换层析的基本操作
离子交换层析的基本原理
离子交换层析是以离子交换剂为固定相，以特定的含离子溶液为 流动相，利用离子交换剂对待分离的各种离子结合力的差异，而将混 合物中不同离子进行分离的层析技术。
离子交换介质的基本性质
离子交换介质的基本性质
常用的离子交换剂
离子交换葡聚糖：
离子交换葡聚糖是葡聚糖经环氧氯丙烷交联后形成的具有多孔三 维空间网状结构和离子交换功能基团的多糖衍生物（Sephadex G） Sephadex的优点如下：
亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋白质、核 酸及其它生物分子的非特异性吸附能力小
10 20 30 40 50 60 70 80 90
在阳离子层析过程中,去除蛋白a残留的方法
阳离子层析是一种常用的分离纯化蛋白质的方法。
在蛋白质表达和纯化过程中，可能会出现蛋白A残留的情况。
找到一种有效的方法去除蛋白A残留对于蛋白质的纯化至关重要。
本文将介绍在阳离子层析过程中去除蛋白A残留的方法。
1. 使用强阳离子交换层析介质在阳离子层析过程中，选择适合的强阳离子交换层析介质是非常重要的。
一些表面上带有负电荷的强阳离子交换层析介质，如盐基交换树脂，可以有效地吸附蛋白A，从而去除蛋白A残留。
在实验过程中，可以根据蛋白A的特性和实验要求，选择合适的强阳离子交换层析介质，来达到去除蛋白A残留的目的。
2. 蛋白A亲和层析蛋白A亲和层析是一种常用的蛋白A纯化方法，也可以用于去除蛋白A残留。
在蛋白A亲和层析过程中，可以利用蛋白A与其亲和层析介质之间的特异性结合，将蛋白A固定在介质上，然后通过洗脱步骤去除蛋白A残留。
这种方法可以在较高的纯度下去除蛋白A残留，适用于对蛋白质纯度要求较高的实验。
3. 蛋白A特异性亲和层析介质除了一般的蛋白A亲和层析方法外，还可以考虑使用蛋白A特异性亲和层析介质。
这种介质具有更高的蛋白A结合能力和特异性，可以更有效地去除蛋白A残留。
在实验中，选择合适的蛋白A特异性亲和层析介质，可以在一定程度上提高蛋白A残留的去除效率。
4. 利用pH值差异在阳离子层析过程中，可以通过调节不同的pH值来去除蛋白A残留。
由于蛋白A在不同pH值下的电荷状态不同，可以利用这一特性来实现蛋白A残留的去除。
在实验中，可以通过逐步调节pH值，使蛋白A残留与层析介质之间发生特异性结合，然后再通过适当的洗脱条件去除蛋白A残留。
5. 考虑温度对蛋白A残留的影响温度也是影响蛋白A残留去除的关键因素之一。
在阳离子层析过程中，可以通过调节温度来影响蛋白A残留的去除效果。
一些蛋白A在高温条件下会发生变性或凝集，可通过这种方式将蛋白A残留去除。
在实验中，可以根据蛋白A的特性和研究要求，选用合适的温度条件来实现蛋白A残留的高效去除。
离子交换层析
球蛋白
白蛋白
IgM
球蛋白
7．洗脱液的收集 利用自动分步收集器收集，并以 20%磺基水杨酸测试，当蛋白液 下来时，开始分管收集，至无蛋白液为止。
8．交换柱的再生 将使用过的 DEAE－纤维素移入烧杯中，用 2Mol/L NaCl 液浸泡， 抽滤并洗涤数次。如不立即使用，可加 1/10 000 的叠氮钠防腐，保存于 4℃冰箱中。使用 时，再以碱－酸－碱处理。
洗脱部分
IgG IgG 运铁蛋白、纤维蛋白原 白蛋白、IgA IgM 白蛋白
表 1－7 各种 Ig 解脱吸附条件
不加 NaCl PB 离子强度（Mol/L） 0.01 0.025 0.035 0.040
0.10 0.40
pH 8.0 8.0 7.0 5.9
5.8 5.2~4.5
Ig
其他
IgG IgE IgA
二、凝胶层析
