阴阳离子交换层析纯化水实验

『壹』 离子交换层析法原理是什么

离子交换层析法 （ion exchange chromatography，简称IEC）是从复杂的混合物中，分离性质相似大分子的方法之一，依据的原理是物质的酸碱性、极性，也就是所带阴阳离子的不同。电荷不同的物质，对管柱上的离子交换剂有不同的亲和力，改变冲洗液的离子强度和pH值，物质就能依次从层析柱中分离出来。
离子交换层析法大致分为5个步骤：
1. 离子扩散到树脂表面。
2. 离子通过树脂扩散到交换位置。
3. 在交换位置进行离子交换；被交换的分子所带电荷愈多，它与树脂的结合愈紧密，也就愈不容易被其它离子取代。
4. 被交换的离子扩散到树脂表面。
5. 冲洗液通过，被交换的离子扩散到外部溶液中。
离子交换树脂的交换反应是可逆的，遵循化学平衡的规律，定量的混合物通过管柱时，离子不断被交换，浓度逐渐降低，几乎全部都能被吸附在树脂上；在冲洗的过程中，由于连续添加新的交换溶液，所以会朝正反应方向移动，因而可以把树脂上的离子冲洗下来。
如果被纯化的物质是氨基酸类的分子，则分子上的净电荷取决于氨基酸的等电点和溶液的pH值，所以当溶液的pH 值较低，氨基酸分子带正电荷，它将结合到强酸性的阳离子交换树脂上；随着通过的缓冲液pH逐渐增加，氨基酸将逐渐失去正电荷，结合力减弱，最后被洗下来。由于不同的氨基酸等电点不同，这些氨基酸将依次被洗出，最先被洗出的是酸性氨基酸，如apartic acid和glutamic acid（在约pH3~4时），随后是中性氨基酸，如glycine和alanine。碱性氨基酸如arginine和lysine在pH值很高的缓冲液中仍带有正电荷，因此这些在约pH值高达10~11时才出现。

『贰』 离子交换层析的具体操作

对于离子交换纤维素要用流水洗去少量碎的不易沉淀的颗粒，以保证有较好的均匀度，对于已溶胀好的产品则不必经这一步骤。溶胀的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成为带H+或OH-的交换剂型。阴离子交换剂常用“碱-酸-碱”处理，使最终转为-OH-型或盐型交换剂；对于阳离子交换剂则用“酸-碱-酸”处理，使最终转为-H-型交换剂。
洗涤好的纤维素使用前必须平衡至所需的pH和离子强度。已平衡的交换剂在装柱前还要减压除气泡。为了避免颗粒大小不等的交换剂在自然沉降时分层，要适当加压装柱，同时使柱床压紧，减少死体积，有利于分辨率的提高。
柱子装好后再用起始缓冲液淋洗，直至达到充分平衡方可使用。 加样：
层析所用的样品应与起始缓冲液有相同的pH和离子强度，所选定的pH值应落在交换剂与被结合物有相反电荷的范围，同时要注意离子强度应低，可用透析、凝胶过滤或稀释法达此目的。样品中的不溶物应在透析后或凝胶过滤前，以离心法除去。为了达到满意的分离效果，上样量要适当，不要超过柱的负荷能力。柱的负荷能力可用交换容量来推算，通常上样量为交换剂交换总量的1%-5%。 已结合样品的离子交换前，可通过改变溶液的pH或改变离子强度的方法将结合物洗脱，也可同时改变pH与离子强度。为了使复杂的组份分离完全，往往需要逐步改变pH或离子强度，其中最简单的方法是阶段洗脱法，即分次将不同pH与离子强度的溶液加入，使不同成分逐步洗脱。由于这种洗脱pH与离子强度的变化大，使许多洗脱体积相近的成分同时洗脱，纯度较差，不适宜精细的分离。最好的洗脱方法是连续梯度洗脱，洗脱装置见图16-6.两个容器放于同一水平上，第一个容器盛有一定pH的缓冲液，第二个容器含有高盐浓度或不同pH的缓冲液，两容器连通，第一个容器与柱相连，当溶液由第一容器流入柱时，第二容器中的溶液就会自动来补充，经搅拌与第一容器的溶液相混合，这样流入柱中的缓冲液的洗脱能力即成梯度变化。第一容器中任何时间的浓度都可用下式进行计算：
C=C2-(C2-C1)(1-V)A2/A1
式中A1、A2分别代表两容器的截面积：C1、C2分别表示容器中溶液的浓度；V为流出体积对总体积之比。当A1=A2时为线性梯度，当A1>A2时为凹形梯度，A1>A2时为凸形梯度。
洗脱时应满足以下要求：
①洗脱液体积应足够大，一般要几十倍于床体积，从而使分离的各峰不至于太拥挤。
②梯度的上限要足够高，使紧密吸附的物质能被洗脱下来。
③梯度不要上升太快，要恰好使移动的区带在快到柱末端时达到解吸状态。目的物的过早解吸，会引起区带扩散；而目的物的过晚解吸会使峰形过宽。
洗脱馏份的分析按一定体积（5-10ml/管）收集的洗脱液可逐管进行测定，得到层析图谱。依实验目的的不同，可采用适宜的检测方法（生物活性测定、免疫学测定等）确定图谱中目的物的位置，并回收目的物。
离子交换剂的再生与保存离子交换剂可在柱上再生。如离子交换纤维素可用2mol/：NaCl淋洗柱，若有强吸附物则可用0.1mol/LNaOH洗柱；若有脂溶性物质则可用非离子型去污剂洗柱后再生，也可用乙醇洗涤，其顺序为：0.5mol/LNaOH-水-乙醇-水-20%NaOH-水。保存离子交换剂时要加防腐剂。对阴离子交换剂宜用0.002%氯已定（洗必泰），阳离子交换剂可用乙基硫柳汞（0.005%）。有些产品建议用0.02%叠氮钠。

