?離子交換層析是依據(jù)各種離子或離子化合物與離子交換劑的結(jié)合力不同而進行分離純化的。離子交換層析的固定相是離子交換劑，它是由一類不溶于水的惰性高分子聚合物基質(zhì)通過一定的化學(xué)反應(yīng)共價結(jié)合上某種電荷基團形成的。離子交換劑可以分為三部分：高分子聚合物基質(zhì)、電荷基團和平衡離子。電荷基團與高分子聚合物共價結(jié)合，形成一個帶電的可進行離子交換的基團。平衡離子是結(jié)合于電荷基團上的相反離子，它能與溶液中其它的離子基團發(fā)生可逆的交換反應(yīng)。平衡離子帶正電的離子交換劑能與帶正電的離子基團發(fā)生交換作用，稱為陽離子交換劑；平衡離子帶負電的離子交換劑與帶負電的離子基團發(fā)生交換作用，稱為陰離子交換劑。離子交換反應(yīng)可以表示為：

陽離子交換反應(yīng)：(? + Y ) AX ( R? + A ) YXR

?+ ） AX ( R? + A ) YX陰離子交換反應(yīng)：( R Y

?和Y 分別代表陽離子交換劑和陰離子交換劑中與高分子聚合物共價結(jié)合的電荷基團，Y 和X其中R代表離子交換劑的高分子聚合物基質(zhì)，X? 和A分別代表陽離子交換劑和陰離子交換劑的平衡離子，A 分別代表溶液中的離子基團。

從上面的反應(yīng)式中可以看出，如果A離子與離子交換劑的結(jié)合力強于Y離子，或者提高A離子的濃度，或者通過改變其它一些條件，可以使A離子將Y離子從離子交換劑上置換出來。也就是說，在一定條件下，溶液中的某種離子基團可以把平衡離子置換出來，并通過電荷基團結(jié)合到固定相上，而平衡離子則進入流動相，這就是離子交換層析的基本置換反應(yīng)。通過在不同條件下的多次置換反應(yīng)，就可以對溶液中不同的離子基團進行分離。下面以陰離子交換劑為例簡單介紹離子交換層析的基本分離過程。

陰離子交換劑的電荷基團帶正電，裝柱平衡后，與緩沖溶液中的帶負電的平衡離

子結(jié)合。待分離溶液中可能有正電基團、負電基團和中性基團。加樣后，負電基團可以與平衡離子進行可逆的置換反應(yīng)，而結(jié)合到離子交換劑上。而正電基團和中性基團則不能與離子交換劑結(jié)合，隨流動相流出而被去除。通過選擇合適的洗脫方式和洗脫液，如增加離子強度的梯度洗脫。隨著洗脫液離子強度的增加，洗脫液中的離子可以逐步與結(jié)合在離子交換劑上的各種負電基團進行交換，而將各種負電基團置換出來，隨洗脫液流出。與離子交換劑結(jié)合力小的負電基團先被置換出來，而與離子交換劑結(jié)合力強的需要較高的離子強度才能被置換出來，這樣各種負電基團就會按其與離子交換劑結(jié)合力從小到大的順序逐步被洗脫下來，從而達到分離目的。

? 各種離子與離子交換劑上的電荷基團的結(jié)合是由靜電力產(chǎn)生的，是一個可逆的過程。結(jié)合的強度與很多因素有關(guān)，包括離子交換劑的性質(zhì)、離子本身的性質(zhì)、離子強度、pH、溫度、溶劑組成等等。離子交換層析就是利用各種離子本身與離子交換劑結(jié)合力的差異，并通過改變離子強度、pH等條件改變各種離子與離子交換劑的結(jié)合力而達到分離的目的。離子交換劑的電荷基團對不同的離子有不同的結(jié)合力。一般來講，離子價數(shù)越高，結(jié)合力越大；價數(shù)相同時，原子序數(shù)越高，結(jié)合力越大。如陽離子交換劑對離子的結(jié)合力順序為：Li < Na < K < Rb <? ；NaCs < Ca2 < Al3 < Ti4 。蛋白質(zhì)等生物大分子通常呈兩性，它們與離子交換劑的結(jié)合與它們的性質(zhì)及pH有較大關(guān)系。以用陽離子交換劑分離蛋白質(zhì)為例，在一定的pH條件下，等電點pI < pH的蛋白帶負電，不能與陽離子交換劑結(jié)合；等電點pI > pH的蛋白帶正電，能與陽離子交換劑結(jié)合，一般pI越大的蛋白與離子交換劑結(jié)合力越強。但由于生物樣品的復(fù)雜性以及其它因素影響，一般生物大分子與離子交換劑的結(jié)合情況較難估計，往往要通過實驗進行摸索。