离子交换层析(IonExchangeChromatography,IEC)(2)

(2)离子交换剂的电荷基团
根据与基质共价结合的电荷基团的性质，可以将离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂。阳离子交换剂的电荷基团带负电，可以交换阳离子物质。根据电荷基团的解离度不同，又可以分为强酸型、中等酸型和弱酸型三类。它们的区别在于它们电荷基团完全解离的pH 范围，强酸型离子交换剂在较大的pH 范围内电荷基团完全解离，而弱酸型完全解离的pH 范围则较小，如羧甲基在pH小于6时就失去了交换能力。一般结合磺酸基团(-SO3H)，如磺酸甲基(简写为SM)、磺酸乙基(SE)等为强酸型离子交换剂，结合磷酸基团(-PO3H2)和亚磷酸基团(-PO2H)为中等酸型离子交换剂，结合酚羟基(-OH)或羧基(-COOH)，如羧甲基(CM)为弱酸型离子交换剂。一般来讲强酸型离子交换剂对 H 离子的结合力比Na+离子小，弱酸型离子交换剂对H 离子的结合力比Na+离子大。
阴离子交换剂的电荷基团带正电，可以交换阴离子物质。同样根据电荷基团的解离度不同，可以分为强碱型、中等碱型和弱碱型三类。一般结合季胺基团(-N(CH3)3)，如季胺乙基(QAE)为强碱型离子交换剂，结合叔胺(-N(CH3)2)、仲胺(-NHCH3)、伯胺(-NH2)等为中等或弱碱型离子交换剂，如结合二乙基氨基乙基(DEAE)为弱碱型离子交换剂。一般来讲强碱型离子交换剂对 OH-离子的结合力比Cl-离子小，弱酸型离子交换剂对OH-离子的结合力比Cl-离子大。
(3)交换容量
交换容量是指离子交换剂能提供交换离子的量，它反映离子交换剂与溶液中离子进行交换的能力。通常所说的离子交换剂的交换容量是指离子交换剂所能提供交换离子的总量，又称为总交换容量，它只和离子交换剂本身的性质有关。在实际实验中关心的是层析柱与样品中各个待分离组分进行交换时的交换容量，它不仅与所用的离子交换剂有关，还与实验条件有很大的关系，一般又称为有效交换容量。后面提到的交换容量如未经说明都是指有效交换容量。
影响交换容量的因素很多，主要可以分为两个方面，一方面是离子交换剂颗粒大小、颗粒内孔隙大小以及所分离的样品组分的大小等的影响。这些因素主要影响离子交换剂中能与样品组分进行作用的有效表面积。样品组分与离子交换剂作用的表面积越大当然交换容量越高。一般离子交换剂的孔隙应尽量能够让样品组分进入，这样样品组分与离子交换剂作用面积大。分离小分子样品，可以选择较小孔隙的交换剂，因为小分子可以自由的进入孔隙，而小孔隙离子交换剂的表面积大于大孔隙的离子交换剂。对于较大分子样品，可以选择小颗粒交换剂，因为对于很大的分子，一般不能进入孔隙内部，
交换只限于颗粒表面，而小颗粒的离子交换剂表面积大。
另一些影响因素如实验中的离子强度、pH 值等主要影响样品中组分和离子交换剂的带电性质。一般pH 对弱酸和弱碱型离子交换剂影响较大，如对于弱酸型离子交换剂在pH 较高时，电荷基团充分解离，交换容量大，而在较低的pH 时，电荷基团不易解离，交换容量小。同时pH 也影响样品组分的带电性。尤其对于蛋白质等两性物质，在离子交换层析中要选择合适的pH 以使样品组分能充分
的与离子交换剂交换、结合。一般来说，离子强度增大，交换容量下降。实验中增大离子强度进行洗
脱，就是要降低交换容量以将结合在离子交换剂上的样品组分洗脱下来。离子交换剂的总交换容量通常以每毫克或每毫升交换剂含有可解离基团的毫克当量数(meq/mg或meq /mL)来表示。通常可以由滴定法测定。阳离子交换剂首先用HCl 处理，使其平衡离子为H+。再用水洗至中性，对于强酸型离子交换剂，用NaCl 充分置换出H+，再用标准浓度的NaOH 滴定生成的HCl，就可以计算出离子交换剂的交换容量；对于弱酸型离子交换剂，用一定量的碱将H+充分置换出来，再用酸滴定，计算出离子交换剂消耗的碱量，就可以算出交换容量。阴离子交换剂的交换容量也可以用类似的方法测定。
对于一些常用于蛋白质分离的离子交换剂也通常用每毫克或每毫升交换剂能够吸附某种蛋白质的量来表示，一般这种表示方法对于分离蛋白质等生物大分子具有更大的参考价值。实验前可以参阅相应的产品介绍了解各种离子交换剂的交换容量。
离子交换剂的选择、处理和保存
(1)离子交换剂的选择
离子交换剂的种类很多，离子交换层析要取得较好的效果首先要选择合适的离子交换剂。
首先是对离子交换剂电荷基团的选择，确定是选择阳离子交换剂还是选择阴离子交换剂。这要取决于被分离的物质在其稳定的pH 下所带的电荷，如果带正电，则选择阳离子交换剂；如带负电，则选择阴离子交换剂。例如待分离的蛋白等电点为4，稳定的pH 范围为6－9，由于这时蛋白带负电，故应选择阴离子交换剂进行分离。强酸或强碱型离子交换剂适用的pH 范围广，常用于分离一些小分子物质或在极端pH 下的分离。由于弱酸型或弱碱型离子交换剂不易使蛋白质失活，故一般分离蛋白质等大分子物质常用弱酸型或弱碱型离子交换剂。