离子交换法 (2)讲稿.ppt

关于离子交换法(2)第一页，讲稿共四十八页哦2第一节第一节 基本原理基本原理离子交换法：利用溶液中离子交换法：利用溶液中带电粒子带电粒子与离子交换剂之间与离子交换剂之间结结合力合力的差异进行物质分离的操作方法。的差异进行物质分离的操作方法。静电力第二页，讲稿共四十八页哦3第三页，讲稿共四十八页哦4第四页，讲稿共四十八页哦5树脂的选择树脂的选择比如：蛋白质带正电荷还是负电荷？比如：蛋白质带正电荷还是负电荷？第五页，讲稿共四十八页哦6树脂的选择树脂的选择第六页，讲稿共四十八页哦7第二节第二节 离子交换树脂的结构和种类离子交换树脂的结构和种类 载体：载体：惰性的不溶性高分子固定骨惰性的不溶性高分子固定骨架。架。功能基团：功能基团：与载体共价键连接的与载体共价键连接的不能移动的活性基团不能移动的活性基团平衡离子：平衡离子：与功能基团以离子键连与功能基团以离子键连接的可移动的活性离子接的可移动的活性离子离子交换树脂构成离子交换树脂构成第七页，讲稿共四十八页哦8一、离子交换树脂的分类第八页，讲稿共四十八页哦9阳离子交换树脂分类阳离子交换树脂分类强酸型树脂强酸型树脂（有好的解离能力）（有好的解离能力）：磺酸型树脂，功能基团为磺酸根磺酸型树脂，功能基团为磺酸根(SO(SO3 3H)H)甲基磺酸根甲基磺酸根(CH(CH2 2SOSO3 3H)H)中酸性树脂中酸性树脂 磷酸型树脂（磷酸型树脂（POPO3 3H H2 2 ）弱酸性树脂弱酸性树脂（酸性环境中解离度受到抑制）（酸性环境中解离度受到抑制）羧酸型树脂（羧酸型树脂（COOHCOOH）酚型树脂（酚型树脂（）第九页，讲稿共四十八页哦10阴离子交换树脂阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂 季铵基季铵基 弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂（在碱性环境中解离度受到抑制）（在碱性环境中解离度受到抑制）伯、仲、叔胺基伯、仲、叔胺基中强碱性阴离子交换树脂中强碱性阴离子交换树脂 兼有以上两类活性基团兼有以上两类活性基团第十页，讲稿共四十八页哦11离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能 第十一页，讲稿共四十八页哦12第十二页，讲稿共四十八页哦“strongandweak”refer to the extent that the ionization state of the functional groups varies with pH.oThe terms strong and weak do not refer to the strength with which the functional groups bind to proteins.oStrong ion exchangers show no variation in ion exchange capacity with change in pH.oStrong ion exchangers include Q(anionic),S and SP(cationic).These exchangers do not take up or lose protons with changing pH and so have no buffering capacity,remaining fully charged over a broad pH range.Titration curves show the ion exchange capacity of strong ion exchangers Q and S.Approximately 5 ml of Q or S Sepharose Fast Flow are equilibrated in 1 M KCl and titrated with 0.1 M NaOH.第十三页，讲稿共四十八页哦weakionexchanger:oAdvantage:they can offer a different selectivity compared to strong ion exchangers.oA disadvantage:because weak ion exchangers can take up or lose protons with changing pH,their ion exchange capacity varies with pH.such as DEAE(anionic),ANX(anionic)and CM(cationic),第十四页，讲稿共四十八页哦15二、离子交换树脂的命名：二、离子交换树脂的命名：交交联联度度：是是合合成成载载体体骨骨架架时时交交联联剂剂重重量量的的百百分分数数，用用“”将将树树脂脂编编号号与与交交联联度度分开。