(2)親水性離子交換劑
親水性離子交換劑中的基質(zhì)為一類(lèi)天然的或人工合成的化合物，與水親和性較大，常用的有纖維素、交聯(lián)葡聚糖及交聯(lián)瓊脂糖等。
① 纖維素離子交換劑 纖維素離子交換劑或稱離子交換纖維素，是以微晶纖維素為基質(zhì)，再引入電荷基團(tuán)構(gòu)成的。根據(jù)引入電荷基團(tuán)的性質(zhì)，也可分強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性及弱堿性離子交換劑。纖維素離子交換劑中，最為廣泛使用的是二乙胺基乙基(deae一)纖維素和羧甲基(cm一)纖維素。近年來(lái)pharmacia公司用微晶纖維素經(jīng)交聯(lián)作用，制成了類(lèi)似凝膠的珠狀弱堿性離子交換劑(deae—sephacel)，結(jié)構(gòu)與deae一纖維素相同，對(duì)蛋白質(zhì)、核酸、激素及其他生物聚合物都有同等的分辨率。目前常用的纖維素交換劑如表6–1所示。離子交換纖維素適用于分離大分子多價(jià)電解質(zhì)。它具有疏松的微結(jié)構(gòu)，對(duì)生物高分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)和核酸分子)有較大的穿透性；表面積大，因而有較大的吸附容量?；|(zhì)是親水性的，避免了疏水性反應(yīng)對(duì)蛋白質(zhì)分離的干擾；電荷密度較低，與蛋白質(zhì)分子結(jié)合不牢固，在溫和洗脫條件下即可達(dá)到分離的目的，不會(huì)引起蛋白質(zhì)的變性。但纖維素分子中只有一小部分羥基被取代，結(jié)合在其分子上的解離基團(tuán)數(shù)量不多，故交換容量小，僅為交換樹(shù)脂的1／10左右。
表6–1離子交換纖維素
交換劑
（簡(jiǎn)寫(xiě)） 類(lèi)型 功能基團(tuán) 交換容量
（毫克當(dāng)量 /g ） 時(shí)宜工作
ph
磷酸纖維素
（ p-c ） 中強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換劑 — po 3 2- 0.7~7.4 ph<4
磺酸乙級(jí)纖維素 （ se-c ） 強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換劑 — (ch 2 ) 2 so 3 - 0.2~0.3 極低
羥甲基纖維素（ cm-c ） 弱酸型陽(yáng)離子交換劑 — ch 2 coo - 0.5~1.0 ph>4
三乙基氨基乙基纖維素（ teae-c ） 強(qiáng)堿型陰離子交換劑 — (ch 2 ) 2 n + (c 2 h 5 ) 3 0.5~1.0 ph>8.6
二乙氨基乙基纖維素（ deae-c ） 弱堿型陰離子交換劑 — (ch 2 ) 2 n + h (c 2 h 5 ) 2 0.1~1.0 ph<8.6
氨基乙基纖維素（ ae-c ） 中等堿型陰離子交換劑 — (ch 2 ) 2 n + h 2 0.3~1.0
ecteda 纖維素（ ecte-c ） 中等堿型陰離子交換劑 — (ch 2 ) 2 n + (c 2 h 4 oh) 3 0.3~0.5
②交聯(lián)葡聚糖離子交換劑 交聯(lián)葡聚糖離子交換劑是以交聯(lián)葡聚糖g–25和g–50為基質(zhì)，通過(guò)化學(xué)方法引入電荷基團(tuán)而制成的。其中交換劑g–50型適用于相對(duì)分子質(zhì)量為 3x104～3x106的物質(zhì)的分離，交換劑g–25型能交換相對(duì)分子質(zhì)量較小(1x103～5x103)的蛋白質(zhì)。交聯(lián)葡聚糖離子交換劑的性質(zhì)與葡聚糖凝膠很相似，在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中不穩(wěn)定，在ph＝7時(shí)可耐120℃的高熱。它既有離子交換作用，又有分子篩性質(zhì)，可根據(jù)分子大小對(duì)生物高分子物質(zhì)進(jìn)行分級(jí)分離，但不適用于分級(jí)分離相對(duì)分子質(zhì)量大于2×105的蛋白質(zhì)。
