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原理离子交换树脂是一种合成的高聚物 ，不溶于水 ，能吸水膨胀 。高聚物分子由能电离的极性基团及非极性的树脂组成 。极性基团上的离子能与溶液中的离子起交换作用，而非极性的树脂本身物性不变。通常离子交换树脂按所带的基团分为强酸(＝R＝S03H) 、弱(＝COOH) 、强碱 (＝N+＝R：)和弱碱(＝NH2＝NHR＝NR2) 。
离子交换树脂分离小分子物质如氨基酸、腺苷 、腺苷酸等是比较理想的 。但对生物大于物质如蛋白质是不适当的，因为它们不能扩散到树脂的链状结构中。故如分离生物大子 、可选用以多糖聚合物如纤维素、葡聚糖为载体的离子交换剂。
本实验用磺酸阳离子交换树脂分离酸性氨基酸(天冬氨酸)、中性氨基酸(丙氨酸)碱性氨基酸(赖氨酸)的混合液 。在特定的pH条件下 ，它们解离程度不同 ，通过改变脱液的pH或离子强度可分别洗脱分离 。
材料1．实验器材层析柱（1.6X20cm）；恒流泵；梯度混合器；试管及试管架；紫外分光光度计 、磺酸阳离子交换树脂(Dowex 50)
2．实验试剂
(1)2mol／L HCl
(2)2mol／L NaOH
(3)0.1mOl／L HCl
(4) 0.1mol／L NaOH
(5)pH4.2的柠檬酸缓冲液：0.lmol／L柠檬酸54m1加0.1mol／L柠檬酸钠46ml
(6)pH5的醋酸缓冲液：0.2mol／L NaAc 70ml加 0.2mol／L HAc 30ml
(7)0.2％中性茚三酮溶液：0.2g茚三酮加100ml丙酮
(8)氨基酸混合液：丙氨酸 、天冬氨酸、赖氨酸各10m1加0.1mol／L HCl 3m方法
1. 树脂的处理
100ml烧杯中置约10g树脂，加25ml 12mo1／L HCl搅拌2h ，倾弃酸液 ，用蒸馏水充洗涤树脂至中性。加25ml 12mol／L NaOH至上述树脂中搅拌2h，倾弃碱液 ，用蒸馏水洗涤至中性 。将树脂悬浮于50ml pH4.2柠檬酸缓冲液中备用 。
2. 装柱取直径0.8cm～1.2cm 、长度 10cm～12cm的层析柱 ，底部垫玻璃棉或海绵圆垫，自顶部注入经处理的上述树脂悬浮液 ，关闭层柱出口 ，待树脂沉降后，放出过量的溶液 ，在加入一些树脂 ，至树脂沉积至8cm～10cm高度即可。于柱子顶部继续加入pH4.2柠檬酸缓冲液洗涤，使流出液pH为4.2为止，关闭柱子出口 ，保持液面高出树脂表面1cm左右 。
3. 加样 、洗脱及洗脱液收集
打开山口使缓冲液流出 ，待液面几乎平齐树脂表面时关闭出口(不可使树脂表面干燥) 。用长滴管将15滴氨基酸混合液仔细直接加到树脂顶部，打开出口使其缓慢流入柱内。当液面刚平树脂表面时 ，加入0.1mol／L HCl 3ml ，以10滴／min～12滴／min的流速洗脱，收集洗脱液 ，每管20滴 ，逐管收存 。当HCl液面刚平树脂表面时，用1m1 pH4.2柠檬酸缓冲液冲洗柱壁一次 ，接着用2ml pH4.2柠檬酸缓冲液洗脱 ，保持流速10滴／min～12滴／min并注意勿使树脂表面干燥 。
在收集洗脱液的过程中，逐管用茚三酮检验氨基酸的洗脱情况 ，方法是：于各管洗脱液中加10滴pH5醋酸缓冲液和10滴中性茚三酮溶液 ，沸水浴中煮10min，如溶液呈紫蓝色，表示已有氨基酸洗脱下来。显色的深度可代表洗脱的氨基酸浓度 ，可比色测 。
在用pH4.2柠檬酸缓冲液把第二个氨基酸洗脱出来之后 ，再收集两管茚三酮反应阴性部分，关闭层析柱出口 ，将树脂顶部剩余的pH4.2柠檬酸缓冲液移去 。
于树脂顶部加入2ml 0.1mo1／L NaOH ，打开出口使其缓慢流入柱内，按上面I续用0.1mo1／L NaOH洗脱并逐管收集 (注意仍然保持流速10滴／min～12滴／min) ，每管20滴。做洗脱液中氨基酸检验 ，在第三个氨基酸用0.1mo1／L NaOH洗脱下来以后，再继续收集两管茚三酮反应阴性部分。
