陽(yáng)離子交換樹(shù)脂第1頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本原理第2頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹(shù)脂的分類第3頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月依據(jù)樹(shù)脂功能基分類分為強(qiáng)酸型、中強(qiáng)酸型和弱酸型三類強(qiáng)酸型樹(shù)脂含有－R－SO3H中強(qiáng)酸型樹(shù)脂含有－PO3H2、－PO2H2或－O－PO2H2弱酸型樹(shù)脂含有－COOH或－OH

第4頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月某些交換劑在交換時(shí)反應(yīng)如下：第5頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響離子交換的有關(guān)因素1.溶液的酸堿度離子交換劑可以簡(jiǎn)單地理解為一種高分子不溶性酸或堿，因此溶液的酸堿度對(duì)離子交換有很大的關(guān)系。但交換溶液的氫離子濃度顯著增高時(shí)，則因同離子效應(yīng)，抑制了陽(yáng)離子交換劑中的酸性基團(tuán)的電離，故離子交換反應(yīng)就很少進(jìn)行，甚至不進(jìn)行。通常強(qiáng)酸性交換劑交換液的pH應(yīng)大于2，弱酸性交換劑的交換液pH應(yīng)在6以上。第6頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.對(duì)交換離子的選擇性離子交換劑對(duì)交換化合物來(lái)說(shuō)，主要取決于化合物的解離離子的電荷，半徑及酸堿性的強(qiáng)弱。解離常數(shù)大，酸堿性置換容易，但洗脫相對(duì)較難。解離離子價(jià)數(shù)越高，電荷愈大，則它的吸附性愈強(qiáng)，愈易交換在樹(shù)脂上。堿金屬，堿土金屬及稀土元素還與它們的原子序數(shù)有關(guān)，前者原子序數(shù)大的則交換吸附就強(qiáng)，稀土元素的原子序數(shù)小，其交換吸附強(qiáng)。3.被交換物質(zhì)在溶液中的濃度欲交換分離的化合物，離子交換操作通常是在水溶液或含有水的極性溶劑中進(jìn)行，這樣有利于解離與交換。濃度低的溶液對(duì)離子交換劑的選擇性大。第7頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在高濃度時(shí)解離度會(huì)趨向減少，有時(shí)會(huì)影響吸附次序及選擇性；濃度過(guò)高時(shí)，與，亦會(huì)引起樹(shù)脂表面及內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)孔收縮，影響離子進(jìn)入網(wǎng)孔。所以一般實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，所用的溶液的濃度應(yīng)該略稀，有利于提取分離。4.溫度的影響對(duì)稀溶液溫度的改變對(duì)交換的性能影響不大，但在0.1N以上濃度時(shí)，溫度升高對(duì)水合傾向大的離子容易交換吸附。同時(shí)離子的活性系數(shù)增大，對(duì)弱酸，弱堿交換劑來(lái)說(shuō)，其交換率有較大的影響。一般溫度增高，離子交換速度加快，在洗脫時(shí)亦可提高洗脫能力。但對(duì)不耐熱的交換劑應(yīng)注意提高溫度的條件，避免引起交換劑的破壞。第8頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.溶劑的影響通常在水中進(jìn)行交換，亦可采用含水的極性溶劑。但在極性小的溶劑中難以進(jìn)行交換或不進(jìn)行交換，而且選擇性也減少或消失。第9頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換平衡的理論和動(dòng)力學(xué)離子交換反應(yīng)發(fā)生在固、液兩相之間，反應(yīng)速度一般較慢，所以反應(yīng)速率對(duì)分離情況影響很大。當(dāng)溶液中的A離子與樹(shù)脂上的B離子發(fā)生交換反應(yīng)時(shí)，整個(gè)過(guò)程可分為如下幾部：（1)

離子A到達(dá)樹(shù)脂表面。溶液的攪拌或在樹(shù)脂柱中的流動(dòng)有利于這個(gè)過(guò)程。但由于樹(shù)脂表面總有一層溶液的薄膜，A必須在此膜內(nèi)擴(kuò)散并透過(guò)。此膜厚度與攪拌強(qiáng)度有關(guān)，一般為10-2—10-3cm。（2)

