Einführung in die Ionenaustauschchromatographie:
Die Ionenaustauschchromatographie ist eine Säulenchromatographie -Methode, die den Unterschied in der elektrostatischen Kraft zwischen den austauschbaren Ionen am Ionenaustauscher und den verschiedenen im Umgebungsmedium getrennten Ionen verwendet und den Zweck der Trennung durch das Austauschgleichgewicht erreicht. Die Ionenaustauschchromatographie hat die Vorteile von hoher Empfindlichkeit, Wiederholbarkeit, guter Selektivität und schneller Analysegeschwindigkeit und ist derzeit eine der am häufigsten verwendeten Chromatographiemethoden.
1848 haben Thompson et al. entdeckte das Phänomen des Ionenaustauschs im Prozess der Untersuchung des Austauschs alkalischer Substanzen im Boden. In den 1940er Jahren traten Polystyrol -Ionenaustauschharze mit stabilen Austauscheigenschaften auf. In den 1950er Jahren trat die Ionenaustauschchromatographie in die Biochemie ein und wurde auf die Analyse von Aminosäuren angewendet. Derzeit ist die Ionenaustauschchromatographie immer noch eine häufig verwendete Chromatographie -Methode im Bereich der Biochemie und wird häufig bei der Trennung und Reinigung verschiedener biochemischer Substanzen wie Aminosäuren, Proteinen, Zucker, Viren und Nukleotiden verwendet.
Der Ionenaustauschprozess:
Die Reaktion zwischen dem Ionenaustauscher und den Ionen oder Ionenverbindungen in der Lösung wird hauptsächlich durch den Ionenaustausch durchgeführt. Die durchgeführte Ionenaustauschreaktion ist reversibel. Unter der Annahme, dass RA den Kation -Austauscher darstellt, kann das in der Lösung dissoziierte Kation A+ eine reversible Austauschreaktion mit dem Kation B+ in der Lösung durchlaufen, und die Reaktionsformel lautet:
RA + B + → RB + A +
Die Reaktion erreicht das Gleichgewicht in extrem schneller Geschwindigkeit, und die Gleichgewichtsverschiebung folgt dem Gesetz der Massenwirkung.
Die Selektivität eines Ionenaustauschers kann durch die Gleichgewichtskonstante K seiner Reaktion ausgedrückt werden:
K ＝ [rb] [a+]/[ra] [b+]
✔if [a+] ist in der Reaktionslösung gleich [b+], dann k = [rb]/[ra].
✔if K> 1, dh [rb]> [ra], bedeutet, dass die Bindungskraft des Ionenaustauschers an B+ größer ist als die von A+;
✔if K = 1, dh [rb] = [ra], bedeutet, dass der Ionenaustauscher die gleiche Bindungskraft an A+ und B+ hat;
✔if k <1, dh [rb] <[ra], bedeutet, dass die Bindungskraft des Ionenaustauschers an B+ geringer ist als die von A+.
✔ Der K -Wert ist ein Parameter, der die Bindungskraft oder Selektivität des Ionenaustauschers an verschiedene Ionen widerspiegelt. Daher wird der K -Wert als Selektivitätskoeffizient des Ionenaustauschers für A+ und B+ bezeichnet.
Mechanismus des Ionenaustauschs:
A+ diffundiert von der Lösung zur Harzoberfläche.
A+ tritt von der Oberfläche des Harzes in das aktive Zentrum im Harz ein.
A+ unterzieht sich mit RB im aktiven Zentrum eine Metathese -Reaktion.
Das desorbierte Ion B+ diffundiert vom Innenraum des Harzes bis zur Oberfläche des Harzes.
B+ Ionen diffundieren von der Harzoberfläche in die Lösung.
Der Kontrollschritt des Wechselkurs ist die Diffusionsrate, die durch interne Diffusion oder externe Diffusion in verschiedenen Trennsystemen gesteuert werden kann.
