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离子交换色谱.ppt

离子交换色谱

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2013-09-19 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《离子交换色谱ppt》,可适用于人文社科领域

第四节离子交换色谱第四节离子交换色谱LujiangYuanSchoolofPharmaceuticalScienceSouthwestUniversity离子交换色谱的发展离子交换色谱的发展年泡沸石(天然硅铝酸盐NaASiO·nHO)来软化硬水。NaZCa=CaZNa年合成了酚醛类型的阴阳离子树脂。年美国人DAlelio,聚苯乙烯型强酸性阳离子树脂聚丙稀酸型阳离子交换树脂的合成。此外纤维素和多糖上引入交换基形成的离子交换剂。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层析的基本操作离子交换介质的选择原则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含特定离子的溶液为流动相利用离子交换剂上的可交换离子与溶液中离子发生交换作用由于不同的离子交换能力不一样待分离的各种离子在树脂柱中随流动相的移动速度也不一样而将混合物中不同离子进行分离的技术。离子交换介质的基本性质离子交换介质的基本性质离子交换剂亦称离子交换介质通常是一种不溶性高分子化合物如树脂纤维素葡聚糖醇脂糖等含可交换离子洗脱的可能性取决于交换反应平衡常数吸附的蛋白质可以通过改变pH值使蛋白质分子电性发生改变而洗脱下来。不同蛋白质形成离子键数目有差异的及亲和力不同。离子交换树脂的结构和性质离子交换树脂的结构和性质离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物。网状结构的骨架部分一段很稳定不溶于酸、碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有许多可被交换的活性基团。根据活性基团的不同、离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。合成:高分子化学加聚反应先合成骨架然后在骨架上添加功能基团。如合成过程中加入致孔剂可得大孔离子交换树脂否为凝胶型。在高分子离子交换树脂中常用的为交联的聚苯乙烯骨架上连接不同得功能团(可交换基团):在高分子离子交换树脂中常用的为交联的聚苯乙烯骨架上连接不同得功能团(可交换基团):离子交换剂的分类阳离子交换剂:强酸型和弱酸型可电离的基团磺酸基(SOH)磷酸基(POH)羧酸基(COOH)酚羟基(OH)阴离子交换剂:强碱型和弱碱型可电离的基团伯胺基(NH)仲胺基(NHCH)叔胺基(N(CH))季胺基(N(CH))一、阳离子交换树脂一、阳离子交换树脂强酸型阳离子交换树脂阳离子交换树脂具有酸性基团如应用最广泛的强酸性磺酸型聚苯乙烯树脂它是以苯乙烯和二乙烯苯聚合经浓硫酸磺化而制得的聚合物。化学性质稳定-年耐强酸、强碱、氧化剂和还原剂,不溶于酸、碱及常见的有机溶剂。耐热超过°C。弱酸型子交换树脂弱酸型子交换树脂甲基丙烯酸和二乙烯苯基聚合功能基羧基(COOH)。根据活性基团离解出H能力的大小不同阳离子交换树脂分为强酸性和弱酸性两种。例如含SO的为强酸性阳离子交换树脂常用RSOH表示(R表示树脂的骨架)含COOH和OH的弱酸性阳离子交换树脂分别用RCOOH和ROH表示。强酸性阳离子交换树脂应用较广泛弱酸性阳离子交换树脂的H不易电离所以在酸性溶液中不能应用但它的选择性较高而且易于洗脱。二、阴离子交换树脂二、阴离子交换树脂与阳离子交换树脂具有同样的有机骨架只是所联的活性基团为碱性基团。季胺(N(CH))H不易电离强碱性阴离子交换树脂伯胺基(NH)、仲胺基(NHCH)和叔胺基(N(CH))的树脂为弱碱性阴离子交换树脂。