离子交换层析如何确定洗脱液的流速

Ⅰ 执业药师考试综合辅导：离子交换层析法(1)

离子交换层析(ionexchangechromatography)是利用离子交换剂上的可交换离子与周围介质中被分离的各种离子间的亲和力不同，经过交换平衡达到分离的目的的一种柱层析法。该法可以同时分析多种离子化合物，具有灵敏度高，重复性、选择性好，分析速度快等优点，是当前最常用的层析法之一。
(一)基本原理
离子交换层析对物质的分离通常是在一根充填有离子交换剂的玻璃管中进行的。离子交换剂为人工合成的多聚物，其上带有许多可电离基团，根据这些基团所带电荷不同，可分为阴离子交换剂和阳离子交换剂。含有欲被分离的离子的溶液烂漏茄通过离子交换柱时，各种离子即与离子交换剂上的荷电部位竞争性结合。任何离子通过柱时的移动速率决定于与离子交换剂的亲和力、电离程度和溶液中各种竞争性离子的性质和浓度。
离子交换剂是由基质、荷电基团和反离子构成，在水中呈不溶解状态，能释放出反离子。同时它与溶液中的其他离子或离子化合物相互结合，结合后不改变本身和被结合离子或离子化合物的理化性质。
离子交换剂与水溶液中离子或离子化合物所进行的离子交换反应是可逆的。假定以ra代表阳离子交换剂，在溶液中解离出来的阳离子a+与溶液中的阳离子b+可发生可逆的交换反应，反应式如下：
ra+b+ rb+a+
该反应能以极快的速率达到平衡，平衡的移动遵循质量作用定律。
离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力，结合力的大小取决于离子交换剂的选择性。离子交换剂的选择性可用其反应的平衡常数k表示：
k＝[rb][a+]/[ra][b+]。
如果反应溶液中[a+]等于[b+]，则k＝[rb]/[ra]。若k>i，即[rb]>[ra]，表示离子交换剂对b+的结合力大于a+；若k=1，即[rb]＝[ra]，表示离子交换剂对a+和b+的结合力相同；若k<1，即[rb]<[ra]，表示离子交换剂对b+的结合力小于a+。k值是反映离子交换剂对不同离子的结合力或选择性参数，故称k值为离子交换剂对a+和b+的选择系数。
溶液中的离子与交换剂上的离子进行交换，一般来说，电性越强，越易交换。对于阳离子树脂，在常温常压的稀溶液中，交换量随交换离子的电价增大而增大，如 na+ 两性离子如蛋白质、核苷酸、氨基酸等与离子交换剂的结合力，主要决定于它们的理化性质和特定的条件下呈现的离子状态。当phpi时，能被阴离子交换剂吸附。若在相同pi条件下，且pi>ph时，pi越高，碱性越强，就越容易被阳离子交换剂吸附。
离子交换层析就是利用离子交换剂的荷电基团，吸附溶液中相反电荷的离子或离子化合物，被吸附的物质随后为带同类型电荷的其他离子所置换而被洗脱。由于各种离子或离子化合物对交换剂的结合力不同，因而洗脱的速率有快有慢，形成了层析层。
(二)离子交换剂类型及选择
1．离子交换剂的类型
根据离子交换剂中基质的组成及性质，可将其分成两大类：疏水性离搜氏子交换剂和亲水性离子交换剂。
(1)疏水性离子交换剂
此类交换剂的基质是一种与水亲和力较小的人工合成树脂，最常见的是由苯乙烯与交联剂二乙烯苯反应生成的聚合物，在此结构中再以共价键引入不同的电荷基团。由于引入电荷基团的性质不同，又可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂及螯合离子交换树饥察脂。
①阳离子交换剂 阳离子交换剂的电荷基团带负电，反离子带正电，故此类交换剂可与溶液中的阳离子或带正电荷化合物进行交换反应。依据电荷基团的强弱，又可将它分为强酸型、中强酸型及弱酸型三种，各含有以下可解离基团：

这些交换剂在交换时，氢离子为外来的阳离子所取代，如下式所示：
r—cooh + na+ －－＞r—coona + h+
②阴离子交换剂 此类交换剂是在基质骨架上引入季胺[—n+(ch3)3]、叔胺[—n(ch3) 2]、仲胺[—nhch3]和伯胺[—nh2]基团后构成的，依据胺基碱性的强弱，又可分为强碱性(含季胺基)、弱碱性(含叔胺、仲胺基)及中强碱性(既含强碱性基团又含弱碱性基团)三种阴离子交换剂。它们与溶液中的离子进行交换时，反应式为：
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螯合离子交换剂 这类离子交换树脂具有吸附(或络合)一些金属离子而排斥另一些离子的能力，可通过改变溶液的酸度提高其选择性。由于它的高选择性，只需用很短的树脂柱就可以把欲测的金属离子浓缩并洗脱下来。
疏水性离子交换剂由于含有大量的活性基团，交换容量大、流速快、机械强度大，主要用于分离无机离子、有机酸、核苷、核苷酸及氨基酸等小分子物质，也可用于从蛋白质溶液中除去表面活性剂(如sds)、去污剂(如tritonx—100)、尿素、两性电解质等。

