離子交換層析如何確定洗脫液的流速

Ⅰ 執業葯師考試綜合輔導：離子交換層析法(1)

離子交換層析(ionexchangechromatography)是利用離子交換劑上的可交換離子與周圍介質中被分離的各種離子間的親和力不同，經過交換平衡達到分離的目的的一種柱層析法。該法可以同時分析多種離子化合物，具有靈敏度高，重復性、選擇性好，分析速度快等優點，是當前最常用的層析法之一。
(一)基本原理
離子交換層析對物質的分離通常是在一根充填有離子交換劑的玻璃管中進行的。離子交換劑為人工合成的多聚物，其上帶有許多可電離基團，根據這些基團所帶電荷不同，可分為陰離子交換劑和陽離子交換劑。含有欲被分離的離子的溶液爛漏茄通過離子交換柱時，各種離子即與離子交換劑上的荷電部位競爭性結合。任何離子通過柱時的移動速率決定於與離子交換劑的親和力、電離程度和溶液中各種競爭性離子的性質和濃度。
離子交換劑是由基質、荷電基團和反離子構成，在水中呈不溶解狀態，能釋放出反離子。同時它與溶液中的其他離子或離子化合物相互結合，結合後不改變本身和被結合離子或離子化合物的理化性質。
離子交換劑與水溶液中離子或離子化合物所進行的離子交換反應是可逆的。假定以ra代表陽離子交換劑，在溶液中解離出來的陽離子a+與溶液中的陽離子b+可發生可逆的交換反應，反應式如下：
ra+b+ rb+a+
該反應能以極快的速率達到平衡，平衡的移動遵循質量作用定律。
離子交換劑對溶液中不同離子具有不同的結合力，結合力的大小取決於離子交換劑的選擇性。離子交換劑的選擇性可用其反應的平衡常數k表示：
k＝[rb][a+]/[ra][b+]。
如果反應溶液中[a+]等於[b+]，則k＝[rb]/[ra]。若k>i，即[rb]>[ra]，表示離子交換劑對b+的結合力大於a+；若k=1，即[rb]＝[ra]，表示離子交換劑對a+和b+的結合力相同；若k<1，即[rb]<[ra]，表示離子交換劑對b+的結合力小於a+。k值是反映離子交換劑對不同離子的結合力或選擇性參數，故稱k值為離子交換劑對a+和b+的選擇系數。
溶液中的離子與交換劑上的離子進行交換，一般來說，電性越強，越易交換。對於陽離子樹脂，在常溫常壓的稀溶液中，交換量隨交換離子的電價增大而增大，如 na+ 兩性離子如蛋白質、核苷酸、氨基酸等與離子交換劑的結合力，主要決定於它們的理化性質和特定的條件下呈現的離子狀態。當phpi時，能被陰離子交換劑吸附。若在相同pi條件下，且pi>ph時，pi越高，鹼性越強，就越容易被陽離子交換劑吸附。
離子交換層析就是利用離子交換劑的荷電基團，吸附溶液中相反電荷的離子或離子化合物，被吸附的物質隨後為帶同類型電荷的其他離子所置換而被洗脫。由於各種離子或離子化合物對交換劑的結合力不同，因而洗脫的速率有快有慢，形成了層析層。
(二)離子交換劑類型及選擇
1．離子交換劑的類型
根據離子交換劑中基質的組成及性質，可將其分成兩大類：疏水性離搜氏子交換劑和親水性離子交換劑。
(1)疏水性離子交換劑
此類交換劑的基質是一種與水親和力較小的人工合成樹脂，最常見的是由苯乙烯與交聯劑二乙烯苯反應生成的聚合物，在此結構中再以共價鍵引入不同的電荷基團。由於引入電荷基團的性質不同，又可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂及螯合離子交換樹飢察脂。
①陽離子交換劑 陽離子交換劑的電荷基團帶負電，反離子帶正電，故此類交換劑可與溶液中的陽離子或帶正電荷化合物進行交換反應。依據電荷基團的強弱，又可將它分為強酸型、中強酸型及弱酸型三種，各含有以下可解離基團：