凝胶层析又称为分子筛层析或凝胶过滤。具有分子筛作用的物质很多，如浮石、琼脂、 琼脂糖、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、葡聚糖凝胶等。以葡聚糖凝胶应用最广，商品名是 sephadex 型号很多，从 G10 到 G200，它的主要应用范围是：①分级分离各种抗原与抗体； ②去掉复合物中的小分子物质。如除盐、荧光素和游离的放射性同位素以及水解的蛋白质 碎片；③分析血清中的免疫复合物；④分子量的测定。
溶液的 pH 值与蛋白质等电点相同时，静电荷为 0，当溶液 pH 值大于蛋白质等电点时， 则羧基游离，蛋白质带负电荷。反之，溶液的 pH 值小于蛋白质等电点时，则氨基电离， 蛋白质带正电荷。溶液的 pH 值距蛋白质等电点越远，蛋白质的电荷越多。反之则越少。 血清蛋白质均带负电荷，但各种蛋白质带负电荷的程度有所差异，以白蛋白为最多，依次 为 球蛋白， 球蛋白和 球蛋白。
离子交换层析
伯胺[-NH2]
螯合离子交换剂 金属离子
由于树脂的孔径过小，电荷密度过高，疏水性过强使得大分子结合过牢而不易洗脱， 易造成变性。
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。 除去表面活性剂、尿素、两性电解质
分类
• 亲水性离子交换剂
• 纤维素离子交换剂：微晶纤维素为基质引入电荷基团构成的 最广泛使用的是二乙胺基乙基(DEAE一)纤维素和羧甲基(CM一)纤维素
离子交换层析基本步骤
待分离蛋白质透析至对应缓冲液中使其带正（负）电荷
例：HBV-15D1纯化 DE52(20mMPB6.5-CT)+CM(10mMPB6.5-100mMXT) 硫铵初纯
透析至20mM PB 6.5 +
DE52
CM
另外，无机盐离子（如NaCl）对交换剂也具有交换吸附的能力， 当洗脱液中的离子强度增加时，无机盐离子和蛋白质竞争吸附交换剂。 当Cl-的浓度大时，蛋白质不容易被吸附，吸附后也易于被洗脱。
因此，洗脱阴离子交换剂结合的蛋白时，则降低pH值，增加盐 离子浓度；洗脱阳离子交换剂结合蛋白时，则升高溶液pH值，增加 盐离子浓度。
原理
pH=pI
COO-
R NH+3
+H
pH<pI
COOH Leabharlann 离子R NH+3阳离子交换剂
阴离子交换剂
-H
pH>pI
COO- 阴离子
R NH2
• 例：某蛋白质pI=6.0，在pH=6.5缓冲液中带负电，与阴离子交换剂结合
原理
当溶液的pH值发生改变时，蛋白质与交换剂的吸附作用也发生变 化，当pH值增高时，对阳离子交换剂的吸附力减弱，当pH值降低时， 对阴离子交换剂的吸附力减弱。
离子交换层析的原理和应用
离子交换层析的原理和应用1. 原理概述离子交换层析是一种常用的分离和纯化技术，基于离子交换剂与目标物质之间的相互作用。
其原理是利用交换剂固定在固定相上的活性基团与待分离物质之间的化学吸附和解析度差异来实现目标物质的纯化和富集。
2. 交换剂的选择在离子交换层析中，选择合适的交换剂对分离效果至关重要。
- 强酸型离子交换剂：适用于分离酸性物质。
- 强碱型离子交换剂：适用于分离碱性物质。
- 强酸型离子交换剂与强碱型离子交换剂的混合：适用于分离中性物质。
3. 实验步骤离子交换层析的实验步骤如下： 1. 样品预处理：将待分离物质从样品中提取出来并纯化。
2. 选择合适的离子交换剂：根据目标物质的特性选择合适的离子交换剂。
3. 准备固定相：将离子交换剂固定在合适的固定相上。
4. 填充层析柱：将固定相装填到层析柱中。
5. 样品加载：将样品溶液加载到层析柱上，目标物质与离子交换剂发生相互作用。
6. 洗脱：通过改变溶液条件，如浓度、pH值等，使目标物质与离子交换剂解离，从而洗脱出来。
4. 应用领域离子交换层析广泛应用于以下领域： - 生物制药：用于分离和纯化蛋白质、抗体、核酸等生物大分子。