Ⅱ 离子交换法处理镀铬废水的要点

1.除铬阴柱设计数据
1）树脂饱和族桐孙工作交换容量：大孔型弱碱性阴树脂为60-70gCr6+/L;凝胶型强碱性阴树脂为40-45gCr6+/L。
2）树脂层高度应为0.6-1.0m。
3）流速不宜大于20m/h。
4）树脂饱和工作周期：废水中Cr6+含量为200-100mg/L时，饱和工作周期宜为36h；废水中Cr6+含量为100-50mg/L时，饱和工作周期宜为36-48h；废水中Cr6+含量小于50mg/L时，饱和工作周期由计算确定。
2.除铬阴柱和除酸阴柱的再生和淋洗
1）再生液浓度：采用大孔型弱碱阴离子交换树脂时宜为2.0-3.5mol/L；采用凝胶型弱碱性阴离子交换树脂时宜为2.5-3.0mol/L。
2）再生液用量宜为树脂体积2倍，先用0.5-1.0倍上周期后期的再生洗脱液，再用1.0-1.5倍的兆链新配再生液。
3）再生液流速宜为0.6-1.0m/h。
4）淋洗水量：采用大孔型弱碱阴树脂时宜为树脂体积的6-9倍，采用凝胶型弱碱性阴树脂时宜为树脂体积的4-5倍。
5）淋洗终点pH应为8-10。
6）反冲时树脂层膨胀率宜为50%。
3.酸性阳柱
1）强酸性阳树脂的工作交换容量可采用60-65g（CaCO3表示）/L；
2）交换终点出水pH值为3.0-3.5；
3）再生和淋洗要求
再生液浓度为1.5-2.0mol/轮冲L；
再生液用量为树脂体积的2倍；
再生液流速为1.2-4.0m/h；
淋洗水量为树脂体积的4-5倍；
淋洗终点pH值为2-3；
反冲时树脂层膨胀率为30%-50%。
4.脱钠阳柱的再生和淋洗
1）再生液浓度为1.0-1.5mol/L；
2）再生液用量为树脂体积的2倍；
3）再生液流速为1.2-4.0m/h；
4）淋洗水量为树脂体积的10倍。
5.钝化含铬清洗废水处理
1）进入酸性阳柱前废水的pH值宜大于4；
2）酸性阳柱和除酸阴柱的数值用量均为除铬阴柱树脂用量的2倍；
3）酸性阳柱的交换终点按出水pH值3.0-3.5和除酸阴柱出水电阻率≤2×104Ω·cm来控制；
4）酸性阳柱的再生液浓度为2-3mol/L。

