项目二项目二 离子交换离子交换层层析析模块五模块五 层层 析析 一、一、认识离子交换层析认识离子交换层析离离子子交交换换层层析析是是用用离离子子交交换换剂剂（（具具有有离离子子交交换换性性能能的的物物质质））作作固固定定相相，，利利用用它它与与流流动动相相中中的的离离子子能能进进行行可可逆逆的的交交换换性性质质来来分分离离离离子型化合物的层析方法子型化合物的层析方法 Ø 即即溶溶液液中中的的离离子子同同离离子子交交换换剂剂上上功功能能基基团团交换反应交换反应的过程一）离子交换层析（一）离子交换层析 在软水器内装有在软水器内装有Na型阳型阳离子交换离子交换树树脂脂，含，含Ca2+的的原水流经软水器进入原水流经软水器进入Na型阳型阳离子交换树脂层，因离子交换树脂层，因Ca2+与树脂的亲和力比与树脂的亲和力比Na+强强，，所以所以Ca2+能被能被Na型阳离子型阳离子交换树脂吸着，而能将交换树脂吸着，而能将Na型型阳离子交换树脂上的阳离子交换树脂上的Na+置置换出来，软水器下面流出来换出来，软水器下面流出来的即为去的即为去Ca2+的软化水的软化水这一过程即为离子交换层析这一过程即为离子交换层析过程。
过程实例实例图图5-17 水的软化流程水的软化流程 • 离子交换剂（离子交换层析介质、离子交换树脂）在惰性载体上引入带有电荷的活性基团在惰性载体上引入带有电荷的活性基团 即离子交换剂即离子交换剂 按活性功能基团带电荷性质不同按活性功能基团带电荷性质不同阳离子交换剂阳离子交换剂 — 带负电荷，与阳离子交换带负电荷，与阳离子交换阴离子交换剂阴离子交换剂 — 带正电荷，与阴离子交换带正电荷，与阴离子交换一、一、认识离子交换层析认识离子交换层析（一）离子交换层析（一）离子交换层析 (1)选择性高选择性高 可以可以选择合适的离子交换树脂和操作条选择合适的离子交换树脂和操作条件件，使对所处理的离子具有较高的选择性或根据所带电，使对所处理的离子具有较高的选择性或根据所带电荷性质、化合价数、电离程度的不同，将离子混合物加以荷性质、化合价数、电离程度的不同，将离子混合物加以分离 (2)适应性强适应性强 处理对象从痕量物质到工业制备处理对象从痕量物质到工业制备，范围，范围极其广泛，尤其适用于从大量样品浓集微量物质极其广泛，尤其适用于从大量样品浓集微量物质。
(3)多相操作，分离容易多相操作，分离容易 由于由于离子交换是在固相和离子交换是在固相和液相间操作液相间操作，通过交换树脂后，固、液相已实现分离，故，通过交换树脂后，固、液相已实现分离，故易于操作，便于维护易于操作，便于维护带有正电荷的称之为阴离子交换树带有正电荷的称之为阴离子交换树脂，而带有负电荷的称之为阳离子树脂脂，而带有负电荷的称之为阳离子树脂固定相是具有固固定相是具有固定离子的树脂定离子的树脂由于电中性的要求，固定离子吸引等量电电中性的要求，固定离子吸引等量电荷的反号离子荷的反号离子反号离子则因与固定离反号离子则因与固定离子子亲和力大小的不亲和力大小的不同同而分离某些无机物也可作为离子交换剂某些无机物也可作为离子交换剂 （二）离子交换层析的特点（二）离子交换层析的特点 (4)需再生需再生 离子交换剂在使用后，其性能逐渐消失，离子交换剂在使用后，其性能逐渐消失，需需经酸、碱再生经酸、碱再生而恢复使用，同时也将被分离组分洗脱而恢复使用，同时也将被分离组分洗脱出来5)离子交换反应是定量的离子交换反应是定量的 离子交换是溶液中被分离子交换是溶液中被分离组分与离子交换剂中可交换离子离组分与离子交换剂中可交换离子进行离子置换反应的进行离子置换反应的过程，且离子交换反应是定量进行的过程，且离子交换反应是定量进行的，即有，即有Imol的离子的离子被离子交换剂吸附，就必然有被离子交换剂吸附，就必然有Imol的另一同性离子从离的另一同性离子从离子交换剂中释放出来。
