离子交换剂纤维素

① 比较离子交换纤维素和离子交换树脂的优缺点

比较离子交换纤维素和离子交换树脂的优缺点如下：
离子交换纤维素比离子交换树脂的优越性在于它本身并不含有可能存在的某些杂质，人工合成的树脂有可能存在单体和二聚体等，用离子交换树脂分离酶和生物活性大分子，其上的杂质可能会造成酶和生物大分子失活。按照道理说离子交换纤维素的制备比离子交换树脂复杂，但是明显离子交换纤维素更能保证分离后得到产物的纯度和效率。
离子交换树脂：是一种不溶性的高分子化合物，具有特殊的网状结构，溶剂和离子能够自由出入。网状结构的骨架上带有能解离的功能团，可与溶液中的离子进行可逆的交换反应。此类树脂的化学性能很稳定，可耐较高的温度。
离子交换纤维素：即在纤维素分子结构上连接一定的离子交换基团，此类离子交换剂的交换基团排列稀疏，电荷密度低，对大分子的吸附不太牢固，并且由于是亲水型结构，能在水中充分溶胀，故可在温和条件下进行分离，而不致引起生化物质的变性。

② 离子交换纤维素有何特点为什么人们常用它来分离纯化酶及其他生物活性大分子物质

⑴具有开放性支持骨架，大分子可以自由进入和迅速扩散，故吸附容量大。⑵具有亲水性，对大分子的吸附不大牢固，用温和条件使可以洗脱，不致引起蛋白质变性或酶的失活。⑶多孔性，表面积大、交换容量大，回收率高，可用于分离和制备。

一、基本理论
离子交换剂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，它的分子中含有可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子或阴离子起交换作用。虽然交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进行时，由于连续添加新的交换溶液，平衡不断按正方向进行，直至完全。因此可以把离子交换剂上的原子离子全部洗脱下来，同理，当一定量的溶液通过交换柱时，由于溶液中的离子不断被交换而波度逐减少，因此也可以全部被交换并吸附在树脂上。如果有两种以上的成分被交换吸着在离子交换剂上，用洗脱液洗脱时，在被洗脱的能力则决定于各自洗反应的平衡常数。蛋白质的离子交换过程有两个阶段──吸附和解吸附。吸附在离子交换剂上的蛋白质可以通过改变pH使吸附的蛋白质失去电荷而达到解离但更多的是通过增加离子强度，使加入的离子与蛋白质竞争离子交换剂上的电荷位置，使吸附的蛋白质与离子交换剂解开。不同蛋白质与离子交换剂之间形成电键数目不同，即亲和力大小有差异，因此只要选择适当的洗脱条件便可将混合物中的组分逐个洗脱下来，达到分离纯化的目的。

③ 离子交换纤维素色谱法的交换种类

离子交换剂分为两大类，即阳离子交换剂和阴离子交换剂。各类交换剂根据其解离性大小，还可分为强、弱两种，即 强酸剂阳离子交换剂 弱酸剂强碱型阴离子交换剂弱碱型。
1.阳离子交换剂
阳离子交换剂中的可解离基因是磺酸（-SO3H）、磷酸（-PO3H2）、羧酸（COOH）和酚羟基（-OH）等酸性基。
某些交换剂在交换时反应如下：
强酸性：R-SO3-H++Na+ R-SO3- Na+H+
弱酸性：R-COOH+Na+ R-COONa+H+
国产树脂中强酸1×7（上海树脂#732）和国外产品Dowex 50、Zerolit 225等都于强酸型离子交换剂。
2.阴离子交换剂
阴离子交换剂中的可解离基因是伯胺、（-NH2）、仲胺（-NHCH3）、叔胺[N-（CH3）2]和季胺[-N（CH3）2]等碱性基团。某些交换反应如下：强碱性：R-N+（CH3）2 H·OH-+Cl R-N+（CH3）2 Cl+OH-弱碱性：R-N+（CH3）2 H·OH-+Cl R-N+（CH3）2 HCl+OH-强碱性#201号国产树脂和国外Dowex1、Dowex2、ZerolitFF等都属于强碱型阴离子交换剂。
3.纤维素离子交换剂
阳离子交换剂有羟甲基纤维素（CM-纤维素），阴离子交换剂有氯代三乙胺纤维纱（DESE-纤维素）。
4.交联葡聚糖离子交换剂
是将交换基因连接到交联葡聚糖上制成的一类交换剂，因而既具有离子交换作用，又具有分子筛效应，是一类广泛应用的色谱分离物质。常用的Sephadex离子交换剂也有阴离子和阳离子交换剂两类。阴离子交换剂有DEAE-Sephadex A-25，A-50和QAE- Sephadex A25，A50； 阳离子交换剂有CM-Sephaetx C-50，C-50和Sephadex C-25，C-50。阴离子交换剂用英文字头A，阳离子交换剂的英文字头是C。英文字后面的数字表示Sephadex型号。3.琼脂糖离子离交换剂：是将DESE-或CM-基团附着在Sepharose CL-6B上形成，DEAE-Sephades（阴离子）和CM-Sepharose（阳离子），具有硬度大，性质稳定，凝胶后的流速好，分离能力强等优点。