離子A在樹(shù)脂內(nèi)擴(kuò)散到交換位置。（3）A和B在交換位置上發(fā)生交換反應(yīng)。（4

反應(yīng)后釋放出的B從交換位置擴(kuò)散到樹(shù)脂表面。（5)離子B從樹(shù)脂表面通過(guò)液膜擴(kuò)散到溶液中.第10頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響離子交換速度的因素（1)

樹(shù)脂粒度小顆粒樹(shù)脂總是相應(yīng)于大的交換速度。顆粒均勻的樹(shù)脂比顆粒不均勻的樹(shù)脂的交換速度高。（2)

樹(shù)脂交聯(lián)度樹(shù)脂交聯(lián)度越大，樹(shù)脂的溶脹性越差，從而影響離子在顆粒內(nèi)部擴(kuò)散的速度。（3)

溫度提高溫度既提高了擴(kuò)散速度，又提高了擴(kuò)散反應(yīng)速度，從而加快了整個(gè)交換速度。（4)溶液濃度一般情況下，在溶液濃度小于0.01M時(shí)，總的交換速度可以由膜擴(kuò)散決定。當(dāng)濃度增加時(shí)，膜擴(kuò)散速度上升；濃度達(dá)1.0M以上時(shí)，樹(shù)脂內(nèi)擴(kuò)散常變成控制步驟。因而，繼續(xù)提高溶液濃度對(duì)提高反應(yīng)速度就不再有效了。（5)樹(shù)脂的空隙度

空隙度越小，離子交換速度就越快。第11頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（6)

攪拌速度加大攪拌速度可以減小膜厚度，從而提高擴(kuò)散速度。但攪拌速度達(dá)一定值以后，交換反應(yīng)速度便不再上升。液膜擴(kuò)散速度隨水流速增加而增大。（7)交換離子的性質(zhì)主要是離子的價(jià)態(tài)和水化離子的大小。在樹(shù)脂內(nèi)擴(kuò)散的離子是由于樹(shù)脂的固定的離子庫(kù)侖力的吸引而擴(kuò)散進(jìn)入的，故離子價(jià)態(tài)越高，吸引力越大，擴(kuò)散速度越快。水化離子越大，則越難擴(kuò)散。

除上述各因素外，在非水介質(zhì)中，尤其在非極性溶劑中，交換速度要慢的多，有時(shí)只有在水溶液中的千分之一。其原因之一是樹(shù)脂在非水溶劑中的溶脹要小的多，同時(shí)也是因?yàn)樵诜撬軇┲薪怆x的少，只能提供較少的可交換離子?；瑯釉?，弱酸和弱堿型的樹(shù)脂的溶脹也較小，只能提供較低的交換速度。第12頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹(shù)脂的前處理

第13頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用注意事項(xiàng)1、貯存運(yùn)輸

①應(yīng)貯存在密封容器內(nèi)，避免受冷或爆曬。

②貯存溫度：4℃—40℃之間。

③樹(shù)脂貯存期為2年，超過(guò)2年復(fù)檢合格方可使用。若發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂失水，不能直接向樹(shù)脂中加水，應(yīng)先加入適量濃食鹽水，使樹(shù)脂恢復(fù)濕潤(rùn)。

④運(yùn)輸貯存中應(yīng)保護(hù)好標(biāo)記，以免與外界樹(shù)脂混淆。

⑤應(yīng)防止包裝物擠破，不能野蠻裝卸。第14頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月樹(shù)脂的污染及復(fù)蘇

第16頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換的選擇性、可逆性

第18頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹(shù)脂的離子交換容量

第19頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換色層的應(yīng)用在經(jīng)典的離子交換色譜法中，所用的是長(zhǎng)10-50cm,內(nèi)徑10-30mm的玻璃柱管，里面填充的是粒徑在0.075－0.25mm范圍的交換樹(shù)脂。淋洗液從柱的頂端加入，靠重力作用自然流下，樣品也從柱的上端加入，將流出物分段收集后，再另外進(jìn)行分析。但這樣的操作費(fèi)時(shí)、分離效率低、不能進(jìn)行微量成分的分離與分析，不能連續(xù)監(jiān)測(cè)柱流出物成分的變化。這樣的操作僅僅用于分離或制備，若用于分析則實(shí)用價(jià)值不大。下面介紹柱式操作過(guò)程的一些主要方面。第21頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）