子交换剂中释放出来二）离子交换层析的特点（二）离子交换层析的特点 二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理（一）离子交换层析原理 实例实例 盐酸与钠型树脂发生交换：盐酸与钠型树脂发生交换：在通过一定量盐酸溶液在通过一定量盐酸溶液后，柱上端已为盐酸所后，柱上端已为盐酸所饱饱和，而下端仍然是钠型柱上和，而下端仍然是钠型柱上端溶液中氢离子的浓度已同进入料液中氢离子的浓度端溶液中氢离子的浓度已同进入料液中氢离子的浓度 c0 相等，而柱下端溶液中的氢离子浓度却极低（理论上虽相等，而柱下端溶液中的氢离子浓度却极低（理论上虽不能认为等于零，但实际上可作零处理）在中间区域，不能认为等于零，但实际上可作零处理）在中间区域，无论在树脂相中还是在溶液中，无论在树脂相中还是在溶液中，Na+ 和和 H+ 都是并存的，都是并存的，但溶液中但溶液中 H+ 的浓度的浓度 c 沿柱的方向由沿柱的方向由c0逐渐变化至零逐渐变化至零可以把中间这个区域称作工作区，其上部是饱和区，下可以把中间这个区域称作工作区，其上部是饱和区，下部是未用区部是未用区 图图5 -18 氢离子氢离子（盐酸溶液）（盐酸溶液）和钠离子在树脂上的交换和钠离子在树脂上的交换工作区工作区饱和区饱和区未用区未用区 带带电电荷荷量量少少，，亲亲和和力力小小的的先先被被洗洗脱脱下下来来，，带带电电荷荷量量多多，，亲亲和和力大的力大的后后被被洗脱洗脱下来。
下来二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理（一）离子交换层析原理 二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理（一）离子交换层析原理穿透曲线穿透曲线：：图中比值图中比值c/c0开开始从零上升的点，过了穿透始从零上升的点，过了穿透点之后，点之后，c/c0值呈值呈S形曲线上形曲线上升，最后达到升，最后达到1.0，表明柱上，表明柱上所有所有Na+已被已被H+置换完毕置换完毕由于穿透在离子交换操作中由于穿透在离子交换操作中非常重要，所以这样的曲线非常重要，所以这样的曲线常称作穿透曲线常称作穿透曲线穿透点穿透点：：工作区已达到柱下端的信号，这一点叫作工作区已达到柱下端的信号，这一点叫作H+的穿透点的穿透点流出体积流出体积a也也称穿透体积称穿透体积，，它代表的容量称穿透容量它代表的容量称穿透容量在穿透曲线为对称的情况下，在穿透曲线为对称的情况下，体积体积b代表柱在该工作条件代表柱在该工作条件下的下的工作容量工作容量图图5-19 离子交换柱的穿透曲线离子交换柱的穿透曲线ab也称工作容量也称工作容量（估计值）（估计值） 二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理（一）离子交换层析原理柱的利用率柱的利用率：：亦即柱的容量对于一个交换过程能发挥的程度亦即柱的容量对于一个交换过程能发挥的程度 柱的利用率柱的利用率η与与a、、b及柱中树脂层高及柱中树脂层高H的关系为：的关系为： 要提高柱的利用率就要减小要提高柱的利用率就要减小(b-a)，即压缩工作区的高度，增大穿，即压缩工作区的高度，增大穿透曲线的陡度。
透曲线的陡度影响工作区高度的因素影响工作区高度的因素溶液浓度溶液浓度温度温度树脂粒度树脂粒度装柱技术装柱技术工作区高度工作区高度工作区高度工作区高度工作区高度工作区高度若若柱内有气泡和孔隙，则离子浓度柱内有气泡和孔隙，则离子浓度分布不仅在纵向，而且在横向也会分布不仅在纵向，而且在横向也会是不均匀的，穿透曲线因而变坏是不均匀的，穿透曲线因而变坏 五个步骤五个步骤：：二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理（一）离子交换层析原理 (1) 溶液中的离子向交换剂的表面扩散，在均匀的溶液中此溶液中的离子向交换剂的表面扩散，在均匀的溶液中此步骤进行的速率较快步骤进行的速率较快 (2) 溶液中离子进入交换剂颗粒内部，通过孔道向带电部位溶液中离子进入交换剂颗粒内部，通过孔道向带电部位扩散，此扩散速率的大小受离子与扩散，此扩散速率的大小受离子与孔孔道的相对大小的限制，对道的相对大小的限制，对于尺寸较大的离子，扩散速率要慢一点，这一步骤是影响离子于尺寸较大的离子，扩散速率要慢一点，这一步骤是影响离子交换反应速率的主要因素交换反应速率的主要因素 (3) 离子在颗粒的带电部位进行交换，此步骤可在瞬间完成。
