離子交換劑纖維素

① 比較離子交換纖維素和離子交換樹脂的優缺點

比較離子交換纖維素和離子交換樹脂的優缺點如下：
離子交換纖維素比離子交換樹脂的優越性在於它本身並不含有可能存在的某些雜質，人工合成的樹脂有可能存在單體和二聚體等，用離子交換樹脂分離酶和生物活性大分子，其上的雜質可能會造成酶和生物大分子失活。按照道理說離子交換纖維素的制備比離子交換樹脂復雜，但是明顯離子交換纖維素更能保證分離後得到產物的純度和效率。
離子交換樹脂：是一種不溶性的高分子化合物，具有特殊的網狀結構，溶劑和離子能夠自由出入。網狀結構的骨架上帶有能解離的功能團，可與溶液中的離子進行可逆的交換反應。此類樹脂的化學性能很穩定，可耐較高的溫度。
離子交換纖維素：即在纖維素分子結構上連接一定的離子交換基團，此類離子交換劑的交換基團排列稀疏，電荷密度低，對大分子的吸附不太牢固，並且由於是親水型結構，能在水中充分溶脹，故可在溫和條件下進行分離，而不致引起生化物質的變性。

② 離子交換纖維素有何特點為什麼人們常用它來分離純化酶及其他生物活性大分子物質

⑴具有開放性支持骨架，大分子可以自由進入和迅速擴散，故吸附容量大。⑵具有親水性，對大分子的吸附不大牢固，用溫和條件使可以洗脫，不致引起蛋白質變性或酶的失活。⑶多孔性，表面積大、交換容量大，回收率高，可用於分離和制備。

一、基本理論
離子交換劑通常是一種不溶性高分子化合物，如樹脂，纖維素，葡聚糖，醇脂糖等，它的分子中含有可解離的基團，這些基因在水溶液中能與溶液中的其它陽離子或陰離子起交換作用。雖然交換反應都是平衡反應，但在層析柱上進行時，由於連續添加新的交換溶液，平衡不斷按正方向進行，直至完全。因此可以把離子交換劑上的原子離子全部洗脫下來，同理，當一定量的溶液通過交換柱時，由於溶液中的離子不斷被交換而波度逐減少，因此也可以全部被交換並吸附在樹脂上。如果有兩種以上的成分被交換吸著在離子交換劑上，用洗脫液洗脫時，在被洗脫的能力則決定於各自洗反應的平衡常數。蛋白質的離子交換過程有兩個階段──吸附和解吸附。吸附在離子交換劑上的蛋白質可以通過改變pH使吸附的蛋白質失去電荷而達到解離但更多的是通過增加離子強度，使加入的離子與蛋白質競爭離子交換劑上的電荷位置，使吸附的蛋白質與離子交換劑解開。不同蛋白質與離子交換劑之間形成電鍵數目不同，即親和力大小有差異，因此只要選擇適當的洗脫條件便可將混合物中的組分逐個洗脫下來，達到分離純化的目的。

③ 離子交換纖維素色譜法的交換種類

離子交換劑分為兩大類，即陽離子交換劑和陰離子交換劑。各類交換劑根據其解離性大小，還可分為強、弱兩種，即 強酸劑陽離子交換劑 弱酸劑強鹼型陰離子交換劑弱鹼型。
1.陽離子交換劑
陽離子交換劑中的可解離基因是磺酸（-SO3H）、磷酸（-PO3H2）、羧酸（COOH）和酚羥基（-OH）等酸性基。
某些交換劑在交換時反應如下：
強酸性：R-SO3-H++Na+ R-SO3- Na+H+
弱酸性：R-COOH+Na+ R-COONa+H+
國產樹脂中強酸1×7（上海樹脂#732）和國外產品Dowex 50、Zerolit 225等都於強酸型離子交換劑。
2.陰離子交換劑
陰離子交換劑中的可解離基因是伯胺、（-NH2）、仲胺（-NHCH3）、叔胺[N-（CH3）2]和季胺[-N（CH3）2]等鹼性基團。某些交換反應如下：強鹼性：R-N+（CH3）2 H·OH-+Cl R-N+（CH3）2 Cl+OH-弱鹼性：R-N+（CH3）2 H·OH-+Cl R-N+（CH3）2 HCl+OH-強鹼性#201號國產樹脂和國外Dowex1、Dowex2、ZerolitFF等都屬於強鹼型陰離子交換劑。
3.纖維素離子交換劑
陽離子交換劑有羥甲基纖維素（CM-纖維素），陰離子交換劑有氯代三乙胺纖維紗（DESE-纖維素）。
4.交聯葡聚糖離子交換劑
是將交換基因連接到交聯葡聚糖上製成的一類交換劑，因而既具有離子交換作用，又具有分子篩效應，是一類廣泛應用的色譜分離物質。常用的Sephadex離子交換劑也有陰離子和陽離子交換劑兩類。陰離子交換劑有DEAE-Sephadex A-25，A-50和QAE- Sephadex A25，A50； 陽離子交換劑有CM-Sephaetx C-50，C-50和Sephadex C-25，C-50。陰離子交換劑用英文字頭A，陽離子交換劑的英文字頭是C。英文字後面的數字表示Sephadex型號。3.瓊脂糖離子離交換劑：是將DESE-或CM-基團附著在Sepharose CL-6B上形成，DEAE-Sephades（陰離子）和CM-Sepharose（陽離子），具有硬度大，性質穩定，凝膠後的流速好，分離能力強等優點。