樹(shù)脂的選擇

選擇哪種樹(shù)脂，必須考慮被分離物質(zhì)帶何種電荷及其電性強(qiáng)弱、分子的大小與數(shù)量，同時(shí)還要考慮環(huán)境中存在的離子以及它們的性質(zhì)。如果交換對(duì)象是陽(yáng)離子，則選用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；如果交換對(duì)象是陰離子，則用陰離子交換樹(shù)脂；對(duì)配合物，要根據(jù)它們的電荷選擇樹(shù)脂；對(duì)于兩性的氨基酸，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的pH要求選用樹(shù)脂。強(qiáng)酸強(qiáng)堿性樹(shù)脂可以在酸性、中性、堿性環(huán)境中使用；弱酸性樹(shù)脂應(yīng)在堿性環(huán)境中使用（RCOOH樹(shù)脂pH＞6，ROH樹(shù)脂pH＞10）；弱堿性樹(shù)脂宜在酸性環(huán)境中使用。吸附性強(qiáng)的離子選用弱酸或弱堿性樹(shù)脂，若用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性樹(shù)脂吸附，洗脫和再生就比較困難。弱酸或弱堿性樹(shù)脂由于對(duì)H+和OH-有較大的親和力，洗脫方便。吸附性弱的離子，選用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性樹(shù)脂。第22頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果離子反應(yīng)屬于中性鹽分解反應(yīng)，選用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性樹(shù)脂。用鹽型樹(shù)脂，流出液的pH較穩(wěn)定；用H+或OH-型樹(shù)脂，由于交換析出H+或OH-，流出液的pH會(huì)改變。對(duì)于大分子物質(zhì)，宜選用大孔樹(shù)脂或交聯(lián)度底的樹(shù)脂。樹(shù)脂的粒度、形狀、密度、容量、穩(wěn)定性都要依過(guò)程的具體情況而定。（二）

柱上操作1樹(shù)脂的處理（已述）

第23頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2

裝柱

裝柱時(shí)要防止節(jié)和氣泡的產(chǎn)生。節(jié)是柱內(nèi)產(chǎn)生明顯的分界線。這是由于裝柱不均勻造成樹(shù)脂時(shí)松時(shí)緊。氣泡的發(fā)生往往是裝柱時(shí)沒(méi)有一定量的液體覆蓋而混入氣體造成的。要做到均勻裝柱，柱內(nèi)要有一定高度的水面，樹(shù)脂要與水混合傾入，借助水的浮力使樹(shù)脂自然沉積，操作盡可能均勻連續(xù)。3

通液溶液準(zhǔn)備好（包括溫度控制）之后，便可進(jìn)行通液交換操作。通液的目的可以是吸附、洗滌、洗脫、再生等等。無(wú)論那種操作，速度控制十分重要的。流速可以通過(guò)計(jì)量泵、閥、流量計(jì)、液位差等手段調(diào)節(jié)。小型實(shí)驗(yàn)中的簡(jiǎn)單裝置，可通過(guò)收集量和滴數(shù)等方法控制。第24頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)室常用線流速表示速度，單位為Ml/(cm2.min).，即每分鐘單位柱截面上通過(guò)的溶液的毫升數(shù)。

