離子交換層析技術是以離子交換纖維素或以離子交換葡聚糖凝膠為固定相，以蛋白質等樣品為移動相，分離和提純蛋白質、核酸、酶、激素和多糖等的一項技術。
（一）原理
在纖維素與葡聚糖分子上結合有一定的離子基團，當結合陽離子基團時，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。在纖維素上結合了DEAE，含有帶正電荷的陽離子纖維素―O―C6H14
N+ H，它的反離子為陰離子（如Cl-
等），可與帶負電荷的蛋白質陰離子進行交換。當結合陰離子基團時，可置換陽離子，稱為陽離子交換劑，如羧甲基（Carboxymethy，CM）纖維素。纖維素分子上帶有負電荷的陰離子（纖維素－O－CH2
－COO－），其反離子為陽離子（如Na+ 等）,可與帶正電荷蛋白質陽離子進行交換。
溶液的pH值與蛋白質等電點相同時，靜電荷為0，當溶液pH值大于蛋白質等電點時，則羧基游離，蛋白質帶負電荷。反之，溶液的pH值小于蛋白質等電點時，則氨基電離，蛋白質帶正電荷。溶液的pH值距蛋白質等電點越遠，蛋白質的電荷越多。反之則越少。血清蛋白質均帶負電荷，但各種蛋白質帶負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。
在適當的鹽濃度下，溶液的pH值高于等電點時，蛋白質被陰離子交換劑所吸附；當溶液的pH值低于等電點時，蛋白質被陽離子交換劑所吸附。由于各種蛋白質所帶的電荷不同。它們與交換劑的結合程度也不同，只要溶液pH值發生改變，就會直接影響到蛋白質與交換劑的吸附，從而可能把不同的蛋白質逐個分離開來。
交換劑對膠體離子（如蛋白質）和無機鹽離子（如NaCl）都具有交換吸附的能力，當兩者同時存在于一個層析過程中，則產生競爭性的交換吸附。當Cl-的濃度大時，蛋白質不容易被吸附，吸附后也易于被洗脫，當Cl-
濃度小時，蛋白質易被吸附，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到分離蛋白質的目的。一種是增加洗脫液的離子強度，一種是改變洗脫液的pH值。pH值增高時，抑制蛋白質陽離子化，隨之對陽離子交換劑的吸附力減弱。pH值降低時，抑制蛋白質陰離子化，隨之降低了蛋白質對陰離子交換劑的吸附。當使用陰離子交換劑時，增加鹽離子，則降低pH值。當使用陽離子交換劑時，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
|
交換劑 |
名 稱（纖維素） |
作 用 基 團 |
特 點 |
|
陰離子 交換劑 |
二乙氨基乙基 |
DEAE+ -O-C2 H4 N+ (C2 H5 )2 H |
最常用在pH8.6以下 |
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三乙氨基乙基 |
DEAE+ -O-C2 H4 N+ (C2 H5 )2 H |
||
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氨乙基 |
AE+ -O-C2 H4 -N H2 |
||
|
胍乙基 |
強堿性、極高pH仍有效 |
||
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陽離子 交換劑 |
羧甲基 |
CM― -O-CH2 -COO― |
最常用在pH4以上 |
|
磷酸 |
P－ -O- P O2 － |
用于低pH
|
|
|
磺甲基 |
SM－ -O-CH2 -SO3 － |
||
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磺乙基 |
SE－ -O-C2 H4 -SO3 － |
強酸性用于極低pH |
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，其理化性質和作用也有所差異。一般而言，微粒型要優于纖維素型，因為微粒型是在纖維素型的基礎上進一步提煉而成。它的交換容量大，粒細、比重大，能裝成緊密的層析柱，要求分辨力高的實驗可用此型纖維素（見表1－2）。
表1-2 商品DEAE―纖維素和C M纖維素的類型和特性
|
纖維素 |
形狀 |
長度 |
交換當量 （毫克當量/克） |
蛋白質吸附容量 （mg /g牛 血清白蛋白） |
床體積（ml / g） |
|
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pH 6.0 |
pH 7.6 |
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|
DE-22 |
改良纖維 |
12~400 |
1.0±0.1 |
450 |
7.7 |
7.7 |
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DE-23 |
改良纖維 （除細粒） |
18~400
|
450 |
8.3 |
9.1 |
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|
DE-32 |
微粒型（干） |
24~63 |
660 |
6.0 |
6.7 |
|
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DE-52 |
微粒型（濕） |
24~63 |
660 |
6.0 |
6.3 |
|
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DE-11 |
舊型號 |
50~250 |
130 |
|||
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與以上相應 型號同 |
溶菌酶pH5 |
|||||
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CM-22 |
0.6±0.06 |
600 |
7.7 |
7.7 |
||
|
CM-23 |
600 |
9.1 |
9.1 |
|||
|
CM-32 |
1 260 |
6.8 |
6.7 |
|||
|
CM-52 |
1.0±0.1 |
1 260 |
6.8 |
6.7 |
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