『叁』 简述采用离子交换法制备纯化水的过程

离子交换法制备纯化水的过程分下列几种：
1、纯化水的制取的最早方法就是离子内交换,他起源于60年代容左右,一般采取阳离子交换树脂+阴离子交换树脂+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1）,这种方法需要浪费大量的酸和碱再生树脂现在被淘汰了.
2、电渗析（ED）+阳离子交换树脂+阴离子交换树脂+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1）,这是80年代制造纯化水的方法,原理就是通过电渗析预脱盐来减少树脂转型再生的酸碱使用量.
3、反渗透（RO）+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1）,这是90年代流行的制造纯化水的方法,反渗透与电渗析相比脱盐率更高,操作更简便.
总结：离子交换法来制备纯化水应该是老工艺了,他的优点就是出水水质好,投资较少.缺点就是由污染,运行费用高.由于树脂本身就是有机物化学合成,他的破碎率较难控制或者一般厂家难以设计高标准的工艺,在新版GMP对TOC要求越来越严格的情况下,慢慢被双级反渗透工艺所淘汰.

『肆』 如果一个蛋白质只是在PH6-6.5范围内稳定，请设计一个通过离子交换层析纯化该蛋白质的实验

你是不是说混淆了，到底是等电点在pH6-6.5？还是等电点未知，确在6-6.5稳定？
我就先按等电点来理解，回答你的问题。
如果对蛋白纯化的浓度要求不高，或者待纯化样品成分简单，杂蛋白少，就选一种离子交换层析，即阳离子离子交换层析（running buffer 设pH5.0比较合适）或阴离子交换层析（running buffer 设pH7.5比较合适）。
如果杂蛋白多，就用两步离子交换层析，即结合阴阳离子交换层析。一般建议先做阳离子交换层析（这样第一步可去掉核酸之类的）。不知你要多具体的步骤，先写个大致步骤吧：
1，阳离子交换层析：将你的样品置换到pH5.0的running buffer（一般醋酸钠buffer）。同时装住，平衡啥的，然后上样，平衡，洗脱（升pH或盐洗脱），收峰。这步就去掉等电点在6之下的大部分杂蛋白；
2，阴离子交换层析：将所收蛋白置换buffer至pH7.5的running buffer（PB），同时装住，平衡啥的，然后上样，平衡，洗脱（降pH或盐洗脱），收峰。去掉pH6.5之上的大部分杂蛋白。
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如果你确实所指在6-6.5稳定，那就看你蛋白的等电点在多少了，只好选一种离子交换层析，在6.5之上就试试pH6.0的running buffer做阳离子交换层析，在6.0之下，就试试pH6.5的running buffer做阴离子交换层析。
若有疑问，欢迎继续讨论，纯属手打，欢迎采纳，祝新年愉快！