這些交換劑在交換時，氫離子為外來的陽離子所取代，如下式所示：
r—cooh + na+ －－＞r—coona + h+
②陰離子交換劑 此類交換劑是在基質骨架上引入季胺[—n+(ch3)3]、叔胺[—n(ch3) 2]、仲胺[—nhch3]和伯胺[—nh2]基團後構成的，依據胺基鹼性的強弱，又可分為強鹼性(含季胺基)、弱鹼性(含叔胺、仲胺基)及中強鹼性(既含強鹼性基團又含弱鹼性基團)三種陰離子交換劑。它們與溶液中的離子進行交換時，反應式為：
r—n+(ch3)3oh–+c1–－－＞r—n+(ch3)3 c1–+ oh–
r—n+(ch3)2 + h2o－－＞r—n+(ch3)2h•oh–
r—n+(ch3)2h • oh +c1–－－＞r—n+(ch3)2h • c1– + oh–
③螯合離子交換劑 這類離子交換樹脂具有吸附(或絡合)一些金屬離子而排斥另一些離子的能力，可通過改變溶液的酸度提高其選擇性。由於它的高選擇性，只需用很短的樹脂柱就可以把欲測的金屬離子濃縮並洗脫下來。
疏水性離子交換劑由於含有大量的活性基團，交換容量大、流速快、機械強度大，主要用於分離無機離子、有機酸、核苷、核苷酸及氨基酸等小分子物質，也可用於從蛋白質溶液中除去表面活性劑(如sds)、去污劑(如tritonx—100)、尿素、兩性電解質等。

Ⅱ 離子交換法處理鍍鉻廢水的要點

1.除鉻陰柱設計數據
1）樹脂飽和族桐孫工作交換容量：大孔型弱鹼性陰樹脂為60-70gCr6+/L;凝膠型強鹼性陰樹脂為40-45gCr6+/L。
2）樹脂層高度應為0.6-1.0m。
3）流速不宜大於20m/h。
4）樹脂飽和工作周期：廢水中Cr6+含量為200-100mg/L時，飽和工作周期宜為36h；廢水中Cr6+含量為100-50mg/L時，飽和工作周期宜為36-48h；廢水中Cr6+含量小於50mg/L時，飽和工作周期由計算確定。
2.除鉻陰柱和除酸陰柱的再生和淋洗
1）再生液濃度：採用大孔型弱鹼陰離子交換樹脂時宜為2.0-3.5mol/L；採用凝膠型弱鹼性陰離子交換樹脂時宜為2.5-3.0mol/L。
2）再生液用量宜為樹脂體積2倍，先用0.5-1.0倍上周期後期的再生洗脫液，再用1.0-1.5倍的兆鏈新配再生液。
3）再生液流速宜為0.6-1.0m/h。
4）淋洗水量：採用大孔型弱鹼陰樹脂時宜為樹脂體積的6-9倍，採用凝膠型弱鹼性陰樹脂時宜為樹脂體積的4-5倍。
5）淋洗終點pH應為8-10。
6）反沖時樹脂層膨脹率宜為50%。
3.酸性陽柱
1）強酸性陽樹脂的工作交換容量可採用60-65g（CaCO3表示）/L；
2）交換終點出水pH值為3.0-3.5；
3）再生和淋洗要求
再生液濃度為1.5-2.0mol/輪沖L；
再生液用量為樹脂體積的2倍；
再生液流速為1.2-4.0m/h；
淋洗水量為樹脂體積的4-5倍；
淋洗終點pH值為2-3；
反沖時樹脂層膨脹率為30%-50%。
4.脫鈉陽柱的再生和淋洗
1）再生液濃度為1.0-1.5mol/L；
2）再生液用量為樹脂體積的2倍；
3）再生液流速為1.2-4.0m/h；
4）淋洗水量為樹脂體積的10倍。
5.鈍化含鉻清洗廢水處理
1）進入酸性陽柱前廢水的pH值宜大於4；
2）酸性陽柱和除酸陰柱的數值用量均為除鉻陰柱樹脂用量的2倍；
3）酸性陽柱的交換終點按出水pH值3.0-3.5和除酸陰柱出水電阻率≤2×104Ω·cm來控制；
4）酸性陽柱的再生液濃度為2-3mol/L。