离子在颗粒的带电部位进行交换，此步骤可在瞬间完成 (4) 被交换下来的反离子扩散到交换剂颗粒的表面被交换下来的反离子扩散到交换剂颗粒的表面 (5) 这些离子从交换剂的表面扩散到溶液中这些离子从交换剂的表面扩散到溶液中 二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（二二）离子交换层析）离子交换层析介质的结构介质的结构三部分组成：三部分组成：第一部分第一部分 是交联的三维网状骨架，称为母体结构；是交联的三维网状骨架，称为母体结构；第二部分第二部分 是固定在骨架上的功能基团，是带电基团，表示出离子是固定在骨架上的功能基团，是带电基团，表示出离子 交换层析介质的基本性能；交换层析介质的基本性能；第三部分第三部分 是与功能基团带相反电荷、可移动、能进行交换的活动离子是与功能基团带相反电荷、可移动、能进行交换的活动离子 这种可移动的活动离子称为反离子或抗衡离子或平衡离子，与这种可移动的活动离子称为反离子或抗衡离子或平衡离子，与 骨架上固定基团的电荷极性相反，二者之间以静电力相结合，骨架上固定基团的电荷极性相反，二者之间以静电力相结合， 同时反离子可与溶液中带同种电荷的离子进行离子交换反应，同时反离子可与溶液中带同种电荷的离子进行离子交换反应， 且这种交换反应是可逆的，在一定的条件下被交换的离子可以且这种交换反应是可逆的，在一定的条件下被交换的离子可以 “解吸解吸”，使离子交换层析介质又恢复到原来的离子形态，所以，使离子交换层析介质又恢复到原来的离子形态，所以 离子交换层析介质通过交换或再生可以反夏使用。
离子交换层析介质通过交换或再生可以反夏使用 二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（三三）离子交换层析）离子交换层析介质的分类介质的分类按材料分按材料分应用应用的方的方面有面有限限无机无机水合氧化物、多价金属的酸性盐、杂多酸盐、水合氧化物、多价金属的酸性盐、杂多酸盐、铝硅酸盐或亚铁氰化物铝硅酸盐或亚铁氰化物耐高温、耐辐射、对碱金属有较好的选择性耐高温、耐辐射、对碱金属有较好的选择性吸附容量小，一些物理和化学性能不够稳定吸附容量小，一些物理和化学性能不够稳定有机有机物理结构物理结构凝胶型凝胶型大孔型大孔型载体型载体型 原料单体原料单体苯乙烯类苯乙烯类丙烯酸类丙烯酸类酚醛系酚醛系环氧系环氧系乙烯吡啶系乙烯吡啶系用途用途工业级工业级食品级食品级分析级分析级医药级医药级床层专用床层专用混合床专用混合床专用种种类类繁繁多多（树脂）（树脂） 依据树脂功能基的类别：依据树脂功能基的类别：1.离子交换树脂离子交换树脂：主要有聚苯乙烯树脂：主要有聚苯乙烯树脂苯苯乙乙烯烯+二二乙乙烯烯苯苯 聚聚苯苯乙乙烯烯 （单体）（交联剂）（单体）（交联剂） 二乙烯苯二乙烯苯交联度交联度 = ———————— × 100% 苯乙烯苯乙烯 + 二乙烯苯二乙烯苯二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（三三）离子交换层析）离子交换层析介质的分类介质的分类 •交交联联度度大大，，网网孔孔变变小小，，大大分分子子量量的的离离子子不不能进入树脂颗粒内发生离子交换。
能进入树脂颗粒内发生离子交换•在不影响分离的情况下，以采用在不影响分离的情况下，以采用交联度较交联度较高高的树脂为好，这样可以提高树脂对离子的树脂为好，这样可以提高树脂对离子的选择性的选择性 二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（三三）离子交换层析）离子交换层析介质的分类介质的分类 树脂树脂resin（（据所含交换基团的性质分）据所含交换基团的性质分）l阳离子交换树脂阳离子交换树脂 强酸型强酸型 含磺酸基团含磺酸基团 (R-SO3H) 中等酸型中等酸型 含磷酸基团含磷酸基团 (-O-PO2H4) 弱酸型弱酸型 含酚基、羧基含酚基、羧基l阴离子交换树脂阴离子交换树脂 强碱强碱型型 含季胺基团含季胺基团 [-N+(CH3)3] 弱碱弱碱型型 含叔胺、伯胺基团含叔胺、伯胺基团[-N(CH3)2 阴离子交换树脂对化学试剂及热都不如阴离子交换树脂对化学试剂及热都不如阳离子交换树脂稳定阳离子交换树脂稳定二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（三三）离子交换层析）离子交换层析介质的分类介质的分类 2.离子交换离子交换纤维素纤维素l阴阴离离子子交交换换纤纤维维素素 —如如:DEAE-纤纤维维素素 pH8.6以以下下分分离离中中性性或或酸酸性性物物质质,具具二二乙乙胺乙基胺乙基l阳离子交换纤维素阳离子交换纤维素—如如:CM-纤维素纤维素 一般一般pH>4条件下使用条件下使用,具有羧甲基具有羧甲基 二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（三三）离子交换层析）离子交换层析介质的分类介质的分类 3.