Faktoren, die den Ionenaustauschprozess beeinflussen:
✔Partikelgröße: Je kleiner, desto schneller
✔ -Degre der Vernetzung: geringes Vernetzung, schnelle Austauschgeschwindigkeit
✔Temperatur: Je schneller, desto schneller hängt sie mit der Erhöhung des Diffusionskoeffizienten zusammen
✔ion Valenz: Je höher die Valenz, desto langsamer die Diffusionsrate
✔iongröße: Je kleiner desto schneller
✔ Rührgeschwindigkeit: Bis zu einem gewissen Grad ist das schneller
✔ -Lösungskonzentration: Wenn der Wechselkurs durch Diffusion gesteuert wird, desto größer ist die Konzentration, desto schneller der Wechselkurs
Prinzip des Ionenaustauschs:
Wenn ein Kationenaustauschharz ausgewählt wird, wird die positiv geladene Substanz mit H+ ausgetauscht und an das Harz gebunden. Wenn ein Anionenaustauschharz ausgewählt wird, kann die negativ geladene Substanz mit OH- und an das Harz gebunden werden.
Es gibt Unterschiede im Festigkeitsgrad der Kombination von Substanzen am Harz, und die Komponenten in der Mischung können nacheinander nacheinander eluiert werden, indem ein geeigneter Eluenten ausgewählt werden, um den Zweck der Trennung und Reinigung zu erreichen.
✔1. Gleichgewichtsstufe: Kombination aus Ionenaustauscher und Zählerion
✔2. Adsorptionsstufe: Proben- und Gegen -Ionenaustausch
✔3. Desorptionsstufe: Die Lösung für die Gradientenpufferlösung wäscht zuerst die schwach adsorbierten Substanzen ab und wäscht dann die stark adsorbierten Substanzen ab
✔4. Regenerationsphase: Waschen Sie vollständig mit der ursprünglichen Balance -Lösung, die wiederverwendet werden kann
Ionenaustauschchromatographieharze:
Die geladenen Gruppen von Kationenaustauschern werden negativ aufgeladen und die Zähler sind positiv aufgeladen, wodurch Austauschreaktionen mit Kationen oder positiv geladenen Verbindungen in Lösung durchgeführt werden können.
Gemäß der Stärke der geladenen Gruppe kann sie in drei Typen unterteilt werden, jeweils starker Säure-Typ (Gruppe mit Sulfonsäure, R-SO3H), mittelgroßer Säure-Typ (enthaltende Phosphorsäuregruppe oder Phosphorsäuregruppe, R-PO3H2, ) und schwacher Säure-Typ (mit Carboxylgruppe und Phenolbasis Harz, R-Cooh oder R-Benzol-Ring-OH).
Während des Austauschs dieser Austauscher werden die Wasserstoffionen durch Fremdkationen ersetzt, wie in der folgenden Formel gezeigt:
R－cooh ＋ na+＝ r－coona ＋＋ H+
Der Anion-Austauscher wird durch Einführung von Quaternäramin [-n (CH3) 3], tertiärem Amin [-n (CH3) 2], sekundärem Amin [-nhch3] und primärem Amin [-nh2] -Gruppen auf der Matrix gebildet.
Gemäß der unterschiedlichen Alkalinität der Amingruppen kann es in drei Typen unterteilt werden, die jeweils stark grundlegend (einschließlich quaternärer Aminogruppe), schwach grundlegend (einschließlich tertiärer und sekundärer Aminogruppe) und mittelschwerer Basic (sowohl starke Basisgruppen als auch enthaltende Basisgruppe enthält schwache Grundgruppe).
Wenn sie mit Ionen in Lösung austauschen, ist die Reaktionsformel die folgende:
Weitere Informationen zu den spezifischen Arten von Ionenaustauschchromatographie -Harzen finden Sie in unserem nächsten Artikel über Ionenaustauschchromatographie.
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