离子交换剂
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选择离子交换剂的一般原则* V1 c5 f& N; X
1. 选择阴离子抑或阳离子交换剂，决定于被分离物质所带的电荷性质。如果被分离物质带正电荷，应选择阳离子交换剂；如带负电荷，应选择阴离子交换剂；如被分离物为两性离子，则一般应根据其在稳定pH范围内所带电荷的性质来选择交换剂的种类。
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2. 强型离子交换剂使用的pH范围很广，所以常用它来制备去离子水和分离一些在极端pH溶液中解离且较稳定的物质。
. k% `; T; ]5 I) z) t& g" \3. 离子交换剂处于电中性时常带有一定的反离子，使用时选择何种离子交换剂，取决于交换剂对各种反离子的结合力。为了提高交换容量，一般应选择结合力较小的反离子。据此，强酸型和强碱型离子交换剂应分别选择H型和OH型；弱酸型和弱碱型交换剂应分别选择Na型和Cl型。
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4. 交换剂的基质是疏水性还是亲水性，对被分离物质有不同的作用性质，因此对被分离物质的稳定性和分离效果均有影响。一般认为，在分离生命大分子物质时，选用亲水性基质的交换剂较为合适，它们对被分离物质的吸附和洗脱都比较温和，活性不易破坏。
4 `5 n8 t( B- Z4 Y常用离子交换剂的种类与特性
6 o3 P7 F% c0 ~1. 离子交换纤维素? 离子交换纤维素的种类很多，其种类与特性如表1－1所示。
, W7 j" W; y! u. e$ H表1-1 离子交换剂的类型与特点
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交换剂 | 名
+ t' `7 b; g, x. |! e/ c称（纤维素） | 作 用 基 团 | 特: l2 h8 v( @# K. {- F
点 |
阴离子 交换剂 | 二乙氨基乙基 | DEAE+-O-C2H4N+(C2H5)2H | 最常用在pH8.6以下 |
三乙氨基乙基 | DEAE+-O-C2H4N+(C2H5)2H | |
氨乙基 | AE+-O-C2 H4-N H2 | |
胍乙基 | | 强碱性、极高pH仍有效 |
阳离子 交换剂 | 羧甲基 | CM—-O-CH2-COO— | 最常用在pH4以上 |
磷酸 | P－-O- P O2－ | 用于低pH |
磺甲基 | SM－-O-CH2-SO3－ | |
磺乙基 | SE－-O-C2H4-SO3－ | 强酸性用于极低pH |
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在交换纤维素中，最常用的是DEAE—纤维素和CM纤维素。由于剂型不同，其理化性质和作用也有所差异。一般而言，微粒型要优于纤维素型，因为微粒型是在纤维素型的基础上进一步提炼而成。它的交换容量大，粒细、比重大，能装成紧密的层析柱，要求分辨力高的实验可用此型纤维素（见表1－2）。
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表1-2 商品DEAE—纤维素和C M纤维素的类型和特性
g/ }% x9 G( ?* [纤维素 | 形状 | 长度 | 交换当量 （毫克当量/克） | 蛋白质吸附容量 （mg /g牛血清白蛋白） | 床体积（ml / g） |
pH 6.0 | pH 7.6 |
DE-22 | 改良纤维 | 12~400 | 1.0±0.1 | 450 | 7.7 | 7.7 |
DE-23 | 改良纤维 （除细粒） | 18~400 | 450 | 8.3 | 9.1 |
DE-32 | 微粒型（干） | 24~63 | 660 | 6.0 | 6.7 |
DE-52 | 微粒型（湿） | 24~63 | 660 | 6.0 | 6.3 |
DE-11 | 旧型号 | 50~250 | 130 | | |
| 与以上相应 型号同 | | 溶菌酶pH5 | | |
CM-22 | 0.6±0.06 | 600 | 7.7 | 7.7 |
CM-23 | | 600 | 9.1 | 9.1 |
CM-32 | | 1 260 | 6.8 | 6.7 |
CM-52 | 1.0±0.1 | 1 260 | 6.8 | 6.7 |
, _# i: K: ? j, y6 `/ k 离子交换纤维素的优点为：①离子交换纤维素为开放性长链，具有较大的表面积，吸附容量最大；②离子基团少，排列稀疏，与蛋白质结合不太牢固，易于洗脱；③具有良好的稳定性，洗脱剂的选择范围广。
