离子交换色谱（IEX）是一种常用于生物分子纯化的技术。它涉及到分子的电荷分离。

该技术利用了样品中带电分子与色谱基质固定相中带相反电荷部分之间的相互作用。这种类型的分离很难使用其他技术，因为电荷很容易由所用缓冲液的pH值控制。

两种类型的离子交换分离是可能的-阳离子交换和阴离子交换。在阴离子交换中，固定相带正电荷，而在阳离子交换中，固定相带负电荷。

离子交换色谱原理

IEX色谱法用于分离带电生物分子。含有带电分子的粗样品用作液相。当它通过色谱柱时，分子结合到固定相中带相反电荷的位置。

根据电荷分离的分子用不同离子强度的溶液洗脱。通过使这样的溶液通过色谱柱，可以根据不同的电荷对分子进行高度选择性的分离。

技巧

离子交换色谱程序的关键步骤如下:

• -  在特定pH下，将不纯的蛋白质样品装入离子交换色谱柱。
• -  带电荷的蛋白质将与树脂中带相反电荷的官能团结合
• -  盐梯度用于洗脱分离的蛋白质。在低盐浓度下，具有少数带电基团的蛋白质被洗脱，而在高盐浓度下，具有多个带电基团的蛋白质被洗脱。
• -  不需要的蛋白质和杂质通过洗涤柱去除。

pH梯度也可用于根据蛋白质的等电点（pI）洗脱单个蛋白质，即蛋白质中的氨基酸携带中性电荷，因此不会在电场中迁移。由于氨基酸是两性离子化合物，它们含有带正负电荷的基团。根据环境的pH值，蛋白质带正电荷、负电荷或零电荷。在其等电点，它们不会与柱树脂中的带电部分相互作用，因此被洗脱。降低pH梯度可用于使用阴离子交换树脂洗脱蛋白质，增加pH梯度可用于从阳离子交换树脂洗脱蛋白质。这是因为增加流动相的缓冲液pH值会导致蛋白质质子化程度降低（带正电的减少），因此它无法与带负电的树脂形成离子相互作用，从而允许洗脱。相反，降低流动相的pH值将导致分子变得更质子化（带负电更少），从而允许其洗脱。

离子交换色谱中树脂的选择

离子交换树脂具有与固体基质共价连接的带正电荷或负电荷的官能团。基质通常由纤维素、聚苯乙烯、琼脂糖和聚丙烯酰胺组成。影响树脂选择的因素有阴、阳离子交换剂、流速、弱离子交换剂或强离子交换剂、树脂粒径和结合能力。所关注的蛋白质的稳定性决定了阴离子或阳离子交换剂的选择——如果不考虑稳定性，任何一种交换剂都可以使用。

离子交换色谱的应用

离子交换是分离纯化带电生物分子如多肽、蛋白质、多核苷酸和核酸的常用的色谱方法。它的广泛适用性、高容量和简单性以及高分辨率是其作为分离方法成功的关键原因。离子交换色谱法广泛用于若干工业应用，其中一些用途如下:

• -  血液成分如白蛋白、重组生长因子和酶的分离和纯化。
• -  生物技术. 质量控制和过程监测等分析应用。
• -  食品和临床研究——研究小麦品种及蛋白尿与不同肾脏疾 病的相关性。
• -  采用发酵-阳离子交换树脂对半乳糖苷酶的发酵过程进行了监测。