离子交换凝胶离子交换凝胶— 分离大分子物质分离大分子物质如如：：葡葡聚聚糖糖（（Sephadex））、、 聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺（（PAG）、）、琼脂糖（琼脂糖（Sepharose））二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（三三）离子交换层析）离子交换层析介质的分类介质的分类 4.其他类型树脂其他类型树脂l螯合性树脂螯合性树脂：： 此类树脂功能基为胺羧此类树脂功能基为胺羧[-N(CH2COOH)2]l氧化还原性树脂氧化还原性树脂 此类树脂功能基具氧化还原能力，如硫醇基此类树脂功能基具氧化还原能力，如硫醇基 (-CH2SH)、对苯二酚基等、对苯二酚基等l两性树脂两性树脂 此类树脂同时具有阴离子交换基团和阳离子此类树脂同时具有阴离子交换基团和阳离子交换基团交换基团二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（三三）离子交换层析）离子交换层析介质的分类介质的分类 二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（四四）离子交换层析）离子交换层析介质的选用介质的选用离子交换层析介质的离子交换层析介质的要求要求是：是：①① 交换容量高，以满足较大规模的生产的求；交换容量高，以满足较大规模的生产的求；②② 选择性好；选择性好；③③ 再生容易；再生容易；④④ 机械强度高，不易磨损破裂，能适合高流速机械强度高，不易磨损破裂，能适合高流速的需要；的需要；⑤⑤ 化学与热稳定性好，在很宽的化学与热稳定性好，在很宽的pH范围内保持范围内保持稳定，耐有机溶剂，耐高温；稳定，耐有机溶剂，耐高温；⑥⑥ 具有亲水性，至少在颗粒的表面是亲水的；具有亲水性，至少在颗粒的表面是亲水的；⑦⑦ 价格低。
价格低 1. 离子交换剂的选择离子交换剂的选择原原则则：：根根据据被被分分离离产产物物所所带带电电荷荷种种类类、、分分子子大大小小、、物物理理化化学学性性质质等等因因素素选选择择适适宜宜的的离离子子交交换换层层析析介介质质，，包包括括选选择择适适宜宜的的功功能能基基团即即：：根根据据被被分分离离物物质质的的性性质质选选择择—同同一一性性质质离离子子交交换换剂剂中中选选用用对对被被分分离离物物质质各各组组分分之之间间结结合合力力差差异异大大的的型型号号交交换换剂剂，，以以保保证证通通过离子交换层析后能得到比较满意的结果过离子交换层析后能得到比较满意的结果二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（四四）离子交换层析）离子交换层析介质的选用介质的选用 对离子交换剂电荷基团的选择对离子交换剂电荷基团的选择考虑因素考虑因素：：(1)被分离物质带何种电荷被分离物质带何种电荷(2)被分离物质分子的大小被分离物质分子的大小 强强酸酸或或强强碱碱型型分分离离一一些些小小分分子子物物质质或或在在极极端端pH值值下下的的分分离离弱弱酸酸或或弱弱碱碱型型分分离离蛋蛋白白质质等大分子等大分子3)被分离物质所处的环境被分离物质所处的环境(4)被分离物质的物理化学性质被分离物质的物理化学性质(5)被分离物质的大概数量被分离物质的大概数量二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（四四）离子交换层析）离子交换层析介质的选用介质的选用 对离子交换剂基质的选择对离子交换剂基质的选择 考虑因素考虑因素：：(1)疏水性较强的离子交换剂疏水性较强的离子交换剂：：一般常用于分离小分一般常用于分离小分 子物质子物质；；(2)亲水性较强亲水性较强的的离子交换剂离子交换剂：：适合于分离蛋白质等适合于分离蛋白质等 大分子物质。
