离子交换柱为什么不能有气泡

A. 求问怎么用离子交换树脂层析分离混合氨基酸

离子交换树脂作为一种合成高聚物，不溶于水，能吸水膨胀。高聚物分子由能电离的极性基团及非极性的树脂组成。极性基团上的离子能与溶液中的离子起交换作用，而非极性的树脂本身物性不变。通常离子交换树脂根据所带基团可分为强酸（＝R＝SO3H）、弱（＝COOH）、强碱（＝N+＝R：）和弱碱（＝NH2＝NHR＝NR2）。离子交换树脂适用于分离小分子物质，如氨基酸、腺苷、腺苷酸等。然而，对于生物大分子如蛋白质，则不太适宜，因为它们不能扩散到树脂的链状结构中。因此，如果需要分离生物大分子，可以选择多糖聚合物如纤维素、葡聚糖为载体的离子交换剂。

本次实验利用磺酸阳离子交换树脂（Dowex 50）分离混合氨基酸，包括酸性氨基酸（天冬氨酸）、中性氨基酸（丙氨酸）和碱性氨基酸（赖氨酸）。在特定的pH条件下，这些氨基酸解离程度不同，通过调整脱液pH或离子强度可以实现分离。实验中所用到的材料包括层析柱、恒流泵、梯度混合器、试管及试管架、紫外分光光度计、2mol/L HCl、2mol/L NaOH、0.1mol/L HCl、0.1mol/L NaOH、pH4.2的柠檬酸缓冲液、pH5的醋酸缓冲液、0.2％中性茚三酮溶液以及氨基酸混合液。

树脂处理步骤为：首先将树脂置于100ml烧杯中，加入25ml 12mol/L HCl搅拌2小时，倾弃酸液后用蒸馏水洗涤至中性。随后，再加入25ml 12mol/L NaOH搅拌2小时，倾弃碱液后用蒸馏水洗涤至中性。最后，将树脂悬浮于50ml pH4.2柠檬酸缓冲液中备用。

装柱步骤包括：取直径0.8cm～1.2cm、长度10cm～12cm的层析柱，底部垫玻璃棉或海绵圆垫，自顶部注入经处理的树脂悬浮液。关闭层柱出口，待树脂沉降后，放出过量溶液，再加入一些树脂，使树脂沉积至8cm～10cm高度即可。于柱子顶部继续加入pH4.2柠檬酸缓冲液洗涤，确保流出液pH为4.2，关闭柱子出口，保持液面高出树脂表面1cm左右。

加样、洗脱及洗脱液收集步骤为：打开山口使缓冲液流出，待液面几乎平齐树脂表面时关闭出口。用长滴管将15滴氨基酸混合液直接加到树脂顶部，打开出口使其缓慢流入柱内。当液面刚平树脂表面时，加入0.1mol/L HCl 3ml，以10滴/分钟～12滴/分钟的流速洗脱，收集洗脱液，每管20滴，逐管收存。当HCl液面刚平树脂表面时，用1ml pH4.2柠檬酸缓冲液冲洗柱壁一次，接着用2ml pH4.2柠檬酸缓冲液洗脱，保持流速10滴/分钟～12滴/分钟并注意勿使树脂表面干燥。

在收集洗脱液的过程中，逐管用茚三酮检验氨基酸的洗脱情况，方法是：于各管洗脱液中加10滴pH5醋酸缓冲液和10滴中性茚三酮溶液，沸水浴中煮10分钟，如溶液呈紫蓝色，表示已有氨基酸洗脱下来。显色的深度可代表洗脱的氨基酸浓度，可比色测。在用pH4.2柠檬酸缓冲液把第二个氨基酸洗脱出来之后，再收集两管茚三酮反应阴性部分，关闭层析柱出口，将树脂顶部剩余的pH4.2柠檬酸缓冲液移去。于树脂顶部加入2ml 0.1mol/L NaOH，打开出口使其缓慢流入柱内，按上面步骤续用0.1mol/L NaOH洗脱并逐管收集，注意保持流速10滴/分钟～12滴/分钟，每管20滴。做洗脱液中氨基酸检验，在第三个氨基酸用0.1mol/L NaOH洗脱下来以后，再继续收集两管茚三酮反应阴性部分。

最后，以洗脱液管号为横坐标，洗脱液各管光密度（以水作空白，在570nm波长读取吸光度）或颜色深浅（以-，±，+，++．．．表示）为纵坐标作图，即可画出一条洗脱曲线。