流速的選擇應(yīng)服從交換或洗脫的質(zhì)量要求，一般應(yīng)尋求在質(zhì)量保證下的最大流速。在實(shí)驗(yàn)室條件下，流速往往控制在1~2Ml/(cm2.min).。在分離過(guò)程中，往往要分部收集流出液以獲得純物質(zhì)。4再生樹(shù)脂經(jīng)過(guò)使用后欲使其恢復(fù)原狀的操作就是再生。樹(shù)脂的再生可采用動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法。靜態(tài)法是將樹(shù)脂傾入容器內(nèi)再生。動(dòng)態(tài)法是在柱上通過(guò)淋洗再生。動(dòng)態(tài)法簡(jiǎn)便實(shí)用，效率也高。要依據(jù)樹(shù)脂的失效原因選擇再生劑。通常仍是酸和堿，有時(shí)是中性鹽。再生時(shí)流速比通液交換時(shí)要低。柱內(nèi)如存在氣泡和孔隙，再生時(shí)應(yīng)除去，通常是通過(guò)再生劑前用水反洗，水流逆向通過(guò)交換柱，使樹(shù)脂松動(dòng)，排除氣泡。第25頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用用于治療水腫癥服用NH4-型羧酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，鈉離子被樹(shù)脂交換吸附，隨糞便排出體外，減少了胃腸道吸收的鈉離子量，從而維持了血液與組織液間的滲透平衡，使水腫消失。用于治療高血鉀癥國(guó)外曾用銨型羧酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂治療高血鉀癥，后來(lái)研究證明Na-型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂效果更好。樹(shù)脂在腸內(nèi)交換吸附鉀離子后隨糞便排出體外，減少了腸對(duì)鉀的吸收，防止了高血鉀癥的產(chǎn)生。第26頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用于檢查胃酸服用奎寧型或亞甲藍(lán)型羧酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，該樹(shù)脂在胃中與胃酸發(fā)生交換，奎寧或亞甲藍(lán)被氫離子置換進(jìn)入胃液，又被胃腸道吸收經(jīng)尿排出，其置換量與胃液酸度成正比。兩小時(shí)后用熒光分光光度法測(cè)定排泄至尿中的奎寧或亞甲藍(lán)的濃度，再與正常值比較，很容易確定其人胃液的酸度是否正常。用于處理血液用混合樹(shù)脂處理血液，不僅能除去鈣、鎂離子，而且能吸除肝炎病毒、纖維蛋白元，對(duì)熱不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)，這樣就制得了巴氏滅菌的血漿蛋白溶液（PPS)。臨床試驗(yàn)證明PPS是一種優(yōu)良的血液代用品，可貯藏兩年之久。第27頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在分離生物堿中的應(yīng)用分離鉤吻總生物堿鉤吻總生物堿具有良好的抗癌作用，其樹(shù)脂法提取工藝如下：取干燥的鉤吻根碎片1克，加0.3%硫酸水溶液浸泡2天，過(guò)濾，濾渣再浸泡一次。合并濾液，用氫氧化鈉調(diào)PH至5.0，通過(guò)001×7強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。用2mol/L的HCl洗脫生物堿，洗脫液用NaOH中和，調(diào)PH至11,以氯仿萃取2次，濃縮萃取液至干，總收率為1.07%，純度大于96%。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在天然產(chǎn)物提取分離中的應(yīng)用第28頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換吸附總生物堿后，可根據(jù)各生物堿組分的堿性的差異，采用分部洗脫的方法，能將生物堿組分一一分離。樊振民等對(duì)3種常用的分離方法進(jìn)行總結(jié)，給出下圖所示的工藝流程。方法1中草藥粉末稀酸水溶液樹(shù)脂柱流出液（棄去）水洗至中性方法2方法3取出樹(shù)脂，稍涼第29頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月方法1以不同濃度的酸性水或醇液分步解吸洗脫液1洗脫液2洗脫液3弱酸性生物堿中強(qiáng)酸性生物堿強(qiáng)堿性生物堿第30頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月方法2用飽和NaHCO3溶液潤(rùn)濕有機(jī)溶劑提取樹(shù)脂提取液10%NaHCO3溶液潤(rùn)濕，溶劑提取弱堿性生物堿提取液中強(qiáng)堿性生物堿樹(shù)脂10%氨水潤(rùn)濕，溶劑提取樹(shù)脂（回收）提取液強(qiáng)堿性生物堿第31頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月方法3用濃氨水堿化，晾干后置提取器以乙醚回流提取提取液弱堿性生物堿樹(shù)脂用氯仿回流提取提取液中等極性生物堿樹(shù)脂用乙醇回流提取樹(shù)脂（回收）提取液強(qiáng)極性生物堿第32頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)鹽酸麻黃堿交換吸附與解離研究不同陽(yáng)離子樹(shù)脂對(duì)鹽酸麻黃堿的交換作用選用的3種強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂對(duì)鹽酸麻黃堿的吸附結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，三種樹(shù)脂在30—60分鐘內(nèi)對(duì)鹽酸麻黃堿可以進(jìn)行最大限度的交換，其中1#樹(shù)脂的交換效果最好，因此，在以后的實(shí)驗(yàn)中均以1#樹(shù)脂為交換材料。表1三種強(qiáng)酸型樹(shù)脂對(duì)鹽酸麻黃堿的交換作用。上述樹(shù)脂為上?；瘜W(xué)試劑公司（1#樹(shù)脂）、江蘇江陰市有機(jī)化工廠（2#樹(shù)脂）和丹東化工三廠（3#樹(shù)脂）生產(chǎn)的強(qiáng)酸性樹(shù)脂（001×7）等離子交換樹(shù)脂。第33頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月樹(shù)脂交換時(shí)間（分）交換量（%）1#1096.03097.06097.312097.02#1093.73094.56094.312092.73#1089.53092.46096.312096.1第34頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2不同PH條件下鹽酸麻黃堿與陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換作用鹽酸麻黃堿在不同的PH條件下與陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的親和力差異很大，在弱堿和酸性溶液中與樹(shù)脂的親和力很強(qiáng)，強(qiáng)堿性環(huán)境中則不利于同樹(shù)脂的親和（表2）。PH24681012交換率（%）99.099.098.997.095.317.8這說(shuō)明在酸性環(huán)境中，少量的鹽酸麻黃堿可以完全被樹(shù)脂交換，這給在麻黃堿提取過(guò)程中對(duì)麻黃堿的粗提液進(jìn)行酸化并用離子交換樹(shù)脂交換提供了可靠的理論根據(jù)。