大分子物质3)纤维素离子交换剂纤维素离子交换剂：：价格较低，但分辨率和稳定价格较低，但分辨率和稳定 性都较低，适于初步分离和性都较低，适于初步分离和 大量制备大量制备4)葡聚糖离子交换剂葡聚糖离子交换剂：：分辨率和价格适中，但受外分辨率和价格适中，但受外 界影响较大界影响较大5)琼脂糖离子交换剂琼脂糖离子交换剂：：机械稳定性较好，分辨率也机械稳定性较好，分辨率也 较高，但价格较贵较高，但价格较贵二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（四四）离子交换层析）离子交换层析介质的选用介质的选用 根据分离过程的实验条件根据分离过程的实验条件 强酸强碱强酸强碱—应用广泛应用广泛(pH范围广范围广) 弱酸型弱酸型—只能在碱性只能在碱性pH范围内使用范围内使用 弱碱型弱碱型—只能在酸性只能在酸性pH范围内使用范围内使用2. 缓冲液的选择缓冲液的选择原原则则：：不不能能发发生生化化学学反反应应，，所所带带电电荷荷应应与与样样品一致。
避免使样品变性品一致避免使样品变性二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（四四）离子交换层析）离子交换层析介质的选用介质的选用 3. 洗脱剂洗脱剂 原则：原则：(1)所用洗脱液比吸着物质具有更活所用洗脱液比吸着物质具有更活 泼的离子或基团泼的离子或基团 (2)改变改变pH或离子强度或离子强度 增强洗脱液与离子交换剂的结合力增强洗脱液与离子交换剂的结合力降低分离物与离子交换剂的结合力降低分离物与离子交换剂的结合力 洗脱方式：梯度洗脱洗脱方式：梯度洗脱二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（四四）离子交换层析）离子交换层析介质的选用介质的选用 4．离子交换层析介质粒度的大小．离子交换层析介质粒度的大小 颗粒较细，交换速率快，交换过程达颗粒较细，交换速率快，交换过程达到平衡的时间也快；到平衡的时间也快； 颗粒较粗，交换速率慢，交换过程颗粒较粗，交换速率慢，交换过程达达到平衡的时间也慢；离子交换层析介质到平衡的时间也慢；离子交换层析介质柱容易流穿柱容易流穿二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（四四）离子交换层析）离子交换层析介质的选用介质的选用 5．再生剂的消耗．再生剂的消耗 强酸、强碱强酸、强碱型：型：较多的再生剂较多的再生剂；； 弱酸、弱碱弱酸、弱碱型：型：理论量的酸或碱就可理论量的酸或碱就可；； 再生剂的消耗量对弱型的阳离子交换层再生剂的消耗量对弱型的阳离子交换层析介质的离子交换操作的影响较小。
析介质的离子交换操作的影响较小 应控制再生剂的消耗量应控制再生剂的消耗量二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（四四）离子交换层析）离子交换层析介质的选用介质的选用 （（五五）离子交换层析）离子交换层析介质的制备介质的制备1．苯乙烯系列的制备．苯乙烯系列的制备 以聚苯乙烯类为母体结构以聚苯乙烯类为母体结构，，经过功能基团化后，可以经过功能基团化后，可以衍生出多种不同类型的离子交换层析介质衍生出多种不同类型的离子交换层析介质聚苯乙烯类聚苯乙烯类离子交换剂离子交换剂 2．丙烯酸系列的制备．丙烯酸系列的制备 丙烯酸类的离子交换层析介质具有交换容量高、抗有机污染强、易于再丙烯酸类的离子交换层析介质具有交换容量高、抗有机污染强、易于再生等优点通过多种功能化反应可衍生出弱酸性、弱碱性及强碱性等多种离生等优点通过多种功能化反应可衍生出弱酸性、弱碱性及强碱性等多种离子交换层析介质子交换层析介质丙烯酸甲酯系列离丙烯酸甲酯系列离子交换层析介质子交换层析介质 3．丙烯腈系列的制备．丙烯腈系列的制备 丙烯腈是一种具有化学活性的单体，具有较高的交丙烯腈是一种具有化学活性的单体，具有较高的交换容量，对蛋白质有良好的分离能力，并有一定的抗污换容量，对蛋白质有良好的分离能力，并有一定的抗污染能力，且易于再生。
染能力，且易于再生丙烯腈系列离子交换层析介质的合成路线丙烯腈系列离子交换层析介质的合成路线 4．多糖类系列的制备．多糖类系列的制备高高亲水性，与生物大分子良好的相容性及网状结构，使亲水性，与生物大分子良好的相容性及网状结构，使其成为应用广泛的分离材料其成为应用广泛的分离材料多糖类离子交换层析介质的合成路线多糖类离子交换层析介质的合成路线 二、二、离子交换层析的知识准备离子交换层析的知识准备（（六六）离子交换）离子交换剂的物理化学性质剂的物理化学性质 1．粒度．粒度：：Ø颗粒直径的大小一般在颗粒直径的大小一般在0. 3—300ym范围内Ø颗粒越小，交换的容量变小，压力增大，流速下降；颗粒越小，交换的容量变小，压力增大，流速下降；Ø颗粒越大，离子交换剂的柱高对应的理论塔板数就越小，颗粒越大，离子交换剂的柱高对应的理论塔板数就越小， 分离效果就越差，但交换的容量得以提高，压力减小分离效果就越差，但交换的容量得以提高，压力减小Ø颗粒直径越均匀，分离效果越好颗粒直径越均匀，分离效果越好2．交联度和网孔结构．交联度和网孔结构v通过通过交交联剂将线型大分子交联形成网联剂将线型大分子交联形成网孔孔状颗粒。