实验注意事项包括：保持流速10滴/分钟～12滴/分钟，并注意勿使树脂表面干燥。在装柱时必须防止气泡、分层及柱子液面在树脂表面以下等现象发生。

B. 阴阳离子交换树脂的阴阳离子交换树脂水力学特性

通过床层的压降通常受到树脂的分布、床层高度、离子交换柱的空间、进液的内流速、粘性(与温度有关容)等这几个因素的影响。
反洗时树脂床层将膨胀到50-75%之间，目的是除去进液带来的固体及交换柱中的空隙及气泡，重新分布树脂颗粒以得到最小的阻力。反洗时应逐步提高反洗流速，以免冲击树脂造成过载。床层展开率随流速上升而上升，随温度上升而下降，如图2所示。注意应防止过度展开以免树脂流出。

C. 以离子交换色谱法为例，简述湿法装柱的操作过程和注意事项

1.样品处理：对被分离样品有时要经过水解等化学处理，样品溶液一般要兼顾到浓度与粘度两方面。
+ B4 ^: J i3 _) \- T: R/ |" v2.离子交换柱的安装：层析柱内径必须粗细均匀，柱管大小可据实际需要选择。柱下端胶塞中插入一放液管，胶塞上盖以园形尼龙绸或发泡塑料片以防止交换树脂流出。
+ H/ ?0 X, d' E2 P8 h& S- U3.装柱：⑴装柱质量是确保柱层析分离效果的技术关键之一，越是高技术层析(如使用毛细管层析柱的高级层析设备)装柱的技术要求和难度越高，以至手工操作很难达到。⑵装柱的质量要求，无论是手工、机械、自动化装柱都是一样的，要求装入柱中的分离载体材料松紧适度，分布均匀，无气泡、无断层、无结节，能保持正常的溶胀形态和结构；⑶装入柱中树脂的高度与直径之比因分离对象和分离目的不同而相差很大，本教材推荐的肝素钠洗脱柱装柱高度是柱径的4～6倍。⑷操作次序，以手工装入溶胀的D254树脂（湿法装柱）为例，其操作程序可概括为：①查连接(柱与塞之间、上下塞与进出液管之间、梯度混合器与进液管之间、出液管与收集器之间等等的连接是否正确、紧密)，②试止漏（塞子、接头、活塞开关处在长时间满负荷下不泄漏），③加隔离缓冲垫（紧贴于柱子下端塞子的内平面），④加少许平衡液于空柱内，⑤赶气泡（缓冲垫内和出水管中的气泡），⑥开通放水开关，⑦与放水量保持相当的流速，向柱内匀速加完载体材料浆，⑧关闭放水开关，令树脂自然下沉，⑨用洗涤液和清水洗涤树脂，⑩最后用缓冲液过柱和平衡柱，使树脂结构平衡稳定，⑾在树脂表面盖上一片尼龙或泡膜塑料，并与柱子内壁保持严密接触，以防加样时树脂泛起。
( ?6 Y, g6 D5 S2 e- z% v b* m4.加样：缓缓打开柱子下端的放液开关,使柱内液面刚好降至树脂面时便立即将样品溶液小心地加到尼龙或泡膜塑料片上，待样品液面刚好进入树脂层内便立即加入少许平衡缓冲液,以清洗粘附在覆盖层中的样品，并随之进入树脂层。当柱内液位接近树脂表面时便立即添加洗涤液进行洗涤操作。$ o+ c9 M: n3 `% Q
5.洗涤：选用合适的洗涤液、恰当的总用量及洗涤流速，小心洗涤柱内树脂，以除去不被离交树脂吸附的杂质。: K0 s* j/ p; W4 d) o7 W6 _
6.洗脱：由洗脱曲线找出洗脱液的最佳浓度和适当的总量、操作压及流速进行洗脱。
5 m- U F# X! m' M. O# g! |7.监测：用敏感快速的方法（参见下文“测定”）监测分离成分是否洗脱出来以及洗脱峰的轴向分布
9 v2 C$ h- _- \: S8.收集：一旦发现待分离成分洗脱出来便可进行一步或分步收集，并可根据各成分洗脱峰的轴向分布和浓度监测，决定产品收集浓度区段，弃去的洗脱液可循环用于相同成分的洗脱。