水化:RNHOH、RNHCHOH、RNH(CH)OH和RN(CH)OH,OH可被阴离子交换和洗脱。,阴离子交换树脂的化学稳定性及耐热性能都不如阳离子交换树脂稳定。交联度交联度树脂中所合交联剂的百分率称为重量交联度。例如强酸性阳离子交换树脂:苯乙烯聚合而成为长的链状分子,二乙烯苯把各链状分子联成立体型的网状体。如果二乙烯苯在原料总量中占。则称该树脂的交联度为%。交联度交联度树脂的交联度越大则网眼越小交换时体积大的离子进入树脂便受到限制。但提高了交换的选择性:另外交联度大时形成的树脂结构紧密机械强度高。但是如果交联度过大则对水的膨胀性能差(一般要求克干树脂在水中能膨胀至cm为宜)交换反应的速度慢因此要求树脂的交联度一般为%。交换容量交换容量每克干树脂所含活性基团的物质的量而实际交换容量是指在实验条件下每克干树脂能交换离子的物质的量。称取干树脂克置于mL锥形瓶中、准确加入molLNaOH标准溶液mL,振荡后放置过夜用移浓管吸取上层清液mL加酚酞指示剂滴用molL标准HCl溶液滴定至红色消失设用去标准HCl溶液mL树脂的交换容量可以计算为mmolg。离子交换亲和力离子交换亲和力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。树脂对离子亲合力的大小用平衡常数来代表它与离子的水合离子半径大小和带电荷的多少有关。强离子交换剂的电离率基本不受pH值影响离子交换作用的pH范围宽弱离子交换剂的电离率受pH影响很大离子交换作用的pH范围小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常用的离子交换剂常用的离子交换剂离子交换树脂:离子交换纤维素:离子交换纤维素是携带功能基团纤维素衍生物具有松散的亲水性网状结构以及较大的表面积大分子可以自由通过因而对生物大分子(如蛋白质)的交换容量比离子交换树脂大。阳离子型离子交换纤维素包括羟甲基纤维素(CM纤维素)等阴离子型离子交换纤维素包括二乙基氨基乙基纤维素(DEAE纤维素)离子交换纤维素离子交换纤维素离子交换纤维素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(SephadexG)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电离基团在母体上取代程度高交换容量大装柱方便流速快既有离子交换作用又有分子筛效应因而Sephadex是一类广泛应用的色谱分离介质在pH=时可耐℃的高热×的蛋白质适用于常用的离子交换剂常用的离子交换葡聚糖包括:阳离子交换剂CMSephadexCCMSephadexCSephadexCSephadexC阴离子交换剂DEAESephadexADEAESephadexAQAESephadexAQAESephadexA常用的离子交换剂离子交换琼脂糖:离子交换琼脂糖是携带DEAE或CM基团的SepharoseCLBDEAESepharose(阴离子型)和CMSepharose(阳离子型)的离子交换介质具有硬度大、性质稳定流速好分离能力强等优点。尤其是介质受pH和离子强度的影响所引起的膨胀和收缩效应较小因此具有稳定的外形体积对pH及温度的变化均较稳定可在pH~和~℃范围内使用改变离子强度或pH时床体积变化不大。二、离子交换树脂的选择二、离子交换树脂的选择一般原则:酸性物质用阴离子交换剂分离碱性物质用阳离子交换剂分离◆反离子:强酸、碱性用HOH,弱用NaCl氨基酸、核苷酸、蛋白质等两性电解质可根据其pI值及离子化曲线来选择。活性分子:亲水性基质的交换树脂具体:种类离子形式、交换量、颜色、交联度、理化性质等。