第35頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月進(jìn)一步觀察樹(shù)脂對(duì)鹽酸麻黃堿的最大交換量時(shí)發(fā)現(xiàn)，每毫升樹(shù)脂可以完全交換10毫克鹽酸麻黃堿（圖3），在鹽酸麻黃堿濃度僅有0.1ml/mg時(shí)，選用的樹(shù)脂亦可以將其交換第36頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3酸、堿和鹽對(duì)鹽酸麻黃堿解離的影響選用了2.0mol/LHCl、2.0mol/LNaCl和2.0mol/LNaOH溶液作為解離液。通過(guò)對(duì)解離液的吸收光譜與鹽酸麻黃堿在酸、堿、鹽條件下的吸收光譜比較發(fā)現(xiàn)，光譜完全一致，說(shuō)明麻黃堿從樹(shù)脂上交換下來(lái)，其解離效果分別為44.4%、33.1%和47.4%?？梢?jiàn)，以2.0mol/LNaOH作為解離液時(shí)的效果最好，但考慮到后續(xù)的純化處理等步驟，選用2.0mol/LHCl作為解離液更為合適一些。第37頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4溫度對(duì)解離的影響觀察不同溫度對(duì)解離效果的影響時(shí)看到，溫度對(duì)解離的影響不是很大（表3），尤其是從25℃升高到45℃時(shí)，表明在室溫條件下進(jìn)行解離即可取得較好的解離效果，因此初步選用25℃作為解離時(shí)的溫度。溫度（℃）15253545解離效果（%）38.044.447.148.5第38頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5有機(jī)溶劑對(duì)解離的影響為了提高解離效果，選用了有機(jī)溶劑作為增強(qiáng)劑，它們分別是乙醇、乙二醇、乙腈和四氫呋喃，在10%濃度下的解離結(jié)果分別是48.6%、38.6%、53.7%、和60.1%，從價(jià)格因素和毒性來(lái)考慮，以乙醇作為增強(qiáng)劑較為合適，且濃度在15%左右時(shí)較好（表4）。乙醇濃度（%）05101520解離效果（%）44.447.848.656.959.8第39頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)果在弱堿和酸性溶液中樹(shù)脂對(duì)鹽酸麻黃堿的親和力很強(qiáng)，強(qiáng)堿性環(huán)境則不利于同樹(shù)脂的親和；用2.0Mol/L的NaOH或2.0Mol/LHCl作為解離液時(shí)的解離效果優(yōu)于2.0Mol/LNaCl溶液的解離液效果；溫度對(duì)解離的影響不是很大，在室溫條件下進(jìn)行解離即可取得較好的解離效果；選用了有機(jī)溶劑乙醇、乙二醇、乙腈和四氫呋喃作為解離增強(qiáng)劑，以乙醇較為合適，且其濃度在15%左右時(shí)較好；第40頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、離子換樹(shù)脂法提取分離多肽、蛋白質(zhì)和酶多肽、蛋白質(zhì)和酶是由氨基酸縮合的生物高分子。由于某些氨基酸殘基含有羧基或堿基，使這些生物高分子成為兩性物質(zhì)。因此，在一定的PH條件下，離子交換樹(shù)脂能夠提取、分離和純化多肽、蛋白子和酶。蛋白子和酶在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的條件下不穩(wěn)定，強(qiáng)烈的疏水作用也會(huì)使其變性，因此所用的樹(shù)脂應(yīng)當(dāng)是親水的弱酸樹(shù)脂或弱堿樹(shù)脂。例如，聚丙烯酸系列的弱酸樹(shù)脂，以纖維素、葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠為載體的弱酸或弱堿脂等均適用于生物高分子的分離與純化。應(yīng)用這些樹(shù)脂從動(dòng)物、植物、微生物及其代謝產(chǎn)物中分離純化天然多肽、蛋白質(zhì)和酶的研究報(bào)道甚多，表2中僅是部分實(shí)例。第41頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)和酶離子交換樹(shù)脂天花粉蛋白質(zhì)CM-SephadexG-50胎盤(pán)免疫球蛋白CM-SephadexG-50HIV-1反轉(zhuǎn)錄酶陰離子交換樹(shù)脂葡萄糖氧化酶#110弱酸樹(shù)脂細(xì)胞色素CD160A樹(shù)脂小鼠腹水單克隆抗體陽(yáng)/陰樹(shù)脂混合床胰蛋白酶DEAE-纖維素流感病毒蛋白TSKIEX645DEAE牛血清白蛋白DEAE-SephadexA50第42頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、離子交換法提取分離天然酸性有機(jī)化合物例1甘草酸是甘草的有效成分可先用陰離子交換樹(shù)脂（OH型）富集甘草酸，以4-6%氨水洗脫后，再用弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（H+）除去銨離子，可得到高純度的甘草酸。例2為純化粘康酸（己二烯二酸），克使發(fā)酵液依次通過(guò)吸附樹(shù)脂DiaionHP20柱和強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂DiaionSK102柱先除去雜質(zhì)，然后吸附在弱堿性陰離子交換樹(shù)脂柱上，經(jīng)水洗滌后，以稀氫氧化鈉溶液解吸，產(chǎn)物的收率為95%，純度達(dá)到99.6%。第43頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、離子交換樹(shù)脂法分離純化核苷酸及核酸核苷酸及脫氧核苷酸為兩性化合物，含有可形成陽(yáng)離子的堿基和可形成陰離子的磷酸基，因此用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂皆可對(duì)其進(jìn)行分離和純化。脫氧核糖核酸酶解后，水解產(chǎn)物吸附在#201×7或#201×4（OH-型）陰離子交換樹(shù)脂上，用0.2鹽酸洗脫，洗脫液經(jīng)一系列后處理，得到四種脫氧核苷酸鈉的混合物（即5’-dAMP-Na、5’-dTMP-Na、5’-dCMP-Na、5’-dGMP-Na）將四種核苷酸混合物的水溶液通過(guò)弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱，以水洗脫，分部收集，可依次分離出純的5’-dAMP-Na、5’-dTMP-Na、5’-dCMP-Na、5’-dGMP-Na。第44頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、離子交換法提取分離氨基酸氨基酸是一類含有氨基和羧基的兩性化合物，在不同的PH條件下能以陽(yáng)、陰或兩性離子的形式存在。因此，應(yīng)用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂均可富集分離氨基酸。應(yīng)用離子交換樹(shù)脂從蛋白質(zhì)水解液中提取分離氨基酸的工藝見(jiàn)圖1，其中脫酸和脫色的順序可以互換。樹(shù)脂脫色法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，應(yīng)用HD-I大孔酚醛型弱酸樹(shù)脂或大孔聚苯乙烯型樹(shù)脂對(duì)豬血粉水解液連續(xù)脫色的效果優(yōu)于活性炭。在酵母水解制備混合氨基酸的工藝中，#732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可用于最后的分離純化步驟。