1 v7 I2 v8 H, m8 y3 ] M; J8 m9.沉淀/离心：用沉淀剂可将分离组分沉淀或离心下来脱水干燥，沉淀剂回收再用。
" a3 @7 z0 a' t10.脱水干燥：加入适当脱水剂为如无水乙醇、丙酮或乙醚脱水后进一步干燥。5 _" H" J" X0 e% v" V
11.测定：对层析所得产品可称重或测定活性计算其得量和收率。. ^7 ]4 x, e- `1 p# y- z. d7 g9 m5 `
【注意事项】4 G; U! }* `$ X7 C" b: b0 f
1.应根据被分离物质的理化性质、分子大小、分子形状和分离的目的要求，选择分离效果好、交换容量大而机械强度较高的分离载体材料。市售的分离载体有明确的规格型号、理化性质、功能作用、活化再生和保养存放等技术参数资料可供用户选择。
* K7 Q, U. T% x8 y5 R2.应根据分离纯化的对象、规模选择层析柱的长短、粗细、柱高与内径之比，使达到最佳分离效果；此外，柱子材料的化学性质要稳定、透明，内径要均一、光滑，死腔要愈小愈好，要有利于紧固、连接、装柱与维护。
4 E& F! k7 Q. W3 [& s/ k( ?- P3.柱子安放要垂直、稳固，与之相连的各种线路、管道、设备、设施的布局和连接要紧奏，要方便操作、观察与维护。4 F5 w( v8 w+ c4 C
4.要求装入柱中的分离载体材料松紧适度，分布均匀，无气泡、无断层、无结节，能保持正常的溶胀形态和结构。5 F n1 O% }8 d z+ T0 L# t2 |3 C
5.保持柱内树脂层面平整、层序结构始终如一是确保柱层析分离效果的又一技术关键。为此，从装柱到洗脱结束的过程中，尤其是加样、洗涤、洗脱过程中要始终保持柱内液位不低于柱内树脂的顶部平面，尤其要始终保持柱内树脂的层序结构始终如一，不被打乱，特别要防止更换浓度不同的洗涤洗脱液时发生“翻缸”而搅乱树脂层结构，“压缸”而造成柱层断裂和梗塞断流。
7 z/ W" C+ E8 q: i& t g6.注意保持一定的操作压，这对确保层析柱流速和分离效果十分重要。因为流速不仅与洗脱液加在柱上的压力（因液面差造成）有关，也与装柱材料的粒度、交联度、机械强度有关。应针对具体情况建立一个操作压、流速和分离效果的最佳平衡点。
; N( j K7 n0 T" {9 [$ S6.显著标明各种洗涤、洗脱液的技术参数，严禁乱用和混用。) M) k" o* {2 g( F
7.制作洗脱曲线，确定洗脱液收集方案，设置洗脱监控点。2 N; I* F% \6 e9 I5 J% X1 V
8.注意剔除破损树脂，及时补足流失、破损的循环树脂量。
# S5 F F8 K3 V2 ]9 A1 E6 U+ o9.严格掌握新、旧树脂的活化、再生条件，及时再生旧树脂。$ h4 U9 m: L5 L7 g
树脂的再生：每次洗脱结束，用清水将树脂洗出柱体再用、再生，或用高浓度的NaCl溶液浸泡贮存。树脂经过一段使用后树脂上的活性基团因被交换而使交换容量大为降低，此时树脂需要再生处理。( z# |! T+ @) z" O
大处理（酸—碱—酸）：加入树脂2倍量的2mol HCL溶液搅拌3小时，自来水冲洗至中性；又用2mol NaOH溶液照酸处理方式处理；再用2mol HCL处理。
5 F% O1 U$ W2 r小处理（碱—酸）：浓度、方法同上。) o4 @' Y" x8 ]8 s2 {8 P6 i
连续用数次的树脂进行小处理，用十次后的树脂要进行大处理。
4 {, T2 J( F& L& C: a- C% E& g$ X9 v10．注意脱水干燥条件。$ M) H0 {1 @& q' Y9 j" t7 n1 x