被分离物质所带的电荷性质离子交换介质的选择原则pH蛋白质净电荷等电点吸附阴离子交换剂吸附阳离子交换剂pH<pI()pH=pI()pH>pI()对pI=的某酸性蛋白质在pH的范围内当蛋白质为阴离子时应首选DEAE纤维素在pH的范围内当蛋白质为阳离子时应首选CM纤维素种类选定种类选定中性盐体系:阴阳离子的脱除用强酸强碱树脂微量杂质的脱除也要强型树脂强碱树脂分有I和II型:I型碱型强于III型:易与硅酸等弱酸作用再生差II型:不与比乙酸更弱的酸作用交换能力强的离子:交换能力强的离子:用弱碱性或弱酸性离子交换树脂如一般有机碱交换能力都强多价金属离子、生物碱、链霉素等都用弱酸性离子交换树脂既容易吸附又容易洗脱。中性或碱性体系中:中性或碱性体系中:多价金属离子与弱酸阳离子交换强易洗脱与强酸阳离子交换弱弱酸通常不用弱碱树脂但用强碱树脂弱碱体系中:阳离子交换用弱酸阳离子树脂弱酸体系中:弱酸中的阴离子用弱碱阴离子树脂树脂形式的选择树脂形式的选择中性盐溶液交换后生成盐:盐型弱酸弱碱树脂当量相当的游离、酸碱混合酸、碱条件下的离子:游离碱或酸树脂盐中除酸、碱:弱型树脂(强型会交换盐)、颗粒、交联度和稳定性、颗粒、交联度和稳定性A颜色:浅色便于看色带使用后色深、杂质多色变深。B颗粒:-目-目。C交联度:聚苯乙烯树脂交联度-%常用%交联度高选择性好交换速度小。孔度与交联度关系密切。D密度:gmlE稳定性:一般而言聚苯乙烯树脂稳定阳比阴稳定盐比酸碱稳定离子交换剂的分类强离子交换剂的电离率基本不受pH值影响离子交换作用的pH范围宽弱离子交换剂的电离率受pH影响很大离子交换作用的pH范围小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三、离子交换柱的操作三、离子交换柱的操作以强酸性阳离子交换树脂分离K和Na为例交换RHK=RKHRHNa=RNaH洗脱RKH=RHKRNaH=RHNa树脂的处理树脂的处理A过筛分:得均一颗粒也可溶胀后筛分商品树脂-目可将其干燥、粉碎、过筛或沉降、浮选处理。B净化处理:乙醇-水-molLHClorNaOH蒸馏水到(pHor)B净化处理:乙醇-水-molLHClorNaOH蒸馏水到(pHor)强酸阳离子树脂其商品多为Na型。用倍体积-%盐酸搅拌h,水洗到中性。然后倍体积-%NaorNaCl交换水洗到无Na。必要时可重复-次。如需使用H+接上步骤用倍体积-%HCl交换水洗到中性。酸碱处理的次序决定了离子交换剂携带反离子的类型。强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂商品型一般为Cl型。倍体积-%NaOH,蒸馏水洗到中性。倍体积-%HCl,蒸馏水洗到中性。倍体积-%NaOH,蒸馏水洗到中性。OH型树脂最好现制现用它吸附空气中CO。弱酸型阳离子交换树脂弱酸型阳离子交换树脂商品树脂一般为Na型。处理可参照强酸型阳离子交换树脂。弱碱型阴离子交换树脂处理参照强碱型阴离子交换树脂法。柱的操作柱的操作装柱:树脂高度一般约为柱高的。为防止加试液时树脂被冲起在柱的上端亦应铺一层玻璃纤维(或隔板)。装好后再用蒸馏水洗涤(不少于倍柱体积)备用。上样:阳离子树脂可达交换容量的%阴离子一般为。小于%床体积(%分析)。洗脱:用蒸馏水洗去多余的(没吸附的)样品然后用洗脱液(缓冲液pH,离子强度)淋洗方法有等度梯度等。平衡平衡柱子装好后要用所需的缓冲液(有一定的pH和离子强度)平衡柱子。用恒流泵在恒定压力下走柱子(平衡与洗脱时的压力尽可能保持相同)。离子强度和pH的选择首先要保证各个待分离物质如蛋白质的稳定。使各个待分离物质与离子交换剂有适当的结合。有时柱子平衡好后还要进行转型处理。补充离子交换层析的基本操作层析柱平衡平衡缓冲液的用量至少为柱体积的倍平衡缓冲液的流速可略高于正常操作流速平衡终点以流出液的离子浓度、导电性、pH值与缓冲液一致为准其中pH值最重要补充交换将试液加到交换柱上用活塞控制一定的流速进行交换。经过一段时间之后上层树脂全部被交换、下层未被交换中间则部分被交换这一段称为“交界层”。随着交换的进行交界层逐渐下移至流出液中开始出现交换离子时称为始漏点(亦称泄漏点或突破点)此时交换柱上被交换离子的物质的量数称为始漏量。在到达始漏点时交界层的下端刚到达交换柱的底部而交换层中尚有未被交换的树脂存在所以始漏量总是小于总交换量。