③瓊脂糖離子交換劑 主要以交聯(lián)瓊脂糖cl–6b (sepharose cl–6b)為基質(zhì)，引入電荷基團(tuán)而構(gòu)成。這種離子交換凝膠對(duì)ph及溫度的變化均較穩(wěn)定，可在ph3～10和0～70℃范圍內(nèi)使用，改變離子強(qiáng)度或ph 時(shí)，床體積變化不大。例如，deae–sepharose cl–6b為陰離子交換劑；cm–sepharose cl–6b為陽(yáng)離子交換劑。它們的外形呈珠狀，網(wǎng)孔大，特別適用于相對(duì)分子質(zhì)量大的蛋白質(zhì)和核酸等化合物的分離，即使加快流速，也不影響分辨率。
2．離子交換劑的應(yīng)用選擇
應(yīng)用離子交換層析技術(shù)分離物質(zhì)時(shí)，選擇理想的離子交換劑是提高得率和分辨率的重要環(huán)節(jié)。任何一種離子交換劑都不可能適用于所有的樣品物質(zhì)的分離，因此必須根據(jù)各類(lèi)離子交換劑的性質(zhì)以及待分離物質(zhì)的理化性質(zhì)，選擇一種最理想的離子交換劑進(jìn)行層析分離。選擇離子交換劑的一般原則如下：
(1)選擇陰離子抑或陽(yáng)離子交換劑，決定于被分離物質(zhì)所帶的電荷性質(zhì)。如果被分離物質(zhì)帶正電荷，應(yīng)選擇陽(yáng)離子交換劑；如帶負(fù)電荷，應(yīng)選擇陰離子交換劑；如被分離物為兩性離子，則一般應(yīng)根據(jù)其在穩(wěn)定ph范圍內(nèi)所帶電荷的性質(zhì)來(lái)選擇交換劑的種類(lèi)。
(2)強(qiáng)型離子交換劑適用的ph范圍很廣，所以常用它來(lái)制備去離子水和分離一些在極端ph溶液中解離且較穩(wěn)定的物質(zhì)。弱型離子交換劑適用的ph范圍狹窄，在ph為中性的溶液中交換容量高，用它分離生命大分子物質(zhì)時(shí)，其活性不易喪失。
(3)離子交換劑處于電中性時(shí)常帶有一定的反離子，使用時(shí)選擇何種離子交換劑，取決于交換劑對(duì)各種反離子的結(jié)合力。為了提高交換容量，一般應(yīng)選擇結(jié)合力較小的反離子。據(jù)此，強(qiáng)酸型和強(qiáng)堿型離子交換劑應(yīng)分別選擇h型和oh型；弱酸型和弱堿型交換劑應(yīng)分別選擇na型和c1型。
親水性離子交換劑中的基質(zhì)為一類(lèi)天然的或人工合成的化合物，與水親和性較大，常用的有纖維素、交聯(lián)葡聚糖及交聯(lián)瓊脂糖等。
① 纖維素離子交換劑 纖維素離子交換劑或稱離子交換纖維素，是以微晶纖維素為基質(zhì)，再引入電荷基團(tuán)構(gòu)成的。根據(jù)引入電荷基團(tuán)的性質(zhì)，也可分強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性及弱堿性離子交換劑。纖維素離子交換劑中，最為廣泛使用的是二乙胺基乙基(deae一)纖維素和羧甲基(cm一)纖維素。近年來(lái)pharmacia公司用微晶纖維素經(jīng)交聯(lián)作用，制成了類(lèi)似凝膠的珠狀弱堿性離子交換劑(deae—sephacel)，結(jié)構(gòu)與deae一纖維素相同，對(duì)蛋白質(zhì)、核酸、激素及其他生物聚合物都有同等的分辨率。目前常用的纖維素交換劑如表6–1所示。離子交換纖維素適用于分離大分子多價(jià)電解質(zhì)。它具有疏松的微結(jié)構(gòu)，對(duì)生物高分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)和核酸分子)有較大的穿透性；表面積大，因而有較大的吸附容量?；|(zhì)是親水性的，避免了疏水性反應(yīng)對(duì)蛋白質(zhì)分離的干擾；電荷密度較低，與蛋白質(zhì)分子結(jié)合不牢固，在溫和洗脫條件下即可達(dá)到分離的目的，不會(huì)引起蛋白質(zhì)的變性。但纖維素分子中只有一小部分羥基被取代，結(jié)合在其分子上的解離基團(tuán)數(shù)量不多，故交換容量小，僅為交換樹(shù)脂的1／10左右。
表6–1離子交換纖維素
交換劑
（簡(jiǎn)寫(xiě)） 類(lèi)型 功能基團(tuán) 交換容量
（毫克當(dāng)量 /g ） 時(shí)宜工作
ph
磷酸纖維素
（ p-c ） 中強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換劑 — po 3 2- 0.7~7.4 ph<4