第45頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天然蛋白質(zhì)原料水解水解液脫酸、脫色清液吸附或沉淀除酪氨酸等濾液離子交換飽和樹(shù)脂柱分部解吸酸性氨基酸中性氨基酸堿性氨基酸分部分離純氨基酸工藝流程示意圖第46頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

混合氨基酸一般在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上分離為純氨基酸組分，其分離原理是基于樹(shù)脂對(duì)不同氨基酸的選擇性。選擇性大小的順序?yàn)椋簤A性氨基酸>中性氨基酸>酸性氨基酸。當(dāng)解析時(shí)，氨基酸的流出順序正好相反，酸性氨基酸最后流出樹(shù)脂柱。決定樹(shù)脂對(duì)氨基酸選擇性的另一個(gè)重要因素是氨基酸側(cè)鏈的疏水性。由于大多數(shù)樹(shù)脂的基體是疏水的，因而氨基酸側(cè)鏈的疏水性越大，它在樹(shù)脂柱上的保留時(shí)間越長(zhǎng)。目前，用發(fā)酵法可生產(chǎn)谷氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、組氨酸、脯氨酸、鳥(niǎo)氨酸、和瓜氨酸等，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂是從發(fā)酵液中提取分離氨基酸的理想分離材料。第47頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原料樹(shù)脂類型分離得到的氨基酸豬血粉#001×7陽(yáng)樹(shù)脂AspGluLeuHisLysArg#110，#001×7，D371ArgLysHisPhePheTyr等含COOH&SO3H的陽(yáng)樹(shù)脂HisLysArg等豬血母液#732陽(yáng)樹(shù)脂TyrPhe及混合氨基酸豬毛#732陽(yáng)樹(shù)脂Lys等雞毛#732樹(shù)脂/#711樹(shù)脂ProAlaARG等魚(yú)皮魚(yú)鱗陽(yáng)離子交換樹(shù)脂Pro等用離子交換樹(shù)脂分離混合氨基酸的一些實(shí)例列于表1第48頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1