分开。如如：强强酸酸77其其交交联联度度为为7%7%。编号：编号：第十五页，讲稿共四十八页哦16三、离子交换树脂的骨架（载体）三、离子交换树脂的骨架（载体）由由苯乙烯苯乙烯与与二乙烯苯二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。经过氧苯甲酰催化聚合而成。（一）苯乙烯型离子交换树脂（一）苯乙烯型离子交换树脂第十六页，讲稿共四十八页哦17由由丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯与与二乙烯苯二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成经过氧苯甲酰催化聚合而成（二）丙烯酸型离子交换树脂（二）丙烯酸型离子交换树脂第十七页，讲稿共四十八页哦18（三）多乙烯多胺（三）多乙烯多胺环氧氯丙烷树脂环氧氯丙烷树脂弱碱弱碱301301树脂，同时含有伯、仲、叔胺，还含有少量季铵基团。树脂，同时含有伯、仲、叔胺，还含有少量季铵基团。（四）聚乙烯吡啶系离子交换树脂（四）聚乙烯吡啶系离子交换树脂第十八页，讲稿共四十八页哦191 1、蛇笼树脂、蛇笼树脂（五）其它离子交换树脂（五）其它离子交换树脂 两性两性离子交换树脂以交联的强碱性阴离子交换树脂为笼，以丙烯酸盐负离子在树脂内聚合生成线型聚合物作为蛇而得名。树脂中的羧基（树脂中的羧基（-COO-）和季铵基（）和季铵基（-N+(CH3)3）是等摩尔的，故树脂是）是等摩尔的，故树脂是中性中性的。的。应用：脱盐。如，Na+被树脂中的-COO-除去，而Cl 被季铵基除去。第十九页，讲稿共四十八页哦20（五）其它离子交换树脂（五）其它离子交换树脂 2 2、选择性交换树脂、选择性交换树脂应用：含重金属离子的废水应用：含重金属离子的废水应用：除去色素应用：除去色素（氧化还原树脂，略）（氧化还原树脂，略）第二十页，讲稿共四十八页哦21第三节第三节 离子交换动力学离子交换动力学*第二十一页，讲稿共四十八页哦22离子交换速度的影响因素：离子交换速度的影响因素：1 1、树脂粒度树脂粒度：树脂粒度大，交换速度慢。：树脂粒度大，交换速度慢。2 2、搅拌速度、搅拌速度3 3、树脂交联度树脂交联度：交联度大，交换速度低。：交联度大，交换速度低。4 4、离离子子半半径径和和离离子子价价：离离子子每每增增加加一一个个电电荷荷，交交换换速速度下降一个数量级。度下降一个数量级。5 5、温度。、温度。6 6、离子浓度离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而加快。：交换速度随离子浓度的上升而加快。第二十二页，讲稿共四十八页哦23第四节第四节 离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能 一、离子交换对树脂的基本要求：一、离子交换对树脂的基本要求：23第二十三页，讲稿共四十八页哦24二、影响树脂性能的几个因素二、影响树脂性能的几个因素第二十四页，讲稿共四十八页哦25第五节第五节 离子交换的选择性离子交换的选择性 影响离子交换选择性的因素：影响离子交换选择性的因素：第二十五页，讲稿共四十八页哦26一、离子的一、离子的化合价化合价与与水合半径水合半径的影响：的影响：相对亲和力相对亲和力相对亲和力相对亲和力和相对浓度。和相对浓度。电荷效应越强的离子与树脂的亲和力越大。第二十六页，讲稿共四十八页哦27二、二、离子化合价与离子浓度的影响：离子化合价与离子浓度的影响：在稀溶液中，树脂吸附高价离子的倾向很大。在稀溶液中，树脂吸附高价离子的倾向很大。第二十七页，讲稿共四十八页哦28三、交换环境的影响三、交换环境的影响1 1、溶液的溶液的pHpH：解离度解离度、交换容量、选择性。、交换容量、选择性。2 2、离子强度离子强度：交换容量、交换容量、选择性、交换速度选择性、交换速度3 3、有机溶剂有机溶剂：减弱树脂对有机离子的吸附能力。：减弱树脂对有机离子的吸附能力。第二十八页，讲稿共四十八页哦29第六节第六节 离子交换操作方法离子交换操作方法 一、一、树脂的选择树脂的选择目的物是弱酸性或弱碱性的小分子物质小分子物质时，宜选用强酸强碱树脂强酸强碱树脂（氨基酸的分离）。