磺酸乙級(jí)纖維素 （ se-c ） 強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換劑 — (ch 2 ) 2 so 3 - 0.2~0.3 極低
羥甲基纖維素（ cm-c ） 弱酸型陽(yáng)離子交換劑 — ch 2 coo - 0.5~1.0 ph>4
三乙基氨基乙基纖維素（ teae-c ） 強(qiáng)堿型陰離子交換劑 — (ch 2 ) 2 n + (c 2 h 5 ) 3 0.5~1.0 ph>8.6
二乙氨基乙基纖維素（ deae-c ） 弱堿型陰離子交換劑 — (ch 2 ) 2 n + h (c 2 h 5 ) 2 0.1~1.0 ph<8.6
氨基乙基纖維素（ ae-c ） 中等堿型陰離子交換劑 — (ch 2 ) 2 n + h 2 0.3~1.0
ecteda 纖維素（ ecte-c ） 中等堿型陰離子交換劑 — (ch 2 ) 2 n + (c 2 h 4 oh) 3 0.3~0.5
②交聯(lián)葡聚糖離子交換劑 交聯(lián)葡聚糖離子交換劑是以交聯(lián)葡聚糖g–25和g–50為基質(zhì)，通過(guò)化學(xué)方法引入電荷基團(tuán)而制成的。其中交換劑g–50型適用于相對(duì)分子質(zhì)量為 3x104～3x106的物質(zhì)的分離，交換劑g–25型能交換相對(duì)分子質(zhì)量較小(1x103～5x103)的蛋白質(zhì)。交聯(lián)葡聚糖離子交換劑的性質(zhì)與葡聚糖凝膠很相似，在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中不穩(wěn)定，在ph＝7時(shí)可耐120℃的高熱。它既有離子交換作用，又有分子篩性質(zhì)，可根據(jù)分子大小對(duì)生物高分子物質(zhì)進(jìn)行分級(jí)分離，但不適用于分級(jí)分離相對(duì)分子質(zhì)量大于2×105的蛋白質(zhì)。
③瓊脂糖離子交換劑 主要以交聯(lián)瓊脂糖cl–6b (sepharose cl–6b)為基質(zhì)，引入電荷基團(tuán)而構(gòu)成。這種離子交換凝膠對(duì)ph及溫度的變化均較穩(wěn)定，可在ph3～10和0～70℃范圍內(nèi)使用，改變離子強(qiáng)度或ph 時(shí)，床體積變化不大。例如，deae–sepharose cl–6b為陰離子交換劑；cm–sepharose cl–6b為陽(yáng)離子交換劑。它們的外形呈珠狀，網(wǎng)孔大，特別適用于相對(duì)分子質(zhì)量大的蛋白質(zhì)和核酸等化合物的分離，即使加快流速，也不影響分辨率。
2．離子交換劑的應(yīng)用選擇
應(yīng)用離子交換層析技術(shù)分離物質(zhì)時(shí)，選擇理想的離子交換劑是提高得率和分辨率的重要環(huán)節(jié)。任何一種離子交換劑都不可能適用于所有的樣品物質(zhì)的分離，因此必須根據(jù)各類(lèi)離子交換劑的性質(zhì)以及待分離物質(zhì)的理化性質(zhì)，選擇一種最理想的離子交換劑進(jìn)行層析分離。選擇離子交換劑的一般原則如下：
(1)選擇陰離子抑或陽(yáng)離子交換劑，決定于被分離物質(zhì)所帶的電荷性質(zhì)。如果被分離物質(zhì)帶正電荷，應(yīng)選擇陽(yáng)離子交換劑；如帶負(fù)電荷，應(yīng)選擇陰離子交換劑；如被分離物為兩性離子，則一般應(yīng)根據(jù)其在穩(wěn)定ph范圍內(nèi)所帶電荷的性質(zhì)來(lái)選擇交換劑的種類(lèi)。
(2)強(qiáng)型離子交換劑適用的ph范圍很廣，所以常用它來(lái)制備去離子水和分離一些在極端ph溶液中解離且較穩(wěn)定的物質(zhì)。弱型離子交換劑適用的ph范圍狹窄，在ph為中性的溶液中交換容量高，用它分離生命大分子物質(zhì)時(shí)，其活性不易喪失。
(3)離子交換劑處于電中性時(shí)常帶有一定的反離子，使用時(shí)選擇何種離子交換劑，取決于交換劑對(duì)各種反離子的結(jié)合力。為了提高交換容量，一般應(yīng)選擇結(jié)合力較小的反離子。據(jù)此，強(qiáng)酸型和強(qiáng)堿型離子交換劑應(yīng)分別選擇h型和oh型；弱酸型和弱堿型交換劑應(yīng)分別選擇na型和c1型。