離子交換層析技術(shù)是以離子交換纖維素或以離子交換葡聚糖凝膠為固定相，以蛋白質(zhì)等樣品為移動(dòng)相，分離和提純蛋白質(zhì)、核酸、酶、激素和多糖等的一項(xiàng)技術(shù)。

（一）原理

在纖維素與葡聚糖分子上結(jié)合有一定的離子基團(tuán)，當(dāng)結(jié)合陽(yáng)離子基團(tuán)時(shí)，可換出陰離子，則稱為陰離子交換劑。如二乙氨乙基（Dicthylaminoethyl，DEAE）纖維素。

在纖維素上結(jié)合了DEAE，含有帶正電荷的陽(yáng)離子纖維素―O―C6H14 N+ H，它的反離子為陰離子（如Cl- 等），可與帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)陰離子進(jìn)行交換。當(dāng)結(jié)合陰離子基團(tuán)時(shí)，可置換陽(yáng)離子，稱為陽(yáng)離子交換劑，如羧甲基（Carboxymethy，CM）纖維素。纖維素分子上帶有負(fù)電荷的陰離子（纖維素－O－CH2 －COO－），其反離子為陽(yáng)離子（如Na+ 等）,可與帶正電荷蛋白質(zhì)陽(yáng)離子進(jìn)行交換。

溶液的pH值與蛋白質(zhì)等電點(diǎn)相同時(shí)，靜電荷為0，當(dāng)溶液pH值大于蛋白質(zhì)等電點(diǎn)時(shí)，則羧基游離，蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷。

反之，溶液的pH值小于蛋白質(zhì)等電點(diǎn)時(shí)，則氨基電離，蛋白質(zhì)帶正電荷。溶液的pH值距蛋白質(zhì)等電點(diǎn)越遠(yuǎn)，蛋白質(zhì)的電荷越多。反之則越少。血清蛋白質(zhì)均帶負(fù)電荷，但各種蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的程度有所差異，以白蛋白為最多，依次為 球蛋白，球蛋白和 球蛋白。

在適當(dāng)?shù)柠}濃度下，溶液的pH值高于等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)被陰離子交換劑所吸附；當(dāng)溶液的pH值低于等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)被陽(yáng)離子交換劑所吸附。由于各種蛋白質(zhì)所帶的電荷不同。它們與交換劑的結(jié)合程度也不同，只要溶液pH值發(fā)生改變，就會(huì)直接影響到蛋白質(zhì)與交換劑的吸附，從而可能把不同的蛋白質(zhì)逐個(gè)分離開(kāi)來(lái)。

交換劑對(duì)膠體離子（如蛋白質(zhì)）和無(wú)機(jī)鹽離子（如NaCl）都具有交換吸附的能力，當(dāng)兩者同時(shí)存在于一個(gè)層析過(guò)程中，則產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性的交換吸附。當(dāng)Cl-的濃度大時(shí)，蛋白質(zhì)不容易被吸附，吸附后也易于被洗脫，當(dāng)Cl- 濃度小時(shí)，蛋白質(zhì)易被吸附，吸附后也不容易被洗脫。

因此，在離子交換層析中，一般采用兩種方法達(dá)到分離蛋白質(zhì)的目的。一種是增加洗脫液的離子強(qiáng)度，一種是改變洗脫液的pH值。

pH值增高時(shí)，抑制蛋白質(zhì)陽(yáng)離子化，隨之對(duì)陽(yáng)離子交換劑的吸附力減弱。pH值降低時(shí)，抑制蛋白質(zhì)陰離子化，隨之降低了蛋白質(zhì)對(duì)陰離子交換劑的吸附。當(dāng)使用陰離子交換劑時(shí)，增加鹽離子，則降低pH值。當(dāng)使用陽(yáng)離子交換劑時(shí)，增加鹽離子濃度，則升高溶液pH值。

（二）常用離子交換劑的種類與特性

1.離子交換纖維素 離子交換纖維素的種類很多，其種類與特性如表1－1所示。

表1-1 離子交換劑的類型與特點(diǎn)

在交換纖維素中，最常用的是DEAE―纖維素和CM纖維素。由于劑型不同，其理化性質(zhì)和作用也有所差異。一般而言，微粒型要優(yōu)于纖維素型，因?yàn)槲⒘Ｐ褪窃诶w維素型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提煉而成。它的交換容量大，粒細(xì)、比重大，能裝成緊密的層析柱，要求分辨力高的實(shí)驗(yàn)可用此型纖維素（見(jiàn)表1－2）。

表1-2 商品DEAE―纖維素和C M纖維素的類型和特性