陽(yáng)離子樹(shù)脂對(duì)氨基酸的分析氨基酸可用多種液相色譜模式分離。在pH小于氨基酸pK的酸性溶液中，氨基酸的氨基帶正離子，可采用陽(yáng)離子交換色譜法；在pH大于氨基酸pK的堿性溶液中，氨基酸的氨基帶負(fù)離子，可采用陰離子交換色譜法；當(dāng)pH等于氨基酸的等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸為中性離分子，可采用正相或反相HPLC。第49頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陽(yáng)離子交換色譜法分離氨基酸的應(yīng)用實(shí)例較多，多數(shù)氨基酸分離儀采用的就是陽(yáng)離子交換色譜柱。下圖是19種氨基酸在陽(yáng)離子交換色譜柱上的分離色譜圖.色譜條件：陽(yáng)離子交換樹(shù)脂#2622（4.6mmi.d.×60mm）；茚三酮柱后衍生檢測(cè)，檢測(cè)波長(zhǎng)570nm；進(jìn)樣量10uL。第50頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、離子交換樹(shù)脂法純化糖類化合物

糖類化合物分子中含有許多醇羥基，只有極弱的酸性，如葡萄糖的離解常數(shù)僅6.6×10-13，但在中性水溶液中仍能與強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂（OH-型）發(fā)生離子交換作用而被吸附，并易被10%NaCl水溶液解析?？上гS多糖類物質(zhì)在強(qiáng)堿性條件下會(huì)發(fā)生異構(gòu)化和分解反應(yīng)，因而限制了OH-型強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂在糖類物質(zhì)分離純化中的應(yīng)用。由于多羥基化合物與鈣鹽、鋇鹽有較強(qiáng)的親和力，因此發(fā)展了另一種離子交換樹(shù)脂法，用于糖類化合物的分離純化。將磺化聚苯乙烯型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂轉(zhuǎn)化為鈣型，用作固定相，可分離葡萄糖和果糖、木糖醇和山梨醇等。第51頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離木糖醇和山梨醇樹(shù)脂的處理和轉(zhuǎn)型樹(shù)脂用去離子水充分漂洗，除去機(jī)械雜質(zhì)，過(guò)篩，截取一定篩分的樹(shù)脂供實(shí)驗(yàn)用。用濕法將樹(shù)脂裝入層析柱中，先用3mol/dm3的HCl淋洗，使樹(shù)脂轉(zhuǎn)化H+型。然后根據(jù)需要用5%的FeCl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O、Cr2(SO4)3·6H2O、Ba（NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、CH3COONH4水溶液淋洗，使樹(shù)脂分別轉(zhuǎn)成Fe3+、AL3+、Cr3+、Ba2+、Co2+