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Ⅲ 求问怎么用离子交换树脂层析分离混合氨基酸

【原理】离子交换树脂是一种合成的高聚物，不溶于水，能吸水膨胀。高聚物分子由能电离的极性基团及非极性的树脂组成。极性基团上的离子能与溶液中的离子起交换作用，而非极性的树脂本身物性不变。通常离子交换树脂按所带的基团分为强酸(＝R＝S03H)、弱(＝COOH)、强碱 (＝N+＝R：)和弱碱(＝NH2＝NHR＝NR2)。
离子交换树脂分离小分子物质如氨基酸、腺苷、腺苷酸等是比较理想的。但对生物大于物质如蛋白质是不适当的，因为它们不能扩散到树脂的链状结构中。故如分离生物大子、可选用以多糖聚合物如纤维素、葡聚糖为载体的离子交换剂。
本实验用磺酸阳离子交换树脂分离酸性氨基酸(天冬氨酸)、中性氨基酸(丙氨酸)碱性氨基酸(赖氨酸)的混合液。在特定的pH条件下，它们解离程度不同，通过改变脱液的pH或离子强度可分别洗脱分离。
【材料】1．实验器材层析柱（1.6X20cm）；恒流泵；梯度混合器；试管及试管架；紫外分光光度计、磺酸阳离子交换树脂(Dowex 50)
2．实验试剂
(1)2mol／L HCl
(2)2mol／L NaOH
(3)0.1mOl／L HCl
(4) 0.1mol／L NaOH
(5)pH4.2的柠檬酸缓冲液：0.lmol／L柠檬酸54m1加0.1mol／L柠檬酸钠46ml
(6)pH5的醋酸缓冲液：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、赖氨酸各10m1加0.1mol／L HCl 3m【方法】
1. 树脂的处理
100ml烧杯中置约10g树脂，加25ml 12mo1／L HCl搅拌2h，倾弃酸液，用蒸馏水充洗涤树脂至中性。加25ml 12mol／L NaOH至上述树脂中搅拌2h，倾弃碱液，用蒸馏水洗涤至中性。将树脂悬浮于50ml pH4.2柠檬酸缓冲液中备用。
2. 装柱取直径0.8cm～1.2cm、长度 10cm～12cm的层析柱，底部垫玻璃棉或海绵圆垫，自顶部注入经处理的上述树脂悬浮液，关闭层柱出口，待树脂沉降后，放出过量的溶液，在加入一些树脂，至树脂沉积至8cm～10cm高度即可。于柱子顶部继续加入pH4.2柠檬酸缓冲液洗涤，使流出液pH为4.2为止，关闭柱子出口，保持液面高出树脂表面1cm左右。
3. 加样、洗脱及洗脱液收集
打开山口使缓冲液流出，待液面几乎平齐树脂表面时关闭出口(不可使树脂表面干燥)。用长滴管将15滴氨基酸混合液仔细直接加到树脂顶部，打开出口使其缓慢流入柱内。当液面刚平树脂表面时，加入0.1mol／L HCl 3ml，以10滴／min～12滴／min的流速洗脱，收集洗脱液，每管20滴，逐管收存。当HCl液面刚平树脂表面时，用1m1 pH4.2柠檬酸缓冲液冲洗柱壁一次，接着用2ml pH4.2柠檬酸缓冲液洗脱，保持流速10滴／min～12滴／min并注意勿使树脂表面干燥。
在收集洗脱液的过程中，逐管用茚三酮检验氨基酸的洗脱情况，方法是：于各管洗脱液中加10滴pH5醋酸缓冲液和10滴中性茚三酮溶液，沸水浴中煮10min，如溶液呈紫蓝色，表示已有氨基酸洗脱下来。显色的深度可代表洗脱的氨基酸浓度，可比色测。
在用pH4.2柠檬酸缓冲液把第二个氨基酸洗脱出来之后，再收集两管茚三酮反应阴性部分，关闭层析柱出口，将树脂顶部剩余的pH4.2柠檬酸缓冲液移去。
于树脂顶部加入2ml 0.1mo1／L NaOH，打开出口使其缓慢流入柱内，按上面I续用0.1mo1／L NaOH洗脱并逐管收集 (注意仍然保持流速10滴／min～12滴／min)，每管20滴。做洗脱液中氨基酸检验，在第三个氨基酸用0.1mo1／L NaOH洗脱下来以后，再继续收集两管茚三酮反应阴性部分。
最后以洗脱液管号为横坐标，洗脱液各管光密度（以水作空白，在570nm波长读取吸光度）或颜色深浅（以 -，±，+，++．．．表示）为纵坐标作图，即可画出一条洗脱曲线。
【注意事项】
1. 一直保持流速10滴/min～12滴／min，并注意勿使树脂表面干燥。
2. 在装柱时必须防止气泡、分层及柱子液面在树脂表面以下等现象发生。

Ⅳ 洗脱液的流速过快或过慢时，对分离效果有什么影响

洗脱液的流速过快时目的物的过早解吸，会引起区带扩散；过慢时，目的物的过晚解吸会使峰形过宽。

梯度洗脱中为保证流速的稳定，必须使用恒流泵，否则难获重复结果。梯度洗脱常用一个弱极性的溶剂A和一个强极性的溶剂B。

洗脱液体积应足够大，一般要几十倍于床体积，从而使分离的各峰不致于太拥挤。梯度的上限要足够高，使紧密吸附的物质能被洗脱下来。梯度不要上升太快，要恰好使移动的区带在快到柱末端时达到解吸状态。

(4)离子交换层析如何确定洗脱液的流速扩展阅读

根据吸附作用的强弱可选择不同的洗脱液或不同浓度的同一溶剂对各类成分进行粗分。其一般方法如下：

1、用适量水洗，洗下单糖、鞣质、低聚糖、多糖等极性物质，用薄层色谱检识，防止极性大的皂苷被洗下；

2、70%乙醇洗，洗脱液中主要为皂苷，但也含有酚性物质、糖类及少量黄酮，实验证明30%乙醇不会洗下大量的黄酮类化合物；

3、3%～5%碱溶液洗，可洗下黄酮、有机酸、酚性物质和氨基酸；

4、10%酸溶液洗，可洗下生物碱、氨基酸；

5、丙酮洗，可洗下中性亲脂性成分。

Ⅳ 离子交换树脂吸附完成后，用去离子水和低浓度酸预洗脱，水和酸的用量和流速一般控制在多少

顺流再生液浓度2~4%（H型树脂），逆流再生液浓度1.5~3%（H型树脂），一般再生液流速为4~8m/h，再生时间应不少于30min。

Ⅵ 离子交换过程中,为什么要控制液体流速

溶液中待交换的离子与交换树脂中的离子交换有一个过程：溶液中待交换的离子向树脂颗粒表面迁移并通过树脂表面的边界水膜，进入树脂内部的孔道与树脂的离子交换，被交换下的离子再从树脂孔道往外移动，穿孔树脂膜到溶液中。这个交换过程是需要一定时间的。如果待处理的液体流速太快，就有一部份离子来不及交换，造成泄漏，影响处理质量；如果速度太慢就会减小处理流量，降低处理效率。所以要控制液体流速。

Ⅶ 离子交换层析的洗脱速度与床体积有关吗

离子交换设备运行的流速问题,从两个方面分析,一是只要管径与床层体积配套。二是压力与流量能满足设备的设计参数,就不会有应何问题…。一杰水质