『伍』 跪求，阴阳离子交换树脂净水操作过程说明

你说的是不是混床1）运行
水自上而下通过混合树脂，水中的阳阴离子同时被置换去除。运行时监测；A进水压力；B出水电导率。
进水压力由压力表监测，运行时随时注意压力表的变化，防止因压力过高而损坏设备．
出水电导率用电导仪监测，对水质要求较高的设备，电导仪应尽量用工业电导仪（例如CM230）在管道系统中直接测量，防止取样过程中因外部污染而影响测量准确性．运行时应随时监看电导仪，临近运行周期终点更应注意监看，一旦水质超标，即应停止运行，转入再生操作。水质指标根据工工艺要求确定。
2）分层
阳阴两种树脂需分别用盐酸和烧碱再生，故再生前要将混合的两种树脂彻底分离开来，树脂分层是混合离子交换器操作的最关键操作，它直接影响到树脂的再生效果和出水水质，应充分注意。
分层方法是让水从交换器底部进入，水自下而上冲洗树脂层，使树脂层松动膨胀。因阴阳两种树脂的比重不同，阳树脂较重，树脂层膨胀滚动时比重较大的阳树脂将不断沉积在交换器底部。比重较轻的阴树脂则浮在阳树脂层上面，这样分层结束时，两种树脂将出现明显的界面（可从视镜中观察到）。操作时应缓慢加大反洗水量，使树脂充分膨胀，并保持10分钟左右，再缓慢减小水量，如果一次操未能取得明显的公层效果，可反复进行几次，直至树脂分层出现较明显界面。如果树脂未完全失效树脂出现抱团现象，也可先向交换柱内吸入碱溶液，强制树脂失效，再进行分层操作，可以取得良好的效果。
3）阴树脂再生
阴树脂再生液（4-6%NaOH）自上而下通过树脂层，使饱和的树脂再生为新生树脂，再生废液从中排排出，NaOH用量按一般经验为80~100克/升树脂（100%NaOH）。进碱液时控制流速不要太快，一般应从25-40分钟左右用完所需的再生剂为宜，再生时还应控制再生废液排放的速度不要太快，一般应维持再生液液面略高于阴树脂为好。避免部份树脂始终未被再生液浸泡。进碱前应先将柱内积水排至树脂层面以上50-100毫米处，避免不必要的再稀释。
4）清洗阴树脂
阴树脂再生完毕，自上而下用清水冲洗树脂，把残留的再生剂清洗干净。清洗一次一般需进行45分钟之后开始测量清洗排水的碱度直到碱度值不再下降，基本保持恒定时，即可停止清洗，进行下一操作。一般控制进水PH值在8-9左右。
5）再生阳树脂
盐酸再生液（4-6%）由下部向上流过阳树脂层，并经中间排水口排出。盐酸用量按一般经验为60-80克/升树脂（HCL），进再生液时同样要控制流速不要过快，一般以25-40分钟左右用完所需再生剂为宜。再生废液应排放及时，决不能使液位上升到阴树脂层范围内，否则会使阴树脂污染。为减少这种可能性，在进行阳树脂再生过程中，阴树脂清洗水可以同时打开，以利用上部的清水压住下部酸液进入阳树脂层内。
6）清洗阳树脂
进完再生液后，继续自上而下用清水冲洗树脂，将残留的再生剂清洗干净。清洗约30分钟之后，测量排水阀出水的酸度，直到酸度值不再下降，基本保持恒定时，即可认为清洗完成，一般控制进水PH值在5-5.5左右。
7）混合
再生好的两种树脂要重新混合均匀经后才能使用。混合的方法是开启进水阀，把塔内水位放至比树脂（阴树脂）要高出20-30厘米处，后打开顶部排气阀使压缩空气自下而上搅动树脂层，树脂即会混合均匀。一般压缩空气时间为4-6分钟，即可取得满意的混合效果，压缩空气压力应保持在0.1-0.15Mpa范围内，压力过低会影响混合效果，过高则影响设备及管道的安全。
混合结束时，用尽快的速度排水，使树脂迅速下沉，防止树脂再移层，排水至水面与树脂平面齐即可。
混合树脂前，必须先打开排气阀，才可以缓慢向设备加气进行混合，混合时要注意，设备 压力表的压力，发现异常要立刻停止，处理好后，才可以开始运行。
8）正洗
混合的树脂再进行正洗，进一步去除树脂层中残留的废掖．正洗流量可以接近运行流量，正洗时一般出水电导率会迅速下降，当出水电导率低于规定值时，即可停止正洗，重新投入运行．
正洗前应先打开排气阀排气，直到排气管排出的水不带有空气，再打开正洗排水阀，关闭排气阀．