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Ⅲ 求問怎麼用離子交換樹脂層析分離混合氨基酸

【原理】離子交換樹脂是一種合成的高聚物，不溶於水，能吸水膨脹。高聚物分子由能電離的極性基團及非極性的樹脂組成。極性基團上的離子能與溶液中的離子起交換作用，而非極性的樹脂本身物性不變。通常離子交換樹脂按所帶的基團分為強酸(＝R＝S03H)、弱(＝COOH)、強鹼 (＝N+＝R：)和弱鹼(＝NH2＝NHR＝NR2)。
離子交換樹脂分離小分子物質如氨基酸、腺苷、腺苷酸等是比較理想的。但對生物大於物質如蛋白質是不適當的，因為它們不能擴散到樹脂的鏈狀結構中。故如分離生物大子、可選用以多糖聚合物如纖維素、葡聚糖為載體的離子交換劑。
本實驗用磺酸陽離子交換樹脂分離酸性氨基酸(天冬氨酸)、中性氨基酸(丙氨酸)鹼性氨基酸(賴氨酸)的混合液。在特定的pH條件下，它們解離程度不同，通過改變脫液的pH或離子強度可分別洗脫分離。
【材料】1．實驗器材層析柱（1.6X20cm）；恆流泵；梯度混合器；試管及試管架；紫外分光光度計、磺酸陽離子交換樹脂(Dowex 50)
2．實驗試劑
(1)2mol／L HCl
(2)2mol／L NaOH
(3)0.1mOl／L HCl
(4) 0.1mol／L NaOH
(5)pH4.2的檸檬酸緩沖液：0.lmol／L檸檬酸54m1加0.1mol／L檸檬酸鈉46ml
(6)pH5的醋酸緩沖液：0.2mol／L NaAc 70ml加 0.2mol／L HAc 30ml
(7)0.2％中性茚三酮溶液：0.2g茚三酮加100ml丙酮
(8)氨基酸混合液：丙氨酸、天冬氨酸、賴氨酸各10m1加0.1mol／L HCl 3m【方法】
1. 樹脂的處理
100ml燒杯中置約10g樹脂，加25ml 12mo1／L HCl攪拌2h，傾棄酸液，用蒸餾水充洗滌樹脂至中性。加25ml 12mol／L NaOH至上述樹脂中攪拌2h，傾棄鹼液，用蒸餾水洗滌至中性。將樹脂懸浮於50ml pH4.2檸檬酸緩沖液中備用。
2. 裝柱取直徑0.8cm～1.2cm、長度 10cm～12cm的層析柱，底部墊玻璃棉或海綿圓墊，自頂部注入經處理的上述樹脂懸浮液，關閉層柱出口，待樹脂沉降後，放出過量的溶液，在加入一些樹脂，至樹脂沉積至8cm～10cm高度即可。於柱子頂部繼續加入pH4.2檸檬酸緩沖液洗滌，使流出液pH為4.2為止，關閉柱子出口，保持液面高出樹脂表面1cm左右。
3. 加樣、洗脫及洗脫液收集
打開山口使緩沖液流出，待液面幾乎平齊樹脂表面時關閉出口(不可使樹脂表面乾燥)。用長滴管將15滴氨基酸混合液仔細直接加到樹脂頂部，打開出口使其緩慢流入柱內。當液面剛平樹脂表面時，加入0.1mol／L HCl 3ml，以10滴／min～12滴／min的流速洗脫，收集洗脫液，每管20滴，逐管收存。當HCl液面剛平樹脂表面時，用1m1 pH4.2檸檬酸緩沖液沖洗柱壁一次，接著用2ml pH4.2檸檬酸緩沖液洗脫，保持流速10滴／min～12滴／min並注意勿使樹脂表面乾燥。
在收集洗脫液的過程中，逐管用茚三酮檢驗氨基酸的洗脫情況，方法是：於各管洗脫液中加10滴pH5醋酸緩沖液和10滴中性茚三酮溶液，沸水浴中煮10min，如溶液呈紫藍色，表示已有氨基酸洗脫下來。顯色的深度可代表洗脫的氨基酸濃度，可比色測。
在用pH4.2檸檬酸緩沖液把第二個氨基酸洗脫出來之後，再收集兩管茚三酮反應陰性部分，關閉層析柱出口，將樹脂頂部剩餘的pH4.2檸檬酸緩沖液移去。
於樹脂頂部加入2ml 0.1mo1／L NaOH，打開出口使其緩慢流入柱內，按上面I續用0.1mo1／L NaOH洗脫並逐管收集 (注意仍然保持流速10滴／min～12滴／min)，每管20滴。做洗脫液中氨基酸檢驗，在第三個氨基酸用0.1mo1／L NaOH洗脫下來以後，再繼續收集兩管茚三酮反應陰性部分。
最後以洗脫液管號為橫坐標，洗脫液各管光密度（以水作空白，在570nm波長讀取吸光度）或顏色深淺（以 -，±，+，++．．．表示）為縱坐標作圖，即可畫出一條洗脫曲線。
【注意事項】
1. 一直保持流速10滴/min～12滴／min，並注意勿使樹脂表面乾燥。
2. 在裝柱時必須防止氣泡、分層及柱子液面在樹脂表面以下等現象發生。

