離子交換層析利用含有能與周圍介質(zhì)進(jìn)行離子交換的不穩(wěn)定離子的不溶性基質(zhì)來分離分離物質(zhì)。
1、離子交換基質(zhì)Adams 和Holnes 有1935 年通過酚、甲醛和磺酸縮 聚成不溶性樹脂，制成了第一個(gè)人工合成的離子交換材料。從此以后，人工 合成的離子交換樹脂日見增多（多數(shù)是從芳香族化合物合成的），由苯乙烯 及交聯(lián)劑二乙烯苯聚合得到的物質(zhì)是一種常用的樹脂基質(zhì)。
通過適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)再將可電離基團(tuán)引入到芳香環(huán)上，二乙烯苯和苯乙烯的 相對(duì)含量決定了聚苯乙烯鏈之間的交聯(lián)度。交聯(lián)度是指這種樹脂骨架中含有 二乙烯苯的重量百分率。國(guó)產(chǎn)樹脂的交聯(lián)度一般為4%~14%。樹脂的交聯(lián)度 小時(shí)，則水溶性強(qiáng)，加水后樹脂的膨脹性大，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)眼大，交換反應(yīng) 快，交換選擇性低。相反，樹脂的交聯(lián)度大時(shí)，則水溶性弱，加水后樹脂的 膨脹性小，網(wǎng)眼小，交換慢，具有一定的選擇性。
離子交換樹脂適合分離小分子物質(zhì)，如氨基酸，但對(duì)于大分子，如蛋白 質(zhì)是不適合的，因?yàn)榇蠓肿硬荒苓M(jìn)入樹脂緊密交聯(lián)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。因此大分子 可以用取代的纖維素和葡聚糖來分離，這些物質(zhì)的分子是纖維狀的，它們的 大部分功能基團(tuán)在表面。
2、可電離基團(tuán)按照離子交換樹脂對(duì)陰離子或陽離子的親合特性可以 分為陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂。例如，陽離子交換樹脂交換周圍介 質(zhì)的陽離子，也就是說，決定樹脂究竟是陰離子的還是陽離子樹脂的可交換 離子所帶的電荷，而不是基質(zhì)上所帶的電荷。
這兩種類型又可進(jìn)一步分成含有強(qiáng)電離基團(tuán)的，如強(qiáng)酸型和強(qiáng)堿型；及 弱電離基團(tuán)的，如弱酸型和弱堿型。強(qiáng)離子交換樹脂是完全電離的，并以帶 電形式存在（在極端pH 值時(shí)例外）。弱離子交換樹脂所含基團(tuán)的電離程度 依pH 一個(gè)狹窄的pH 范圍有最大交換容量方能使用。一般含羥基的樹脂在 pH6 左右有最大容量，而帶有氨基的那些樹脂在pH 低于6 時(shí)才有效。 離子交換纖維素含有取代了纖維素一OH 的弱電離基團(tuán)，這些基團(tuán)的密 度比較低，因?yàn)槿〈鄷r(shí)就會(huì)使纖維素變得可溶。對(duì)于分離結(jié)合較弱的大分子時(shí)，用弱電離部位密度較低的交換劑適合， 而且在溫和條件下容易解析。
3、離子交換平衡典型的離子交換反應(yīng)過程說明，在這里用含有氨基的 陰離子交換樹脂分離兩個(gè)負(fù)電性離子。樹脂可電離基團(tuán)的濃度幾乎可以達(dá)到 6~10mol/L，因此有很高的交換容量。雖然一般以為離子交換樹脂的作用僅僅是通過離子交換過程來分離物 質(zhì)，但實(shí)際上也可能存在吸附作用和分子篩作用。
