本文全面介绍了离子交换层析的各种术语概念,以及全面分析离子交换层析的应用

离子交换层析法

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概述

离子交换长期用于水的处理和金属的回收。 在生物工业中，经典的离子交换剂，即离子交换 树脂，广泛用于提取抗生素、氨基酸、有机酸等 小分子物质，特别是抗生素工业。 由于离子交换法具有成本低、设备简单、操 作简便，以及不用和少用有机溶剂等特点，已成 为提取抗生素的有效方法之一。 但是，离子交换法也有其缺点。如生产周期 长，成品质量有时较差，在生产过程中，PH变化 较大故不适用于稳定性较差的抗生素，以及不一 定能找到合适的树脂等。

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第一章 1 基本概念 1.1 离子交换树脂 离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶 剂的高分子化合物，它的化学稳定性良好，具有 离子交换能力。 其巨大的分子可以分为两部分：一部分是不 能移动的、多价的高分子集团，构成树脂的骨架， 使树脂具有上述的溶解性和稳定性；另一部分是 可以移动的离子，称为活性离子(活性集团), 它在树脂骨架中进进出出 ，就发生离子交换现 象。

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离子交换树脂的结构

带有活性基团的网状高分子聚合物

酚醛树脂 骨架 聚乙烯树脂

OH + CH2OCH=CH2 + CH=CH2 CH=CH2

交联剂

活性基团酸性基团 —SO3H —COOH 碱性基团 特殊基团

—N+R3 —NR2

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树脂的网络骨架

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离子交换树脂三维空间立体结构

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1.2 离子交换树脂的分类

1.2.1 强酸性阳离子交换树脂一般以磺酸基— SO3H作为活性基团，由于是强酸性基团，其电 离程度不随外界溶液的PH大小而变化，所以使用时的PH一般没有限制。 通式用R表示熟知的骨架。 此外还以磷酸基—PO(OH)2和次磷酸基—PHO(OH)作为活性基团 的树脂具有中等强度的酸性

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聚苯乙烯型磺酸基阳 离子交换树脂 图中以波形线条代表树 脂的骨架，活性基团 磺酸基(—SO3-),活性

离子H+。

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特点：

强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂

淡黄色球状颗粒；化学稳定性好，耐磨性好； 在酸性、碱性和中性介质中都可使用； 交换反应速度快； 无机、有机阳离子均可交换。

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1.2.2 弱酸性阳离子交换树脂

功能团可以为羧基—COOH,酚羟基—OH 等。这种树脂的电离程度小，其交换性能 和溶液的PH有很大关系。在酸性溶液中， 这类树脂几乎不发生交换反应，交换能力 随溶液的PH增加而提高。对于羧基树脂， 应该在PH>7的溶液中操作，而对于酚羟基 树脂，溶液的PH>9。

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1.2.3 强碱性阴离子交换树脂有两种强碱性阴离子交换树脂。一种是三甲氨基称为强碱Ⅰ型，另一种 含二甲基-β-羟基-乙基胺基团，称为强碱Ⅱ型 CH3 C2H4OH N CH3 N CH3 CH3 CH3 Ⅰ型的碱性比Ⅱ型强，但再生比较苦难， Ⅱ型的稳定性比较

差。和强 酸一样，强碱性树脂使用的PH没有限制。

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1.2.4 弱碱性阴离子交换树脂

功能团可以是伯氨基—NH2,仲氨基 NH等。和弱酸树脂一样，其交换 能力随PH变化而变化，PH越低其交换能力越大。

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弱碱性阴离子交换树脂具有弱碱性的活泼基团：-CH2NH3+Cl -CH2NH2(CH3)+Cl -CH2NH(CH3)2+Cl-

此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。 用Na2CO3、 NH4OH等进行

再生。

大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂

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离子交换树脂的分类阳离子交换树脂 强酸型

依据活性基团的种类—SO3H 使用 pH 范围 pH > 2 pH > 7 pH >10

交换基为酸性， H+与阳离子交换 阴离子交换树脂交换基为碱性， 阴离子发生交换

弱酸型

—COOH —OH —N+(CH3)3Cl—N+H3 OH—N+H2R OH—N+HR2 OH-

强碱型弱碱型

pH <12pH < 4

螯合树脂

含有特殊螯合基团的树脂

两性交换树脂

电子交换树脂，含有氧化还原功能基团

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离子交换树脂的骨架(载体)

--活性功能团的支持介质1、苯乙烯型树脂：

由苯乙烯(单体)和二乙烯苯(交联剂)的共聚物为骨架，再引入所需的酸性基或碱性基。如：聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂

再引入磺化-----强酸树脂

或氯甲基化后引入季胺基-----强碱树脂

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