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离子交换色谱法
阅读:628时间:2018-06-01 10:48:53

以离子交换树脂或化学键合离子交换剂为固定相,利用被分离组分离子交换能力的差别或选择性系数的差别而实现分离的色谱方法称为离子交换色谱法。按照可交换离子所带电荷符号的不同又可分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。

原理

  离子交换是利用一种不溶性高分子化合物,它的分子中具有解离性基团(交换基),在水溶液中能与溶液中的其他阳离子或阴离子起交换作用。此种交换反应都是可逆的,一般也都是遵循化学平衡的规律。虽然交换反应都是平衡反应,但在色谱柱上进行时,由于连续添加新的交换溶液,平衡不断按正反应方向进行,直至完全,因此可以把离子交换剂上的原有离子全部洗脱下来。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浓度逐渐减少,因此也可以全部被交换而吸着在交换剂上,根据这一原理可以用离子交换法直接从植物提取液中交换含游离离子基团的酸、碱及两性成分,使与糖类等无游离离子基团的中性物质分开,而被吸着的物质也可用另一洗脱液洗脱下来,这就是常用的离子交换法。
  如有两种以上的成分被吸着在离子交换剂上,用另一洗脱液洗脱时,它们的被洗脱能力取决于各物质洗脱反应的平衡常数,利用物质“吸附”及“解吸附”能力的不同进行分离即为离子交换色谱。
  目前。离子交换色谱法大部分采用合成离子交换剂。一种是单体在聚合前本身就含有交换基团,另一种是首先形成聚合物,然后引进交换基团。其中用途最广的是离子交换树脂。另外也有在纤维素或多聚糖上人工引入交换基团所成的离子交换剂。大多用于植物大分子蛋白质、核酸、酵素及多糖体的分离精制。

固定相和流动相

  离子交换色谱法的固定相为离子交换剂,常用的有离子交换树脂和化学键合离子交换剂。经典离子交换色谱法的固定相为离子交换树脂,其缺点是易于膨胀,传质较慢,柱效低。不耐高压。HPLC中的固定相是键合在薄壳型和多孔微粒硅胶上的离子交换剂,其机械强度高,不溶胀,耐高压,传质快,柱效高。
  离子交换色谱法的流动相是具有一定pH值和离子强度的缓冲溶剂,或含有少量有机溶剂,如乙醇、四氢呋喃、乙腈等,以提高色谱选择性。

应用

  离子交换色谱主要是用来分离离子或可离解的化合物。它不仅广泛地应用于无机离子的分离,而且广泛地应用于有机和生物物质,如氨基酸、核酸、蛋白质等的分离,在生物化学领域得到了广泛的应用。

影响保留行为的因素

  离子交换色谱法的保留行为和选择性与被分离的离子、离子交换剂以及流动相的性质等有关。离子交换剂对不同离子的交换选择性不同,一般来说,离子的价数越高,原子序数越大,水和离子半径约小,则该离子在离子交换剂上的选择性系数就越大。例如,强酸型阳离子交换树脂对阳离子的选择性系数顺序为:
  Fe3+〉Al2+〉Ba2+》Pb2+〉Sr2+〉Ca2+〉Ni2+〉Cd2+》Cu2+》Co2+》Mg2+》Zn2+》Mn2+〉Ag+〉Cs〉Rb+〉K+》NH4+〉Na+〉H+〉Li+。
  弱酸型阳离子交换树脂的基团(如一COOH)的离解受溶液中H+抑制,所以H+在该类树脂上的保留能力很强,甚至大于二价、三价阳离子。
  强碱型阴离子交换树脂对阴离子的选择性系数顺序为:柠檬酸根〉PO43-〉SO42-〉I-〉NO3-〉SCN-〉NO2-〉Cl-〉HCO3-〉CH3COO-〉OH-〉F-。
  离子的保留还受流动相的组成和pH值的影响:交换能力强、选择性系数大的离子组成的流动相具有强的洗脱能力。流动相的离子强度增大,其洗脱能力增强,使组分的保留值降低。强离子交换树脂的交换容量在很宽的范同内不随流动相的pH值变化。pH值的调节主要体现其对弱电解质离解的控制,溶质的离解受到抑制,其保留时间变短。因此,pH值的变化,对弱离子交换树脂的交换能力影响较大。

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