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離子交換理論（下篇）
他作用力：疏水相互作用和氫鍵
雖然蛋白質(zhì)與離子交換劑發(fā)生結(jié)合主要依靠相反電荷之間的離子鍵，但實際上此過程中還可能存在其他的作用力，常見的就是疏水相互作用和氫鍵。
疏水相互作用主要出現(xiàn)在使用帶非極性骨架的離子交換劑時，例如離子交換樹脂，特別是聚苯乙烯樹脂，骨架帶有較強的疏水性，能與蛋白質(zhì)分子中的一些疏水性氨基酸殘基通過疏水相互作用結(jié)合。雖然前面提到常規(guī)的離子交換樹脂因其性質(zhì)上的缺點在蛋白質(zhì)分離中并不常用，但在現(xiàn)代HPLC中還是有部分介質(zhì)是以樹脂作為骨架的。氫鍵則主要出現(xiàn)在使用以親水性高分子為骨架的離子交換劑時，例如使用較為廣泛的以Tandex（月旭葡聚糖）或Tanrose（月旭瓊脂糖）為基質(zhì)的離子交換劑，骨架糖鏈中的羥基、羧基等基團(tuán)能夠與蛋白質(zhì)分子中帶親水側(cè)鏈的氨基酸殘基之間形成氫鍵。當(dāng)兩種蛋白質(zhì)在電性質(zhì)方面很接近時，這些額外的作用力在分離時起著決定性的作用，據(jù)此往往可以實現(xiàn)分離。不過這些作用力對色譜行為產(chǎn)生的影響通常很難預(yù)測，不同的蛋白質(zhì)往往相差很大，因此不具有通用性。
離子交換動力學(xué)
離子交換的發(fā)生及進(jìn)行的程度即離子交換平衡取決于離子作用，而離子交換動力學(xué)則取決于離子交換劑的顆粒結(jié)構(gòu)。
離子交換劑的骨架是具有網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)的顆粒狀凝膠，而荷電功能基團(tuán)均勻分布在凝膠顆粒的表面及網(wǎng)孔內(nèi)部，蛋白質(zhì)分子依據(jù)分子量的不同，不同程度地進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部，將荷電功能基團(tuán)上的反離子置換下來而自身結(jié)合到離子交換劑上。從動力學(xué)角度分析，整個過程可分為五個步驟：
①蛋白質(zhì)在溶液中經(jīng)擴散作用到達(dá)凝膠顆粒表面，親水性的凝膠和水分子發(fā)生氫鍵作用，從而在凝膠表面束縛了一層結(jié)合水構(gòu)成水膜，水膜的厚度取決于凝膠的親水性強弱、色譜時流速的快慢，親水性越強，流速越慢，水膜越厚，反之水膜則越薄，蛋白質(zhì)通過擴散穿過水膜到達(dá)凝膠表面的過程稱為膜擴散，速度取決于水膜兩側(cè)蛋白質(zhì)的濃度差；
②蛋白質(zhì)分子進(jìn)入凝膠顆粒網(wǎng)孔，并到達(dá)發(fā)生交換的位置，此過程稱為粒子擴散，其速度取決于凝膠顆粒網(wǎng)孔大小 （交聯(lián)度）、交換劑功能基團(tuán)種類、蛋白質(zhì)分子大小和帶電荷數(shù)等多種因素；
③蛋白質(zhì)取代交換劑上的反離子而發(fā)生離子交換；
④被置換下來的反離子擴散到達(dá)凝膠顆粒表面，也即粒子擴散，方向與步驟②相反；
⑤反離子通過擴散穿過水膜到達(dá)溶液中，即膜擴散，方向與步驟①相反。
根據(jù)電荷平衡的原則，一定時間內(nèi)，一個帶電蛋白質(zhì)分子進(jìn)入凝膠顆粒，就有與該蛋白質(zhì)所帶凈電荷數(shù)相當(dāng)數(shù)量的反離子擴散出凝膠顆粒。也就是說，蛋白質(zhì)與反離子從電荷數(shù)量上看，膜擴散和粒子擴散的速率相同而方向相反。
由此，上述五個步驟實際上就是膜擴散、粒子擴散和交換反應(yīng)三個過程。其中交換反應(yīng)通常速度比較快，而膜擴散和粒子擴散速度較慢，當(dāng)溶液中蛋白質(zhì)濃度較低時，膜擴散過程往往最慢，成為整個過程的限制性步驟；當(dāng)溶液中蛋白質(zhì)濃度較高時，粒子擴散過程往往最慢而成為整個過程的限制性步驟。
月旭科技離子交換層析填料
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葡聚糖基架離子交換介質(zhì)