『陆』 离子交换怎么试验

离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和废水中的离子进行交换反应而除去废水中有害离子的方法。离子交换是一种特殊吸附过程，通常是可逆性化学吸附；其特点是吸附水中离子化物质，并进行等电荷的离子交换。
离子交换剂分无机的离子交换剂如天然沸石，人工合成沸石，及有机的离子交换剂如磺化煤和各种离子交换树脂。
在应用离子交换法进行水处理时，需要根据离子交换树脂的性能设计离子交换设备，决定交换设备的运行周期和再生处理。通过本实验希望达到下述目的：
1) 加深对离子交换基本理论的理解；学会离子交换树脂的鉴别；
2) 学会离子交换设备操作方法；
3) 学会使用手持式盐度计，掌握pH计、电导率仪的校正及测量方法。
二、实验内容和原理
由于离子交换树脂具有交换基因，其中的可游离交换离子能与水中的同性离子进行等当量交换。 用酸性阳离子交换树脂除去水中阳离子，反应式如下：
nRH + M+n → RnM + nH+
M——阳离子 n——离子价数
R——交换树脂
用碱性阴离子交换树脂除去水中的阴离子，反应式如下：
nROH + Y−n → RnY + nOH-
Y——阴离子
离子交换法是固体吸附的一种特殊形式，因此也可以用解吸法来解吸，进行树脂再生。
本实验采用自来水为进水，进行离子交换处理。因为自来水中含有较多量的阴、阳离
子，如Cl¯， NH4+，Ca，Mg，Fe，Al，K，Na等。在某些工农业生产、科研、医疗卫生等工作中所用的水，以及某些废水深度处理过程中，都需要除去水中的这些离子。而采用离子交换树脂来达到目的是可行的方法。

『柒』 离子交换法制备纯水的实验中阴阳离子交换树脂为什么在交换前要分别用酸碱处理，并洗至中性

这个设备中，存在阳离子树脂+惰性树脂+阴离子树脂

阴阳离子树脂在出厂时是处在失效状态，因此要先用酸碱分别将两种树脂激活才能正常使用

『捌』 离子交换法制备纯水

1.半透膜的选择透过性
2.防止气泡依附在交换树脂上影响离子的交换
3.清理交换树脂上有可能堵塞离子通过的杂质，洗至中性保证饮用的安全

『玖』 离子交换法制纯水实验的结论

这个设备中，存在阳离子树脂+惰性树脂+阴离子树脂阴阳离子树脂在出厂时是处在失效状态，因此要先用酸碱分别将两种树脂激活才能正常使用

『拾』 利用阴阳离子交换树脂进行水的软化

如果方便的话，建议你去查阅《给水排水设计手册》第六册《工业给水处理》，里面有关于离子交换和反深透的详细解释，网上也有电子版可以下到的。其实问题还是比较复杂的，根据原水的水质情况不同，采用的工艺流程也不同。今天刚看，还有点印象。
离子交换树脂可以用于硬水软化、除碱度、除盐（这里的盐指的是除去水中的离子，降低电导率）。如果用于硬水软化，则只要使用阳离子（RNa或RH）交换树脂即可，根据进出水质要求，采用单级钠离子或二级钠离子或氢离子交换树脂，对于压力要求不高，正常压力0.2～0.3MPa左右就行了。如果用于海水淡化，也可以采用阴阳离子混合床或者阴阳离子串连床的离子交换树脂，但是比较浪费，因为要再生交换树脂耗费NaOH和HCl的，还要排污，其实海水淡化直接用反深透就好了，这也是通常的做法，反深透是利用较高的反深透压来维持淡化的，一般要好几MPa的压力甚至几十MPa才行，一般是用卷材的反深透膜，内管套外管。温度要求不高，因为没有生化反应，一般在25～35度都是可以的。反深透的滤速主要取决于压力和出流量，离子交换一般在几厘米每秒的样子。
工艺流程没有一定，但是都分为几个固定的处理单元，每个处理单元可以多种组合，有的单元也是可以根据情况删减的：
引水到水池——化学混凝——沉淀——多种过滤——加压泵——主要处理环节（离子交换树脂或反深透装置）——可附加的深度处理环节——储水箱——加压出水。
每个环节都有多种组合方式，甚至可以多次循环处理环节。