- u, E1 A; A7 C- I4 L" Z2. 离子交换交联葡聚糖? 离子交换交联葡聚糖也是广泛使用的离子交换剂，它与离子交换纤维素不同点是载体不同，常用交联葡聚糖的类型与特性见表1-3。
8 P8 Q0 E; B& D o( a6 v表1-3 常用交联葡聚糖的类型与特性
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类1 _9 p, L$ O, N9 t6 X
型 | 性
- Z2 b. r, {0 |/ Z3 g6 j- v能 | 离子基因 | 反离子 | 总交换容量 （毫克当量/g） |
DEAE-sephadexA-25 | 弱碱性、阴离子交换剂 | DEAE+ | Cl— | 3.5±0.5 |
DEAE-sephadexA-50 |
QAE-sephadex-25 | 弱碱性、阴离子交换剂 | QAE+ | Cl— | 3.0±0.4 |
QAE-sephadex A-50 |
CM-A- sephadex 25 | 弱碱性、阳离子交换剂 | CM— | Na+ | 4.5±0.5 |
CM- sephadex A-50 |
SP- sephadex A-25 | 强碱性、阳离子交换剂 | SP— | Na+ | 2.3±0.3 |
离子交换交联葡聚糖有如下优点：①不会引起被分离物质的变性或失活；②非特异性吸附少；③交换容量大。
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离子交换葡聚糖的选用，一般根据蛋白质的分子量而定。中等分子量（30 000-200 000）一般选A50和C50，而低分子量（＜30 000和高分子量＞200 000）均宜选用A25和C25。。
2 u Z8 s9 z5 Y$ \! W离子交换剂的处理和保存
0 O" X$ Z2 b, \2 p9 Z$ r4 C 离子交换剂使用前一般要进行处理。干粉状的离子交换剂首先要进行膨化，将干粉在水中充分溶胀，以使离子交换剂颗粒的孔隙增大，具有交换活性的电荷基团充分暴露出来。而后用水悬浮去除杂质和细小颗粒。再用酸碱分别浸泡，每一种试剂处理后要用水洗至中性，再用另一种试剂处理，最后再用水洗至中性，这是为了进一步去除杂质，并使离子交换剂带上需要的平衡离子。市售的离子交换剂中通常阳离子交换剂为Na型（即平衡离子是Na离子），阴离子交换剂为Cl型，因为通常这样比较稳定。处理时一般阳离子交换剂最后用碱处理，阴离子交换剂最后用酸处理。常用的酸是HCl，碱是NaOH或再加一定的NaCl，这样处理后阳离子交换剂为Na型，阴离子交换剂为Cl型。使用的酸碱浓度一般小于0.5 mol / L，浸泡时间一般30 min。处理时应注意酸碱浓度不宜过高、处理时间不宜过长、温度不宜过高，以免离子交换剂被破坏。另外要注意的是离子交换剂使用前要排除气泡，否则会影响分离效果。
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离子交换剂的再生是指对使用过的离子交换剂进行处理，使其恢复原来性状的过程。酸碱交替浸泡的处理方法就可以使离子交换剂再生。离子交换剂的转型是指离子交换剂由一种平衡离子转为另一种平衡离子的过程。如对阴离子交换剂用HCl处理可将其转为Cl型，用NaOH处理可转为OH型，用甲酸钠处理可转为甲酸型等等。对离子交换剂的处理、再生和转型的目的是一致的，都是为了使离子交换剂带上所需的平衡离子。
6 S, G& ]6 l- }0 E# P0 c 离子交换层析就是通过离子交换剂上的平衡离子与样品中的组分离子进行可逆的交换而实现分离的目的，因此在离子交换层析前要注意使离子交换剂带上合适的平衡离子，使平衡离子能与样品中的组分离子进行有效的交换。如果平衡离子与离子交换剂结合力过强，会造成组分离子难以与交换剂结合而使交换容量降低。另外还要保证平衡离子不对样品组分有明显影响。因为在分离过程中，平衡离子被置换到流动相中，它不能对样品组分有污染或破坏。如在制备过程中用到的离子交换剂的平衡离子是H或OH离子，因为其它离子都会对纯水有污染。但是在分离蛋白质时，一般不能使用H或OH型离子交换剂，因为分离过程中H或OH离子被置换出来都会改变层析柱内pH值，影响分离效果，甚至引起蛋白质的变性。
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离子交换剂保存时应首先处理洗净蛋白等杂质，并加入适当的防腐剂，一般加入0.02 %的叠氮钠，4?? C下保存。