和NH4+型。第52頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月洗脫液流量對(duì)分離的影響由液相層析理論可知，當(dāng)其它條件固定時(shí)，只有當(dāng)洗脫液流量低于某一數(shù)值時(shí)，才能使二物質(zhì)得到最充分的分離。本實(shí)驗(yàn)用層析柱內(nèi)徑為3cm，長(zhǎng)為100cm，當(dāng)層析溫度為55℃

，進(jìn)樣量木糖醇和山梨糖醇均為30%的濃度、10ml時(shí)，不同類型樹(shù)脂的最適宜洗脫液流量見(jiàn)表1所示?？芍?，D031大孔樹(shù)脂與001×7凝膠樹(shù)脂相比，其最適宜洗脫液流量較大而樹(shù)脂的三價(jià)金屬離子基型對(duì)糖醇的吸附能力較差，故它們的流量較小。第53頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子樹(shù)脂H+

NH4+

Co2+

Ba2+

Al3+

Fe2+

Cr3+

D0313.1—4.03.52.02.52.4001×72.52.64.54.02.12.2—層析3.22.55.04.22.02.52.5層析*4.82.76.85.02.02.83.0表1不同類型樹(shù)脂的最適宜洗脫液流量（ml/min）*樹(shù)脂平均粒度為0.23mm，其余均為0.30mm第54頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3樹(shù)脂類型和離子基型對(duì)分離的影響離子交換樹(shù)脂主要起吸附劑作用，多元醇通過(guò)范德華力，氫鍵和與金屬離子的螯合作用而為樹(shù)脂吸附，根據(jù)作用力強(qiáng)弱不同而得到分離。表2是不同類型樹(shù)脂，在55℃和最適宜洗脫液流量下對(duì)木糖醇和山梨糖醇分離的影響。由表2可知，平均粒度為0.23mm的層析Fe3+和H+型樹(shù)脂分離最佳，雖然H+型樹(shù)脂對(duì)木糖醇和山梨糖醇的分離度稍低于Fe3+型，但使用H+型時(shí)，可采用幾乎高于Fe3+型一倍的洗脫液流量，可以大大縮短時(shí)間，提高單位時(shí)間內(nèi)的層析操作次數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)上是有利的。第55頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子樹(shù)脂H+

NH4+

Co2+

Ba2+

Al3+

Fe2+

Cr3+

D0310.330.280.130.120.280.320.26001×70.110.100.050.040.100.080.10層析0.230.210.100.120.160.180.15層析**0.410.330.210.210.300.470.38表2不同類型樹(shù)脂對(duì)分離度RS的影響*層析溫度55℃，洗脫液流量為表1所示最佳值。*樹(shù)脂平均粒度為0.23mm，其余均為0.30mm第56頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2，圖3是平均粒度為0.23mm的層析樹(shù)脂F(xiàn)e3+和H+型在最佳操作條件下，層析流出液中糖醇分配圖。圖2圖3第57頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4層析溫度對(duì)分離的影響當(dāng)以水系溶劑作為液相層析的洗脫液時(shí)，提高層析溫度，將使洗脫液的粘度降低，提高了柱的滲透性和傳質(zhì)速率，故可提高分離程度。但溫度過(guò)高時(shí)，解吸速度增加，物質(zhì)在柱上的滯留過(guò)短，所以將使分離度下降。由表3可知，幾種樹(shù)脂的最佳層析溫度均為55℃。溫度樹(shù)脂40505560D031H+

0.090.140.330.20層析*Fe3+

0.100.130.470.15層析*H+

0.110.110.410.12第58頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5洗脫液組成對(duì)分離的影響研究發(fā)現(xiàn)，以陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）的含醇水溶液作為洗脫劑，可以明顯提高分離程度。以層析Al3+

型樹(shù)脂為例，當(dāng)層析溫度為55℃，洗脫液流量為2.6ml/min時(shí)，洗脫液組成對(duì)分離的影響見(jiàn)表4所示。洗脫液組成H2OSDS10-3mol/dm3(水溶液)SDS10-3mol/dm3(3%乙醇溶液)SDS10-3mol/dm3(3%丙醇溶液)RS0.160.170.260.28第59頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6