蛋白质、酶和其它生物大分子生物大分子的分离多采用弱弱碱或弱酸性树脂碱或弱酸性树脂，减少生物大分子的变性，利于洗脱，提高选择性。第二十九页，讲稿共四十八页哦30 二、树脂的处理和再生二、树脂的处理和再生1 1、外观特征外观特征2 2、树脂的预处理树脂的预处理（1 1）物理处理：去杂，过筛。物理处理：去杂，过筛。（2 2）化学处理化学处理：用：用8 81010倍的倍的1mol/L 1mol/L 盐酸或氢盐酸或氢氧化钠溶液交替浸泡氧化钠溶液交替浸泡。第三十页，讲稿共四十八页哦31氨基酸分离前树脂的处理氨基酸分离前树脂的处理第三十一页，讲稿共四十八页哦32不同类型树脂的处理不同类型树脂的处理第三十二页，讲稿共四十八页哦33树脂的再生树脂的再生 树脂再生：树脂再生：使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程。使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程。再生过程第三十三页，讲稿共四十八页哦34三、基本操作方法三、基本操作方法第三十四页，讲稿共四十八页哦35三、基本操作方法三、基本操作方法洗脱液第三十五页，讲稿共四十八页哦36酸、碱酸、碱洗脱液：洗脱液：改变吸附物的电荷或改变树脂活性基团的解离改变吸附物的电荷或改变树脂活性基团的解离状态，以状态，以消除静电结合力消除静电结合力，迫使目的物被释放出来；，迫使目的物被释放出来；盐盐类洗脱液：类洗脱液：通过高浓度的同种电荷的离子与目的物通过高浓度的同种电荷的离子与目的物竞争竞争树脂上树脂上的的活性基团活性基团，使吸附物游离。，使吸附物游离。第三十六页，讲稿共四十八页哦37洗脱方式洗脱方式改变溶液pH及离子强度：第三十七页，讲稿共四十八页哦38思考题1.1.混合溶液中，待分离目的蛋白质混合溶液中，待分离目的蛋白质T T的的pIpI为为7.97.9，杂质蛋白，杂质蛋白A A的的pIpI为为5.45.4，杂质蛋白质，杂质蛋白质B B的的pIpI为为4.94.9，实验室现有，实验室现有SP SepharoseSP Sepharose Fast Flow Fast Flow（一种强阳离子交换树脂）（一种强阳离子交换树脂）,请设计一套实验方案，使用请设计一套实验方案，使用离子交换技术纯化目的蛋白质离子交换技术纯化目的蛋白质T T。第三十八页，讲稿共四十八页哦39第七节第七节 应用实例应用实例第三十九页，讲稿共四十八页哦40氨基酸制备、分离氨基酸制备、分离猪血粉水解制备猪血粉水解制备6 6种氨基酸种氨基酸:第四十页，讲稿共四十八页哦41无盐水制备无盐水制备氢型氢型阳离子交换树脂阳离子交换树脂羟型羟型阴离子交换树脂阴离子交换树脂除去水里所有离子MeMe：金属离子：金属离子第四十一页，讲稿共四十八页哦42混合床混合床系将阳、阴两种树脂混合而成，脱盐效果好系将阳、阴两种树脂混合而成，脱盐效果好。第四十二页，讲稿共四十八页哦43第八节第八节 新型离子交换剂新型离子交换剂 一、大孔、均孔树脂一、大孔、均孔树脂（一）大孔型离子交换树脂（一）大孔型离子交换树脂（macro porous,MPmacro porous,MP）（二）均孔型离子交换树脂（二）均孔型离子交换树脂 (IR)(IR)二、多糖基离子交换剂二、多糖基离子交换剂（一）离子交换纤维素（一）离子交换纤维素（二）葡聚糖凝胶离子交换剂（二）葡聚糖凝胶离子交换剂（三）琼脂糖凝胶离子交换剂（三）琼脂糖凝胶离子交换剂第四十三页，讲稿共四十八页哦44常用的离子交换纤维素常用的离子交换纤维素羧甲基纤维素（羧甲基纤维素（CM-CCM-C）：）：弱酸性阳离子交换纤维素，弱酸性阳离子交换纤维素，pK=3.6 pK=3.6 二乙基氨基乙基纤维素（二乙基氨基乙基纤维素（DEAE-CDEAE-C）：）：强碱型阴离子交换纤维素，强碱型阴离子交换纤维素，pK=9.1pK=9.1第四十四页，讲稿共四十八页哦45葡聚糖凝胶离子交换剂葡聚糖凝胶离子交换剂是将活性交换基团连接于葡聚糖凝胶上制成的各种是将活性交换基团连接于葡聚糖凝胶上制成的各种交换剂交换剂具有具有离子交换和分子筛离子交换和分子筛的双重作用，对生物分子有很高的双重作用，对生物分子有很高的分辨率。的分辨率。命名:交换活性基团-Sephadex C(A)-编号第四十五页，讲稿共四十八页哦46第四十六页，讲稿共四十八页哦47多糖基离子交换剂应用尿激酶分离纯化尿激酶分离纯化第四十七页，讲稿共四十八页哦感谢大家观看第四十八页，讲稿共四十八页哦