- 环境监测：用于分离和富集水样中的有机和无机污染物。
- 食品工业：用于食品添加剂、色素、香料等的分离和纯化。
- 化学分析：用于分析样品中的离子和有机物质。
- 生命科学研究：用于研究生物大分子的性质和相互作用。
5. 优点和局限性离子交换层析具有以下优点： - 分离效果好：可以实现高纯度的目标物质。
-操作简单：实验步骤相对简单，易于操作。
- 高选择性：可以通过调整离子交换剂和溶液条件来实现目标物质的选择性分离。
然而，离子交换层析也存在一些局限性： - 样品负荷量有限：由于固定相的固定容量限制，样品负荷量较小。
- 洗脱效果难以调控：洗脱条件的调控比较复杂，对操作者要求较高。
- 耗时较长：由于样品加载和洗脱等步骤的需要，离子交换层析需要较长的时间。
离子交换层析法
五、缓冲液的选择
缓冲液酸碱度的选择，决定于被分离物质的等电点、稳定 性、溶解度和交换剂离子的pK值。使用阴离子交换纤维时要选 用低于pK值的缓冲液，若欲分离的物质属于酸性，则缓冲液的 pH值要高于该物的等电点；用阳离子交换纤维时要选用高于 pK值的缓冲液，目的物属于碱性物质的话，缓冲液要低于该物 等电点的pH值。 缓冲液离子以不干扰分离物活性测定、不影响待测物溶解 度、不发生沉淀为原则，如使用UV吸收法测样品，那么 pyridine或barbital这类会吸收UV的物质就不适用。
三、树脂的选择
最常见的离子交换树脂材质是聚苯乙烯苯二乙烯（polystyrenedivinylbenzene）， 它是由苯乙烯（styrene）和苯二乙烯 （divinylbenzene）聚合产生的三维网状结 构，举例来说，Dow化学公司所生产的树脂 Dowex 50×8，表示含8%苯二乙烯。 具体的，根据交换树脂的性能，树脂可分 为阳离子与阴离子交换树脂：
1. 阳离子交换树脂 分为强酸型、中强酸型和弱酸型三类，强酸型树脂含有－R－ SO3H，中强酸型树脂含有－PO3H2、－PO2H2或－O－PO2H2， 弱酸型树脂含有－COOH或－OH。 阳离子交换树脂进行的反应 如下：
2. 阴离子交换树脂 分为强碱型、中强碱型和弱碱型三类，含有铵盐，四级铵盐 [ － N+(CH3)3] 为强碱型树脂，三级以下铵盐 [－N(CH3)2]、[ － NHCH3]、[ －NH2] 都属弱碱型树脂；同时具有强碱和弱碱型基 团的，为中强碱型的树脂。阴离子交换树脂进行的反应如下：
洗脱馏份的分析按一定体积（5-10ml/管）收集的洗脱液可 逐管进行测定，得到层析图谱。依实验目的的不同，可采用适 宜的检测方法（生物活性测定、免疫学测定等）确定图谱中目 的物的位置，并回收目的物。
离子交换层析的原理及应用
离子交换层析的原理及应用原理离子交换层析（Ion Exchange Chromatography）是一种常用的分离和纯化技术，基于离子交换原理进行操作。
其原理可以概括为将待分离物质溶液与具有离子交换功能的固体材料接触，在一定条件下，通过离子间的相互吸附和解吸实现对混合物中不同成分的分离。
离子交换材料通常是高分子化合物，具有特定的固定相功能基团，例如负离子交换树脂中的胺基或二甲胺基，正离子交换树脂中的磺酸基或醋酸基。
这些功能基团与待分离物质中的离子发生相互作用，实现对呈离子状态的物种的吸附和解吸。
离子交换层析可以根据离子交换材料的性质和操作条件的不同，实现不同类型的分离。
常见的离子交换层析包括阴离子交换层析和阳离子交换层析。
阴离子交换层析用于分离带负电的离子，阳离子交换层析用于分离带正电的离子。
应用离子交换层析广泛应用于各个领域的分析和制备过程中。
以下列举了离子交换层析的一些常见应用：1.食品行业：离子交换层析可用于食品中有害离子的分离和检测。