④ 離子交換纖維素色譜法基本理論

離子交換纖維素色譜法是一種基於離子交換劑的層析技術。離子交換劑，如樹脂、纖維素、葡聚糖和醇脂糖等，其分子結構中含有可解離的基團，這些基團能在水溶液中與溶液中的其他陽離子或陰離子進行交換。盡管這種交換是平衡的，但在層析柱操作中，通過連續添加新的交換溶液，平衡偏向正向，直至所有離子被完全洗脫。同樣，當溶液通過交換柱時，離子被逐漸替換，直至吸附在樹脂上。

在混合物中，如果存在多種成分吸附在離子交換劑上，其洗脫能力取決於它們與離子交換劑的反應平衡常數。蛋白質的離子交換過程包括吸附和解吸附階段。通過調整pH值或增加離子強度，可以改變蛋白質的電荷狀態，使其與離子交換劑分離。不同蛋白質與離子交換劑的親和力不同，這使得通過選擇合適的洗脫條件，可以逐個分離純化混合物中的組分。

離子交換纖維素色譜法的優勢主要體現在以下幾個方面：首先，其開放性支持骨架允許大分子自由進入並快速擴散，因此吸附容量大。其次，由於其親水性，對大分子的吸附相對較弱，溫和的條件就能使吸附物洗脫，避免蛋白質變性或酶失活。最後，離子交換劑具有多孔性，表面積大，交換容量高，這提高了回收率，使其在分離和制備過程中表現出色。

Sober和Peterson於1956年首次將離子交換基團結合到纖維素上，製成了離子交換纖維素，成功地應用於蛋白質的分離。從此使生物大分子的分級分離方法取得了迅速的發展。離子交換基團不但可結合到纖維上，還可結合到交聯葡聚糖（S-ephadex）和瓊脂糖凝膠（Sepharose）上。近年來離子交換色譜技術已經廣泛應用於蛋白質、酶、核酸、肽、寡核苷酸、病毒、噬菌體和多糖的分離和純化。

⑤ 離子交換纖維素色譜法的基本理論

離子交換劑通常是來一源種不溶性高分子化合物，如樹脂，纖維素，葡聚糖，醇脂糖等，它的分子中含有可解離的基團，這些基因在水溶液中能與溶液中的其它陽離子或陰離子起交換作用。雖然交換反應都是平衡反應，但在層析柱上進行時，由於連續添加新的交換溶液，平衡不斷按正方向進行，直至完全。
因此可以把離子交換劑上的原子離子全部洗脫下來，同理，當一定量的溶液通過交換柱時，由於溶液中的離子不斷被交換而波度逐減少，因此也可以全部被交換並吸附在樹脂上。如果有兩種以上的成分被交換吸著在離子交換劑上，用洗脫液洗脫時，在被洗脫的能力則決定於各自洗反應的平衡常數。蛋白質的離子交換過程有兩個階段──吸附和解吸附。吸
附在離子交換劑上的蛋白質可以通過改變pH使吸附的蛋白質失去電荷而達到解離但更多的是通過增加離子強度，使加入的離子與蛋白質競爭離子交換劑上的電荷位置，使吸附的蛋白質與離子交換劑解開。不同蛋白質與離子交換劑之間形成電鍵數目不同，即親和力大小有差異，因此只要選擇適當的洗脫條件便可將混合物中的組分逐個洗脫下來，達到分離純化的目的。