状颗粒v交联度大，离子交换层析介质的结构紧密，交联度大，离子交换层析介质的结构紧密，孔孔径小径小，，溶胀度溶胀度 就小，选择性就高，稳定性也好；就小，选择性就高，稳定性也好；v交联度低，网孔的孔径越大交联度低，网孔的孔径越大v孔径孔径大小直接影响着被分离的分子能否进入颗粒的内部，与颗大小直接影响着被分离的分子能否进入颗粒的内部，与颗 粒内部的功能基团结合粒内部的功能基团结合 3．含水量．含水量u 离子交换离子交换剂剂放入水中放入水中 达到平衡达到平衡 离心法除去外部水分离心法除去外部水分 烘干到平衡状态，得到含平衡水分的离子交换烘干到平衡状态，得到含平衡水分的离子交换剂剂u 含水量含水量：：蒸发掉的水分量占烘干前离子交换层析介质的质量蒸发掉的水分量占烘干前离子交换层析介质的质量 的百分数即为通常所说的的百分数即为通常所说的含水量含水量u 含水量决定亲水基团的多少及离子交换含水量决定亲水基团的多少及离子交换剂剂孔隙的大小它与孔隙的大小它与 离子交换层析介质的类别、结构、酸碱度、交联度、交换容离子交换层析介质的类别、结构、酸碱度、交联度、交换容 量、离子形态等有关。
量、离子形态等有关4．密度．密度l离子交换离子交换剂剂的真体积的真体积V真真；；离子交换离子交换剂剂的空间体积的空间体积V视视 5．溶胀性．溶胀性(膨胀度膨胀度)Ø绝对膨胀绝对膨胀：：度度干燥的离子交换干燥的离子交换剂剂接触溶剂后的体积变化接触溶剂后的体积变化Ø相对膨胀度或转型膨胀度相对膨胀度或转型膨胀度：：湿的离子交换湿的离子交换剂剂从一种离子形态转从一种离子形态转 变为另变为另一一种离子形态时的体积变化种离子形态时的体积变化Ø膨胀度与其交联度、交联结构、基团及反离子的种类有关，交膨胀度与其交联度、交联结构、基团及反离子的种类有关，交 联度大，膨胀度小联度大，膨胀度小Ø一些弱酸性和弱碱性的离子交换层析介质的膨胀度较大一些弱酸性和弱碱性的离子交换层析介质的膨胀度较大6．稳定性．稳定性v机械稳定性机械稳定性：：离子交换离子交换剂剂在各种机械力的作用下抵抗破碎的在各种机械力的作用下抵抗破碎的 能力v热稳定性热稳定性：：一般要求离子交换层析介质具有一定的热稳定性，一般要求离子交换层析介质具有一定的热稳定性， 避免受热分解，要求耐温达避免受热分解，要求耐温达120℃℃。
v化学稳定性化学稳定性：：离子交换离子交换剂剂抗氧化剂和各种溶剂、试剂的能力抗氧化剂和各种溶剂、试剂的能力 7．酸碱性．酸碱性 离子交换层析介质是聚电解质，其官能团释放出离子交换层析介质是聚电解质，其官能团释放出H+或或OH-能能力的不同表示它们的酸碱性的不同离子交换层析介质可视为固力的不同表示它们的酸碱性的不同离子交换层析介质可视为固态的酸或碱，用酸碱滴定的方法可以测出其酸碱性态的酸或碱，用酸碱滴定的方法可以测出其酸碱性8．交换容量．交换容量u交换容量交换容量：：离子交换层析介质能够结合溶液中可交换离子的离子交换层析介质能够结合溶液中可交换离子的 能力u总交换容量总交换容量（（总离子容量或理论交换容量总离子容量或理论交换容量）：）：单位质量（或体单位质量（或体 积积））的离子交换层析介质中可以交换的化学基团的离子交换层析介质中可以交换的化学基团 的总数u有效交换容量（或工作交换容量有效交换容量（或工作交换容量）：）：实际操作时，溶液中的某实际操作时，溶液中的某 种离子与离子交换种离子与离子交换剂剂中的离子进行交换的量，中的离子进行交换的量， 小于总交换容量。