D. 离子交换和凝胶层析装柱时,出现气泡,结节怎么处理

可以用适量的有机溶剂润洗一下层析柱，柱子体积较小的话就用玻璃棒搅匀排除一下气泡。

不管是干柱和湿柱，都要加层析液，不能要求一开始就没有气泡的。要用洗脱剂不停的洗脱，就是用配置好的试剂一边一边对柱子进行洗脱，这样不但可以消除气泡，还可以使硅胶充分沉降，让层析效果更好。等柱子没有气泡后在上样用洗脱液进行层析。

若柱中留有气泡或各部分松紧不匀（更不能有断层）时，会影响渗透速度和显色的均匀。去除就是用玻璃棒搅拌，赶走气泡。

(4)离子交换柱为什么不能有气泡扩展阅读：

水溶液中的一些阳离子进入反离子层，而原来在反离子层中的阳离子进入水溶液，这种发生在反离子层与正常浓度处水溶液之间的同性离子交换被称为离子交换作用。

离子交换主要发生在扩散层与正常水溶液之间，由于黏土颗粒表面通常带的是负电荷，故离子交换以阳离子交换为主，故又称为阳离子交换。离子交换严格服从当量定律，即进入反离子层的阳离子与被置换出反离子层的阳离子的当量相等。

E. 离子交换层析具体操作

离子交换层析操作详解

1. 预处理和装柱是离子交换层析的关键步骤。首先，对于离子交换纤维素，需要流水冲洗去除碎屑，以确保均匀度。若产品已溶胀，可跳过这步，但需确保其成为带H+或OH-的交换剂型。阴离子交换剂通常采用“碱-酸-碱”处理，转变成-OH-或盐型，阳离子交换剂则用“酸-碱-酸”处理，变为-H-型。装柱前，平衡至所需的pH和离子强度，并减压排除气泡。为了防止颗粒分层，装柱时需适当加压，确保柱床紧实，以提高分辨率。装好后，需用起始缓冲液淋洗，直至达到平衡状态方可使用。

2. 加样与洗脱阶段，样品应与起始缓冲液保持相同的pH和离子强度，选择的pH值应在交换剂与结合物相反电荷的范围内，同时离子强度要低，可通过透析、凝胶过滤或稀释来调整。不溶物需预先除去。合适的上样量是关键，一般不超过柱子的负荷能力，上样量通常为交换剂总量的1%-5%。洗脱样品时，可通过改变pH或离子强度，或采用阶段洗脱或连续梯度洗脱法，后者通过控制两个容器中缓冲液浓度的梯度变化来达到最佳分离效果。在洗脱过程中，需确保洗脱液体积充足，梯度上限足够高且上升速度适中，以防止目的物过早或过晚解吸。

3. 洗脱后的分析，以5-10毫升/管收集洗脱液，通过检测方法（如生物活性测定或免疫学测定）确定目的物位置，然后进行回收。对于离子交换剂的再生，如纤维素可用NaCl和NaOH溶液处理，脂溶性物质则需非离子型去污剂或乙醇清洗。保存时，需添加防腐剂，阴离子交换剂通常使用氯已定，阳离子交换剂则使用乙基硫柳汞，有些产品可添加叠氮钠。

离子交换层析操作需严格把控各个步骤，确保样品处理得当，洗脱过程有效，以实现理想的分离效果。

离子交换层析（Ion Exchange Chromatography简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。1

F. 我在做温度对树脂离子交换性能影响的实验时，发现温度高时树脂柱里有气泡出现

我们在处理糖液时 我发现当树脂层上泡沫较多时说明树脂快失效了
不太明白你说的，你温度升到多高啊，用的什么

G. 液相的柱压不稳定，总是上下波动且幅度很大，可以怎么解决

当液相柱压不稳定时可以进行以下操作：

1、检查是否脱气，压力不稳定很可能是管路中有气泡。

2、更换密封垫，泵密封垫损坏，会把空气带进泵内。

3、打开泵的排气阀，按purge健排气，或者以大流速（2ml/m）排气，流动相真空脱气或者超声脱气。

4、换下双泵,冲洗阀的过滤芯，将流动相混合均匀后,超声20min后,真接单泵分析就可。

5、检查是否是柱子久用引起的柱压不稳，用异丙醇：甲醇＝10:90冲，流速要调低。

(7)离子交换柱为什么不能有气泡扩展阅读

在选择色谱柱之前，先多了解自己的样品和杂质，他们的类型结构、极性、酸碱性、分子量大小等等。

1.样品是极性的且弱酸性的，就可以选择C18在100%酸性水溶液条件下检测，即要选择承受100%纯水且对极性化合物保留很好的色谱柱。

2. 如果样品极性太强，或酸性太强，可以选择CN，NH2，或硅胶柱，HILIC（亲水色谱），也有使用C18+强阴离子对试剂或强阴离子交换色谱柱。

（缺点是离子对试剂平衡时间长，对流动相pH要求比较精密，否则很难重复实验，另外离子对试剂很难洗下来，基本上用了离子对的色谱柱就不能再用于其它实验）。

3. 若样品是碱性的，可选择高纯硅胶柱（高纯硅胶缺少金属杂质，且硅胶端基封尾）或一些经过修饰的C18柱（如极性嵌入技术或碱去活技术等）。

他们都会减少碱性化合物的拖尾，一般会选择中性或偏碱的条件下做，因为这样可增加碱性样品的保留。

4.如果碱性化合物的极性太强，或碱性太强，可以选择宽pH的C18色谱柱在高pH值检测（优点是方法开发简单，缺点是目前实 现这一技术的色谱柱品牌比较少，价格也高）。

或者选用HILIC色谱柱（硅胶柱在反相条件下使用，这也是很经典的检测碱性样品的方法）选择强离子交换柱也有使用C18+强阴离子对试剂或强阴离子交换色谱柱。