Sober 和 Peterson于1956年首次將離子交換基團(tuán)結(jié)合到纖維素上，制成了離子交換纖維素，成功地應(yīng)用于蛋白質(zhì)的分離。從此使生物大分子的分級(jí)分離方法取得了迅速的發(fā)展。離子交換基團(tuán)不但可結(jié)合到纖維上， 還可結(jié)合到交聯(lián)葡聚糖（S-ephadex）和瓊脂糖凝膠（Sepharose）上。 近年來(lái)離子交換色譜技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)、酶、核酸、肽、寡核苷酸、病毒、噬菌體和多糖的分離和純化。它們的優(yōu)點(diǎn)是:⑴具有開放性支持骨架，大分子可以自由進(jìn)入和迅速擴(kuò)散，故吸附容量大。⑵具有親水性，對(duì)大分子的吸附不大牢固，用溫和條件使可以洗脫，不致引起蛋白質(zhì)變性或酶的失活。⑶多孔性，表面積大、交換容量大，回收率高，可用于分離和制備。
一、基本理論
離子交換劑通常是一種不溶性高分子化合物，如樹脂，纖維素，葡聚糖，醇脂糖等，它的分子中含有可解離的基團(tuán)，這些基因在水溶液中能與溶液中的其它陽(yáng)離子或陰離子起交換作用。雖然交換反應(yīng)都是平衡反應(yīng)，但在層析柱上進(jìn)行時(shí)，由于連續(xù)添加新的交換溶液，平衡不斷按正方向進(jìn)行，直至完全。因此可以把離子交換劑上的原子離子全部洗脫下來(lái)，同理，當(dāng)一定量的溶液通過(guò)交換柱時(shí)，由于溶液中的離子不斷被交換而波度逐減少，因此也可以全部被交換并吸附在樹脂上。如果有兩種以上的成分被交換吸著在離子交換劑上，用洗脫液洗脫時(shí)，在被洗脫的能力則決定于各自洗反應(yīng)的平衡常數(shù)。蛋白質(zhì)的離子交換過(guò)程有兩個(gè)階段──吸附和解吸附。吸附在離子交換劑上的蛋白質(zhì)可以通過(guò)改變pH使吸附的蛋白質(zhì)失去電荷而達(dá)到解離但更多的是通過(guò)增加離子強(qiáng)度，使加入的離子與蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)離子交換劑上的電荷位置，使吸附的蛋白質(zhì)與離子交換劑解開。不同蛋白質(zhì)與離子交換劑之間形成電鍵數(shù)目不同，即親和力大小有差異 ，因此只要選擇適當(dāng)?shù)南疵摋l件便可將混合物中的組分逐個(gè)洗脫下來(lái)，達(dá)到分離純化的目的。
二、離子交換的分類及常見種類
（一）分類
離子交換劑分為兩大類，即陽(yáng)離子交換劑和陰離子交換劑。各類交換劑根據(jù)其解離性大小，還可分為強(qiáng)、弱兩種，即 強(qiáng)酸劑 陽(yáng)離子交換劑 弱酸劑 強(qiáng)鹼型 陰離子交換劑 弱鹼型 。
1.陽(yáng)離子交換劑
陽(yáng)離子交換劑中的可解離基因是磺酸（-SO3H）、磷酸（-PO3H2）、 羧酸（COOH）和酚羥基（-OH）等酸性基。
某些交換劑在交換時(shí)反應(yīng)如下：
強(qiáng)酸性：R-SO3 -H+ ＋ Na+ R-SO3- Na+H+
弱酸性：R-COOH＋Na+ R-COONa ＋H+
國(guó)產(chǎn)樹脂中強(qiáng)酸1×7（上海樹脂＃732）和國(guó)外產(chǎn)品Dowex 50、Zerolit 225等都于強(qiáng)酸型離子交換劑。