例如，可以使用阴离子交换层析材料对水中的重金属离子进行分离和测定。
2.制药行业：离子交换层析在制药工艺中常用于纯化药物和去除杂质离子。
例如，可以使用阳离子交换层析将药物分离纯化。
3.环境分析：离子交换层析可用于对环境样品中的离子进行分离和测定。
例如，可以使用离子交换层析材料对水和土壤样品中的阴阳离子进行分离纯化，并用于环境监测。
4.生物学研究：离子交换层析在生物学研究中被广泛应用于分离和纯化生物大分子。
例如，可以使用阴离子交换层析将蛋白质分离纯化。
5.水处理：离子交换层析是一种常用的水处理技术，可用于去除水中的有害离子和杂质离子。
例如，可以使用阳离子交换层析材料对水中的硬度离子进行去除。
除上述应用外，离子交换层析还可用于其他领域的离子分离和分析，例如电子行业、石油化工、环境监测等。
总结离子交换层析是一种基于离子交换原理的分离和纯化技术。
其原理基于离子交换材料和待分离物质中的离子之间的相互吸附和解吸。
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离子交换层析常见问题
离子交换层析中可能会遇到的一些常见问题及其原因和解决方案列举如下：
1．在盐梯度中蛋白质不能洗脱。
可能的原因包括缓冲液的pH不对、盐浓度太低。
解决方案是使用更接近蛋白质pI的缓冲液和使用更浓的洗脱缓冲液。
2．蛋白质出现在清洗相中。
可能的原因包括结合缓冲液的盐浓度太高、样品的盐浓度太高或pH错误、柱子没平衡好、离子变性剂或其他添加剂、结合到柱子上。
降低结合缓冲液的盐浓度、更换样品的缓冲液、重复或延长平衡时间直到电导恒定、清洗柱子，有助于解决这个问题。
3．分辨率比预想的要低。
可能的原因包括梯度斜率太抖、流速太高、蛋白质或脂质沉淀到柱子上、样品上样前没有恰当过滤、蛋白形成聚合体、凝胶紧密结合、柱子安装不好、检测仪的流动池或柱中或柱后的混合体积太大。
使用更平缓的梯度或增加一个平台、较低的流速下分离、清洗和再生柱子、再生柱子、过滤样品、重复层析，有助于提高分辨率。
4．层析图峰形前拖尾或太圆。
可能的原因包括柱子超载、柱子没装好、柱子需要再生。
降低样品的上样量，重复试验，运行有色的化合物观察条带检测装柱效果，如有必要重装柱子，清洗再生柱子，是解决这个问题的有效途径。
5．获得的蛋白质量正常但活性低。
可能的原因包括靶蛋白在洗脱缓冲液中不稳定，因而失活了，酶与辅酶或对其活性是必需的因子分离，柱子上有微生物生长。
变换洗脱条件，收集所有的组分进行测定并重复试验，清
洗柱子并且在20%乙醇中或其他抑菌剂中保存凝胶，有助于改善这一问题。
6．洗脱级分中蛋白质的量比预想的少得多。
可能的原因包括蛋白质被蛋白酶降解，在样品的准备中蛋白质吸附到过滤器上，柱子上有微生物生长。
在缓冲液中加蛋白酶抑制剂，使用其他型号的滤器并在缓冲液中加变性剂，清洗柱子并且在20%乙醇中或其他抑菌剂中保存凝胶，有助于改善这一问题。
7．样品不结合。
原因包括样品盐浓度太高、优化PH、buffer是否含有带电物质(如去垢剂)、柱效下降，CIP清洗。
解决方案可以参考优化PH、降低样品中的盐浓度等。
8．结合洗不下来。
可能的原因包括增加洗脱液盐浓度、蛋白稳定性不好，已在柱上变性沉淀、优化PH值。
可以尝试增加洗脱液中的盐浓度或者更换更合适的PH值来解决问题。
9．纯度不够。
原因包括线性梯度洗脱、优化buffer条件、使用更高分辨率产品、增加分子筛，疏水等多步纯化。
可以通过改变梯度洗脱的条件，选择更合适的buffer，使用更高分辨率的产品等方式来提高纯度。
以上是一些离子交换层析中可能会遇到的问题及其原因和解决方案，仅供参考。
在实际操作过程中遇到的问题可能还需要具体分析原因并采取相应的措施进行解决。