Ⅳ 洗脫液的流速過快或過慢時，對分離效果有什麼影響

洗脫液的流速過快時目的物的過早解吸，會引起區帶擴散；過慢時，目的物的過晚解吸會使峰形過寬。

梯度洗脫中為保證流速的穩定，必須使用恆流泵，否則難獲重復結果。梯度洗脫常用一個弱極性的溶劑A和一個強極性的溶劑B。

洗脫液體積應足夠大，一般要幾十倍於床體積，從而使分離的各峰不致於太擁擠。梯度的上限要足夠高，使緊密吸附的物質能被洗脫下來。梯度不要上升太快，要恰好使移動的區帶在快到柱末端時達到解吸狀態。

(4)離子交換層析如何確定洗脫液的流速擴展閱讀

根據吸附作用的強弱可選擇不同的洗脫液或不同濃度的同一溶劑對各類成分進行粗分。其一般方法如下：

1、用適量水洗，洗下單糖、鞣質、低聚糖、多糖等極性物質，用薄層色譜檢識，防止極性大的皂苷被洗下；

2、70%乙醇洗，洗脫液中主要為皂苷，但也含有酚性物質、糖類及少量黃酮，實驗證明30%乙醇不會洗下大量的黃酮類化合物；

3、3%～5%鹼溶液洗，可洗下黃酮、有機酸、酚性物質和氨基酸；

4、10%酸溶液洗，可洗下生物鹼、氨基酸；

5、丙酮洗，可洗下中性親脂性成分。

Ⅳ 離子交換樹脂吸附完成後，用去離子水和低濃度酸預洗脫，水和酸的用量和流速一般控制在多少

順流再生液濃度2~4%（H型樹脂），逆流再生液濃度1.5~3%（H型樹脂），一般再生液流速為4~8m/h，再生時間應不少於30min。

Ⅵ 離子交換過程中,為什麼要控制液體流速

溶液中待交換的離子與交換樹脂中的離子交換有一個過程：溶液中待交換的離子向樹脂顆粒表面遷移並通過樹脂表面的邊界水膜，進入樹脂內部的孔道與樹脂的離子交換，被交換下的離子再從樹脂孔道往外移動，穿孔樹脂膜到溶液中。這個交換過程是需要一定時間的。如果待處理的液體流速太快，就有一部份離子來不及交換，造成泄漏，影響處理質量；如果速度太慢就會減小處理流量，降低處理效率。所以要控制液體流速。

Ⅶ 離子交換層析的洗脫速度與床體積有關嗎

離子交換設備運行的流速問題,從兩個方面分析,一是只要管徑與床層體積配套。二是壓力與流量能滿足設備的設計參數,就不會有應何問題…。一傑水質