补充洗脱当交换完毕之后一般用蒸馏水洗去残存溶液然后用适当的洗脱液进行洗脱。在洗脱过程中、上层被交换的离子先被洗脱下来经过下层未被交换的树脂时又可以再度被交换。因此最初洗脱液中被交换离子的浓度等于零随着洗脱的进行洗出液离子浓度逐渐增大达到最大值之后又逐渐减小至完全洗脱之后被洗出之离子浓度又等于零。对于阳离子交换树脂常采用HCl溶液作为洗脱液经过洗脱之后树脂转为氢型阴离子交换树脂常采用NaCl或NaOH溶液作为洗脱液经过洗脱之后树脂转为氯型或氢氧型。因此洗脱之后的树脂已得到再生用蒸馏水洗涤干净即可再次使用。补充离子交换层析的基本操作样品洗脱恒定洗脱阶段洗脱梯度洗脱离子强度pH值C=C-(C-C)(-V)AAACV为流出体积对总体积之比AC当A=A时为线性梯度当A>A时为凹形梯度A>A时为凸形梯度。洗脱速度洗脱速度洗脱速度通常要保持恒定洗脱速度慢比快的分辨率要好但峰过宽洗脱峰过宽则可适当提高洗脱速度产品的浓缩、脱盐产品的浓缩、脱盐离子交换层析得到的样品往往盐浓度较高而且体积较大样品浓度较低。所以一般离子交换层析得到的样品要进行浓缩、脱盐处理。再生再生若有脂溶性物质则可用非离子型去污剂洗柱后再生也可用乙醇洗涤其顺序为:molLNaOH水乙醇水%NaOH水。保存离子交换剂时要加防腐剂。阴离子交换剂:%氯已定(洗必泰)阳离子交换剂:乙基硫柳汞(%)。有些产品用%叠氮钠。影响离子交换的主要因素影响离子交换的主要因素流动相的酸度:离子交换树脂就是固体酸碱对于强型而言pH影响不大弱型则显著。强酸型阳离子pH>弱酸型阳离子pH>强碱型阴离子pH<弱碱型阴离子pH<●样品浓度:⊙浓度高树脂的解离减小⊙影响吸附顺序及选择性⊙改变树脂表面结构影响离子进入。●温度:对稀溶液的交换影响不大溶液浓度高时温度升高易水合的离子易吸附对弱碱、弱酸温度升高吸附速加快但温度太高会破坏树脂●溶剂:一般情况在水溶液中进行可加入某些有极性机溶剂来改变选择性但必须特别注意这可能会使某些离子的交换无法进行。四离子色谱的应用四离子色谱的应用纯水的制备氢型强酸性阳离子交换树脂除去各种阳离子RSOHCa=(RSO)CaH氢氧型强碱性阴离子交换树脂除去各种阴离子。RN(CH)OHC=RN(CH)ClOH去离子水装置示意去离子水装置示意水质检测水质检测化学法:pH值离子(Cl,Fe,CaMg,硫酸根等)可溶性硅氧化物不挥发物物理法:测定电阻率超纯水兆以上再生再生阳、阴离子柱再生:混合床再生:先对混合床进行碱洗然后用水逆流冲洗使树脂运动由于比重不同分层分出阳、阴树脂分别处理。分析化学应用分析化学应用干扰离子的分离测定黄铁矿中硫Fe、Ca的存在造成BaSO沉淀的不纯。Li、Na、K混合液通过阳离子树脂交换柱稀HCl洗脱。会按Li、Na、K顺序出来。微量组分的富集例如例如铂、钯在矿石中的含量:一般为gg即使称取克试样进行分析也只含铂、钯微克左右。富集的方法是:称取克在℃灼烧,王水溶解加浓HCl蒸发铂、钯形成PtCl和PdCl络阴离子。稀释过强碱性阴离子交换即可将铂富集在交换柱上。稀HCl将树脂洗净之取出树脂移入瓷钳锅中在℃灰化用王水溶解残渣加盐酸蒸发。然后在molLHCl介质中钯(II)与双十二烷基二硫代乙二酰胺(DDO)生成黄色络合物用石油醚三氯甲烷混合溶剂萃取用比色法测定钯。铂(IV)用二氯化锡还原为铂(II)与DDO生成樱红色螯合物可进行比色法测定。用于水溶性带电荷植物成分分离用于水溶性带电荷植物成分分离氨基酸、肽类(蛋白质)、生物碱、有机酸、酚类等。一般步骤:用煎煮法或温浸法得到植物有效成分水溶液然后过强酸型阳离子交换树脂柱、强碱型阴离子交换柱分别洗脱可得到一些单一成分。植物成分离子交换分离植物成分离子交换分离蛋白质或酶的分离蛋白质或酶的分离聚苯乙烯离子交换树脂:吸附牢易变性离子交换纤维素:最好的方法离子交换凝胶:同时有离子交换和分子筛的功能广泛应用。选弱酸、碱型为好强型容易使蛋白变性树脂形式不用H,OH型:

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