小于总交换容量u有效交换容量与离子交换层析介质的结构、溶液的组成、温有效交换容量与离子交换层析介质的结构、溶液的组成、温 度、流速及再生条件等操作因素有关度、流速及再生条件等操作因素有关 9．始漏量．始漏量Ø始漏始漏点：点：流出液中出现未被交换的离子，这一工作点称为流出液中出现未被交换的离子，这一工作点称为 “始漏点始漏点”或或“流穿点流穿点”Ø始漏量始漏量：：到达始漏点时的交换柱的交换容量称为始漏量到达始漏点时的交换柱的交换容量称为始漏量 达到始漏点，离子交换层析操作中的离子交换层析达到始漏点，离子交换层析操作中的离子交换层析 介质并未被全部交换，所以其始漏量总是小于总交介质并未被全部交换，所以其始漏量总是小于总交 换容量Ø离子交换操作过程式实际上只能进行到始漏点为止离子交换操作过程式实际上只能进行到始漏点为止10．选择性．选择性v选择性选择性：：离子交换离子交换剂剂对不同反离子亲和力强弱的反映对不同反离子亲和力强弱的反映v亲和力强的离子选择性高，可取代亲和力弱的离子。
亲和力强的离子选择性高，可取代亲和力弱的离子v一般在室温的低浓度溶液中高价离子的选择性好；对等价离子，一般在室温的低浓度溶液中高价离子的选择性好；对等价离子， 选择性随原子序数的增加而增加；能与离子交换选择性随原子序数的增加而增加；能与离子交换剂剂中固定离子中固定离子 团形成键合作用的反离子具有较高的选择性团形成键合作用的反离子具有较高的选择性 三、三、离子交换层析离子交换层析设设备备（（一一））搅拌槽搅拌槽（一）搅拌槽（一）搅拌槽 搅拌槽是带有多孔支搅拌槽是带有多孔支承板的筒形结构，离子交承板的筒形结构，离子交溶层析介质置于支承板上溶层析介质置于支承板上操作时，将液体通入槽中，操作时，将液体通入槽中，通气搅拌，使溶液与离子通气搅拌，使溶液与离子交换层析介质均匀混合，交换层析介质均匀混合，进行交换反应，待过程接进行交换反应，待过程接近平衡时，停止搅拌，将近平衡时，停止搅拌，将溶液排出溶液排出 （二）固定床（二）固定床 目前应用最广目前应用最广 活塞式固定床活塞式固定床 部分流化的部分流化的活塞式固定床活塞式固定床 （三）移动床（三）移动床 希金斯连续离希金斯连续离子交换器由交换区、子交换器由交换区、返洗区、脉动柱、返洗区、脉动柱、再生区、清洗区组再生区、清洗区组成的循环系统，这成的循环系统，这些区域彼此间以自些区域彼此间以自动控制阀动控制阀A、、B、、C、、D分开。
操作过程分分开操作过程分两个阶段进行，即两个阶段进行，即液体流动阶段和离液体流动阶段和离子交换层析介质移子交换层析介质移动阶段 Avco连续离子交连续离子交换层析移动床离子交换层析移动床离子交换装置，它的主体由换装置，它的主体由反应区、清洗区和驱反应区、清洗区和驱动区构成介质连续动区构成介质连续地从下而上移动，在地从下而上移动，在再生区、清洗区和交再生区、清洗区和交换区分别与再生液、换区分别与再生液、清洗液和原水逆流接清洗液和原水逆流接触完成分离过程，离触完成分离过程，离子交换层析介质的移子交换层析介质的移动靠两个驱动器来完动靠两个驱动器来完成 （四）流化床（四）流化床 流化床离子交换设备，主要有柱形和多级段槽形，还可分为流化床离子交换设备，主要有柱形和多级段槽形，还可分为单层和多层两种可以间歇操作，也可以连续操作单层和多层两种可以间歇操作，也可以连续操作 四、四、离子交换层析离子交换层析操作操作（一）树脂的处理（一）树脂的处理 新的干树脂在使用新的干树脂在使用前须用水浸泡使之充分前须用水浸泡使之充分溶胀，为除去杂质，还溶胀，为除去杂质，还需经酸碱处理，需经酸碱处理， 四、四、离子交换层析离子交换层析操作操作（二）装柱（二）装柱装柱时要防止装柱时要防止“节节”和气泡的产生。
和气泡的产生Ø“节节”：：柱内产生明显的分界线，是由于装柱不匀造成树脂时柱内产生明显的分界线，是由于装柱不匀造成树脂时 松时紧；松时紧；Ø气泡气泡：：在装柱时没有一定量的液体覆盖而混入气体造成的在装柱时没有一定量的液体覆盖而混入气体造成的Ø要做到均匀装柱，柱内要有一定高度的水面，树脂要与水混要做到均匀装柱，柱内要有一定高度的水面，树脂要与水混 合倾合倾入入，借助水的浮力使树脂自然沉积，操作尽可能均匀连续借助水的浮力使树脂自然沉积，操作尽可能均匀连续Ø离子交换用的层析柱一般粗而短，不宜过长直径和柱长比离子交换用的层析柱一般粗而短，不宜过长直径和柱长比 一般在一般在1: (10～～50)之间，层析柱安之间，层析柱安装装要垂直 四、四、离子交换层析离子交换层析操作操作（三）通液（三）通液v目的目的：：可以是吸附、洗涤、洗脱、再生等速率可以是吸附、洗涤、洗脱、再生等速率 控制十分重要控制十分重要v流速可以通过计量泵、阀、闸、流量计、液位差流速可以通过计量泵、阀、闸、流量计、液位差 等手段调节等手段调节v一般应寻求在质量保证下的最大流速。