④ 离子交换纤维素色谱法基本理论

离子交换纤维素色谱法是一种基于离子交换剂的层析技术。离子交换剂，如树脂、纤维素、葡聚糖和醇脂糖等，其分子结构中含有可解离的基团，这些基团能在水溶液中与溶液中的其他阳离子或阴离子进行交换。尽管这种交换是平衡的，但在层析柱操作中，通过连续添加新的交换溶液，平衡偏向正向，直至所有离子被完全洗脱。同样，当溶液通过交换柱时，离子被逐渐替换，直至吸附在树脂上。

在混合物中，如果存在多种成分吸附在离子交换剂上，其洗脱能力取决于它们与离子交换剂的反应平衡常数。蛋白质的离子交换过程包括吸附和解吸附阶段。通过调整pH值或增加离子强度，可以改变蛋白质的电荷状态，使其与离子交换剂分离。不同蛋白质与离子交换剂的亲和力不同，这使得通过选择合适的洗脱条件，可以逐个分离纯化混合物中的组分。

离子交换纤维素色谱法的优势主要体现在以下几个方面：首先，其开放性支持骨架允许大分子自由进入并快速扩散，因此吸附容量大。其次，由于其亲水性，对大分子的吸附相对较弱，温和的条件就能使吸附物洗脱，避免蛋白质变性或酶失活。最后，离子交换剂具有多孔性，表面积大，交换容量高，这提高了回收率，使其在分离和制备过程中表现出色。

Sober和Peterson于1956年首次将离子交换基团结合到纤维素上，制成了离子交换纤维素，成功地应用于蛋白质的分离。从此使生物大分子的分级分离方法取得了迅速的发展。离子交换基团不但可结合到纤维上，还可结合到交联葡聚糖（S-ephadex）和琼脂糖凝胶（Sepharose）上。近年来离子交换色谱技术已经广泛应用于蛋白质、酶、核酸、肽、寡核苷酸、病毒、噬菌体和多糖的分离和纯化。

⑤ 离子交换纤维素色谱法的基本理论

离子交换剂通常是来一源种不溶性高分子化合物，如树脂，纤维素，葡聚糖，醇脂糖等，它的分子中含有可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子或阴离子起交换作用。虽然交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进行时，由于连续添加新的交换溶液，平衡不断按正方向进行，直至完全。
因此可以把离子交换剂上的原子离子全部洗脱下来，同理，当一定量的溶液通过交换柱时，由于溶液中的离子不断被交换而波度逐减少，因此也可以全部被交换并吸附在树脂上。如果有两种以上的成分被交换吸着在离子交换剂上，用洗脱液洗脱时，在被洗脱的能力则决定于各自洗反应的平衡常数。蛋白质的离子交换过程有两个阶段──吸附和解吸附。吸
附在离子交换剂上的蛋白质可以通过改变pH使吸附的蛋白质失去电荷而达到解离但更多的是通过增加离子强度，使加入的离子与蛋白质竞争离子交换剂上的电荷位置，使吸附的蛋白质与离子交换剂解开。不同蛋白质与离子交换剂之间形成电键数目不同，即亲和力大小有差异，因此只要选择适当的洗脱条件便可将混合物中的组分逐个洗脱下来，达到分离纯化的目的。