最后以洗脱液管号为横坐标 ，洗脱液各管光密度（以水作空白 ，在570nm波长读取吸光度）或颜色深浅（以 -，? ，+ ，++．．．表示）为纵坐标作图，即可画出一条洗脱曲线 。
注意事项
1. 一直保持流速10滴/min～12滴／min，并注意勿使树脂表面干燥 。
2. 在装柱时必须防止气泡、分层及柱子液面在树脂表面以下等现象发生。
对于离子交换纤维素要用流水洗去少量碎的不易沉淀的颗粒 ，以保证有较好的均匀度 ，对于已溶胀好的产品则不必经这一步骤 。溶胀的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成为带H+或OH-的交换剂型 。阴离子交换剂常用“碱-酸-碱 ”处理 ，使最终转为-OH-型或盐型交换剂；对于阳离子交换剂则用“酸-碱-酸”处理 ，使最终转为-H-型交换剂。
洗涤好的纤维素使用前必须平衡至所需的pH和离子强度 。已平衡的交换剂在装柱前还要减压除气泡 。为了避免颗粒大小不等的交换剂在自然沉降时分层，要适当加压装柱 ，同时使柱床压紧 ，减少死体积，有利于分辨率的提高。
柱子装好后再用起始缓冲液淋洗 ，直至达到充分平衡方可使用 。 加样：
层析所用的样品应与起始缓冲液有相同的pH和离子强度 ，所选定的pH值应落在交换剂与被结合物有相反电荷的范围，同时要注意离子强度应低 ，可用透析 、凝胶过滤或稀释法达此目的 。样品中的不溶物应在透析后或凝胶过滤前 ，以离心法除去。为了达到满意的分离效果，上样量要适当，不要超过柱的负荷能力 。柱的负荷能力可用交换容量来推算 ，通常上样量为交换剂交换总量的1%-5% 。 已结合样品的离子交换前 ，可通过改变溶液的pH或改变离子强度的方法将结合物洗脱，也可同时改变pH与离子强度。为了使复杂的组份分离完全 ，往往需要逐步改变pH或离子强度 ，其中最简单的方法是阶段洗脱法，即分次将不同pH与离子强度的溶液加入 ，使不同成分逐步洗脱。由于这种洗脱pH与离子强度的变化大 ，使许多洗脱体积相近的成分同时洗脱，纯度较差 ，不适宜精细的分离 。最好的洗脱方法是连续梯度洗脱 ，洗脱装置见图16-6.两个容器放于同一水平上，第一个容器盛有一定pH的缓冲液 ，第二个容器含有高盐浓度或不同pH的缓冲液 ，两容器连通，第一个容器与柱相连，当溶液由第一容器流入柱时 ，第二容器中的溶液就会自动来补充 ，经搅拌与第一容器的溶液相混合，这样流入柱中的缓冲液的洗脱能力即成梯度变化 。第一容器中任何时间的浓度都可用下式进行计算：
C=C2-(C2-C1)(1-V)A2/A1
式中A1 、A2分别代表两容器的截面积：C1、C2分别表示容器中溶液的浓度；V为流出体积对总体积之比。当A1=A2时为线性梯度 ，当A1>A2时为凹形梯度 ，A1>A2时为凸形梯度 。
洗脱时应满足以下要求：
①洗脱液体积应足够大，一般要几十倍于床体积 ，从而使分离的各峰不至于太拥挤 。
②梯度的上限要足够高 ，使紧密吸附的物质能被洗脱下来。
③梯度不要上升太快，要恰好使移动的区带在快到柱末端时达到解吸状态 。目的物的过早解吸 ，会引起区带扩散；而目的物的过晚解吸会使峰形过宽 。
洗脱馏份的分析按一定体积（5-10ml/管）收集的洗脱液可逐管进行测定 ，得到层析图谱。依实验目的的不同，可采用适宜的检测方法（生物活性测定 、免疫学测定等）确定图谱中目的物的位置 ，并回收目的物 。
离子交换剂的再生与保存离子交换剂可在柱上再生 。如离子交换纤维素可用2mol/：NaCl淋洗柱 ，若有强吸附物则可用0.1mol/LNaOH洗柱；若有脂溶性物质则可用非离子型去污剂洗柱后再生，也可用乙醇洗涤，其顺序为：0.5mol/LNaOH-水-乙醇-水-20%NaOH-水。保存离子交换剂时要加防腐剂 。对阴离子交换剂宜用0.002%氯已定（洗必泰） ，阳离子交换剂可用乙基硫柳汞（0.005%） 。有些产品建议用0.02%叠氮钠。
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