正确的流一般应寻求在质量保证下的最大流速正确的流 速需要经试验确定速需要经试验确定v在实验室条件下，流速往往控制在在实验室条件下，流速往往控制在1～～2mL／／ (cm2．．min) 四、四、离子交换层析离子交换层析操作操作（四）洗脱缓冲液（四）洗脱缓冲液Ø常用梯度洗脱，通常有改变离子强度和改变常用梯度洗脱，通常有改变离子强度和改变pH值两种方式值两种方式1)改变离子强度通常是在洗脱过程中逐步增大离子强度，从改变离子强度通常是在洗脱过程中逐步增大离子强度，从而使与离子交换剂结合的各个组分被洗脱下来；而使与离子交换剂结合的各个组分被洗脱下来；(2)改变改变pH值的洗脱，对于阳离子交换剂一般是值的洗脱，对于阳离子交换剂一般是pH值从低到高值从低到高洗脱，阴离子交换剂一般是洗脱，阴离子交换剂一般是pH值从高到诋值从高到诋Ø洗脱液的选择洗脱液的选择(1)首先是要保证在整个洗脱液梯度范围内，所有待分离组分都首先是要保证在整个洗脱液梯度范围内，所有待分离组分都是稳定的是稳定的2)其次是要使结合在离子交换剂上的所有待分离组分在洗脱液其次是要使结合在离子交换剂上的所有待分离组分在洗脱液梯度范围内都能够被洗脱下来。
梯度范围内都能够被洗脱下来3)另外可以使梯度范围尽量小一些，以提高分辨率另外可以使梯度范围尽量小一些，以提高分辨率 四、四、离子交换层析离子交换层析操作操作（五）洗脱速率（五）洗脱速率•洗脱速率通常要保持恒定洗脱速率通常要保持恒定•洗脱速率慢比快的分辨率要好，但洗脱速率慢比快的分辨率要好，但不能过慢不能过慢•要根据实际情况选择合适的洗脱速率要根据实际情况选择合适的洗脱速率六）再生和保存（六）再生和保存•树脂经过使用后欲使其恢复原状的操作就是再生树脂经过使用后欲使其恢复原状的操作就是再生•静态法静态法再生再生是将树脂倾入容器内再生是将树脂倾入容器内再生；；•动态法动态法再生再生是在柱上通过淋洗再生动态法简便实用，效率也高是在柱上通过淋洗再生动态法简便实用，效率也高•要依据树脂失效原因选择再生剂，在通常情况下仍是酸和碱，要依据树脂失效原因选择再生剂，在通常情况下仍是酸和碱， 有时是中性盐再生时流速比通液变换时要低有时是中性盐再生时流速比通液变换时要低•树脂中毒树脂中毒：：其原因是被某些物质污染，致使交换容量下降，用其原因是被某些物质污染，致使交换容量下降，用 一般洗涤方法不能使其复原一般洗涤方法不能使其复原。
•树脂中毒后，需在一定阶段予以处理，以恢复交换能力中毒树脂中毒后，需在一定阶段予以处理，以恢复交换能力中毒 树脂的再生处理有时称为复活树脂的再生处理有时称为复活 四、四、离子交换层析离子交换层析操作操作（七）离子交换层析操作时（七）离子交换层析操作时的故障及处理的故障及处理 五、离子交换层析的工业应用实例五、离子交换层析的工业应用实例 实践作业方式实践作业方式：：静态交换和动态交换两类静态交换和动态交换两类 静态交换是一种间歇式交换将溶液和静态交换是一种间歇式交换将溶液和离离子交换剂共同放子交换剂共同放入入同一容器，利用振荡、搅拌、鼓气等方式令它们充分接触同一容器，利用振荡、搅拌、鼓气等方式令它们充分接触在接近或达到平衡后，用倾析、过滤或离心等方法使固、液两在接近或达到平衡后，用倾析、过滤或离心等方法使固、液两相分离，然后分别处理相分离，然后分别处理 动态交换是指溶液与树脂层发生相对移动，包括固定床柱动态交换是指溶液与树脂层发生相对移动，包括固定床柱式交换和活动床的连续交换活动床连续交换的特点是交换、式交换和活动床的连续交换活动床连续交换的特点是交换、再生、清洗等操作在交换装置的不同部位同时进行，床层不断再生、清洗等操作在交换装置的不同部位同时进行，床层不断按一定方式移动。
这种方式效率高、连续化，但装置和操作要按一定方式移动这种方式效率高、连续化，但装置和操作要求复杂，树脂磨损也较大求复杂，树脂磨损也较大 实践中使用最多的是固定床柱式操作它的效率比较高，操实践中使用最多的是固定床柱式操作它的效率比较高，操作简便，实用价值很大作简便，实用价值很大实例：实例：1、水处理、水处理 2、稀土元素的分离、稀土元素的分离 （两性离子）（两性离子）（阳离子）（阳离子）（阴离子）（阴离子）阳离子正电荷阳离子正电荷阴离子正电荷阴离子正电荷电中性电中性 Separation of amino acids on a cation exchange column 在阳离子交换柱在阳离子交换柱上的上的氨基酸的分离氨基酸的分离 ——ENDThank you 。