離子交換層析(IonExchangeChromatography,IEC)(2)

(2)離子交換劑的電荷基團
根據與基質共價結合的電荷基團的性質，可以將離子交換劑分為陽離子交換劑和陰離子交換劑。陽離子交換劑的電荷基團帶負電，可以交換陽離子物質。根據電荷基團的解離度不同，又可以分為強酸型、中等酸型和弱酸型三類。它們的區別在于它們電荷基團完全解離的pH 范圍，強酸型離子交換劑在較大的pH 范圍內電荷基團完全解離，而弱酸型完全解離的pH 范圍則較小，如羧甲基在pH小于6時就失去了交換能力。一般結合磺酸基團(-SO3H)，如磺酸甲基(簡寫為SM)、磺酸乙基(SE)等為強酸型離子交換劑，結合磷酸基團(-PO3H2)和亞磷酸基團(-PO2H)為中等酸型離子交換劑，結合酚羥基(-OH)或羧基(-COOH)，如羧甲基(CM)為弱酸型離子交換劑。一般來講強酸型離子交換劑對 H 離子的結合力比Na+離子小，弱酸型離子交換劑對H 離子的結合力比Na+離子大。
陰離子交換劑的電荷基團帶正電，可以交換陰離子物質。同樣根據電荷基團的解離度不同，可以分為強堿型、中等堿型和弱堿型三類。一般結合季胺基團(-N(CH3)3)，如季胺乙基(QAE)為強堿型離子交換劑，結合叔胺(-N(CH3)2)、仲胺(-NHCH3)、伯胺(-NH2)等為中等或弱堿型離子交換劑，如結合二乙基氨基乙基(DEAE)為弱堿型離子交換劑。一般來講強堿型離子交換劑對 OH-離子的結合力比Cl-離子小，弱酸型離子交換劑對OH-離子的結合力比Cl-離子大。
(3)交換容量
交換容量是指離子交換劑能提供交換離子的量，它反映離子交換劑與溶液中離子進行交換的能力。通常所說的離子交換劑的交換容量是指離子交換劑所能提供交換離子的總量，又稱為總交換容量，它只和離子交換劑本身的性質有關。在實際實驗中關心的是層析柱與樣品中各個待分離組分進行交換時的交換容量，它不僅與所用的離子交換劑有關，還與實驗條件有很大的關系，一般又稱為有效交換容量。后面提到的交換容量如未經說明都是指有效交換容量。
影響交換容量的因素很多，主要可以分為兩個方面，一方面是離子交換劑顆粒大小、顆粒內孔隙大小以及所分離的樣品組分的大小等的影響。這些因素主要影響離子交換劑中能與樣品組分進行作用的有效表面積。樣品組分與離子交換劑作用的表面積越大當然交換容量越高。一般離子交換劑的孔隙應盡量能夠讓樣品組分進入，這樣樣品組分與離子交換劑作用面積大。分離小分子樣品，可以選擇較小孔隙的交換劑，因為小分子可以自由的進入孔隙，而小孔隙離子交換劑的表面積大于大孔隙的離子交換劑。對于較大分子樣品，可以選擇小顆粒交換劑，因為對于很大的分子，一般不能進入孔隙內部，
交換只限于顆粒表面，而小顆粒的離子交換劑表面積大。
另一些影響因素如實驗中的離子強度、pH 值等主要影響樣品中組分和離子交換劑的帶電性質。一般pH 對弱酸和弱堿型離子交換劑影響較大，如對于弱酸型離子交換劑在pH 較高時，電荷基團充分解離，交換容量大，而在較低的pH 時，電荷基團不易解離，交換容量小。同時pH 也影響樣品組分的帶電性。尤其對于蛋白質等兩性物質，在離子交換層析中要選擇合適的pH 以使樣品組分能充分
的與離子交換劑交換、結合。一般來說，離子強度增大，交換容量下降。實驗中增大離子強度進行洗
脫，就是要降低交換容量以將結合在離子交換劑上的樣品組分洗脫下來。離子交換劑的總交換容量通常以每毫克或每毫升交換劑含有可解離基團的毫克當量數(meq/mg或meq /mL)來表示。通常可以由滴定法測定。陽離子交換劑首先用HCl 處理，使其平衡離子為H+。再用水洗至中性，對于強酸型離子交換劑，用NaCl 充分置換出H+，再用標準濃度的NaOH 滴定生成的HCl，就可以計算出離子交換劑的交換容量；對于弱酸型離子交換劑，用一定量的堿將H+充分置換出來，再用酸滴定，計算出離子交換劑消耗的堿量，就可以算出交換容量。陰離子交換劑的交換容量也可以用類似的方法測定。
對于一些常用于蛋白質分離的離子交換劑也通常用每毫克或每毫升交換劑能夠吸附某種蛋白質的量來表示，一般這種表示方法對于分離蛋白質等生物大分子具有更大的參考價值。實驗前可以參閱相應的產品介紹了解各種離子交換劑的交換容量。
離子交換劑的選擇、處理和保存
(1)離子交換劑的選擇
離子交換劑的種類很多，離子交換層析要取得較好的效果首先要選擇合適的離子交換劑。
首先是對離子交換劑電荷基團的選擇，確定是選擇陽離子交換劑還是選擇陰離子交換劑。這要取決于被分離的物質在其穩定的pH 下所帶的電荷，如果帶正電，則選擇陽離子交換劑；如帶負電，則選擇陰離子交換劑。例如待分離的蛋白等電點為4，穩定的pH 范圍為6－9，由于這時蛋白帶負電，故應選擇陰離子交換劑進行分離。強酸或強堿型離子交換劑適用的pH 范圍廣，常用于分離一些小分子物質或在極端pH 下的分離。由于弱酸型或弱堿型離子交換劑不易使蛋白質失活，故一般分離蛋白質等大分子物質常用弱酸型或弱堿型離子交換劑。