2.陰離子交換劑
陰離子交換劑中的可解離基因是伯胺、（-NH2）、仲胺（-NHCH3）、叔胺[N-（CH3）2]和季胺[-N（CH3）2]等鹼性基團(tuán)。某些交換反應(yīng)如下：
強(qiáng)鹼性：R-N+（CH3）2 H·OH- ＋Cl R-N+（CH3）2 Cl＋OH-
弱鹼性：R-N+（CH3）2 H·OH- ＋Cl R-N+（CH3）2 HCl＋OH-
強(qiáng)鹼性＃201號(hào)國(guó)產(chǎn)樹脂和國(guó)外Dowex1、Dowex2、ZerolitFF等都屬于強(qiáng)鹼型陰離子交換劑。
（二）種類
1.纖維素離子交換劑：陽(yáng)離子交換劑有羥甲基纖維素（CM-纖維素）， 陰離子交換劑有氯代三乙胺纖維紗（DESE-纖維素）。
2.交聯(lián)葡聚糖離子交換劑：是將交換基因連接到交聯(lián)葡聚糖上制成的一類交換劑，因而既具有離子交換作用，又具有分子篩效應(yīng)，是一類廣泛應(yīng)用的色譜分離物質(zhì)。常用的Sephadex離子交換劑也有陰離子和陽(yáng)離子交換劑兩類。陰離子交換劑有DEAE-Sephadex A-25，A-50和QAE- Sephadex A25 ， A50 ； 陽(yáng)離子交換劑有CM-Sephaetx C-50，C-50和Sephadex C-25，C-50。陰離子交換劑用英文字頭A，陽(yáng)離子交換劑的英文字頭是C。英文字后面的數(shù)字表示Sephadex型號(hào)。
3.瓊脂糖離子離交換劑：是將DESE-或CM-基團(tuán)附著在Sepharose CL-6B 上形成，DEAE-Sephades（陰離子）和CM-Sepharose（陽(yáng)離子），具有硬度大， 性質(zhì)穩(wěn)定，凝膠后的流速好，分離能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
三、實(shí)驗(yàn)操作
（一）交換劑的處理，再生與轉(zhuǎn)型
新出廠的樹脂是干樹脂，要用水浸透使之充分吸水膨脹。因其含有政績(jī)一些雜質(zhì)，所要要用水、酸、鹼洗滌。一般手續(xù)如下：新出廠干樹脂用水浸泡2 小時(shí)后減抽壓去氣泡，傾去水，再用大量無(wú)離子水洗至澄清，去水后加4倍量2N HCl攪抖4小時(shí)，除去酸液，水洗到中性，再加4倍量2N NaOH攪抖4小時(shí)，除鹼液， 水洗到中性備用。將樹脂帶上所希望的某種離子的操作稱為轉(zhuǎn)型。如希望陽(yáng)樹脂帶Na+，則用4倍量NaOH攪拌浸泡2小時(shí)以上；如希望樹脂帶H+，可用HCl處理。陰樹脂轉(zhuǎn)型也同樣，若希望帶Cl-則用HCl，希望帶OH-則用NaOH。用過(guò)的樹脂使其恢復(fù)原狀的方法稱為再生。并非每次再一都用酸、鹼液洗滌，往往只要轉(zhuǎn)型處理就行了。
（二）柱上操作
⑴交換劑裝柱最簡(jiǎn)單的交換層析柱可用鹼式滴定管代替。處理過(guò)的樹脂放入燒杯，加少量水邊攪拌邊倒入保持垂直的層析管中，使樹脂緩慢沉降。交換劑在柱內(nèi)必須分布均勻。
⑵上樣向?qū)游鲋鶅?nèi)傾入樣品液
⑶洗脫與收集
不同樣品選用的洗脫液不同。原則是用一種比吸著物質(zhì)更活潑的離子，把吸著物交換出來(lái)。由于被吸著的物質(zhì)往往不是我們所要求的單一物質(zhì)，因此除了正確選擇洗脫液外還采控制流速和分布收集的方法來(lái)獲得所需的單一物質(zhì)。