（一）原理
離子交換是指液相中的離子與固定相上可解離基團的可逆交換反應。利用這個反應先將要分離的混合物在一定pH的溶液中解離，而后流經固定相，使之與固定相上的可解離基團進行離子交換，吸附于固定相上，凡不能進行交換吸附的成分，則流出層析柱外。再根據交換吸附于固定相上的各組分解離度的差別，運用不同的pH值或不同鹽濃度的溶液作流動相，流過層析柱將各組分分別再交換洗脫下來，這樣混合物的各組分即被分開，達到分離的目的，此即為離子交換層析。
離子交換層析中的固定相稱為離子交換劑。它是由在不溶性高分子母體上引入不同的可解離基團所構成。常用的不溶性高分子母體有纖維素、葡聚糖、瓊脂糖及人工合成的樹脂等。引入于母體上的活性基團主要有酸性或堿性物質。由于引入的酸性物質可解離出 H+離子，能與液相中的陽離子交換，故這類離子交換劑稱為陽離子交換劑；引入的堿性物質可解離出OH－離子，能與液相中的陰離子交換，故將這類離子交換劑稱為陰離子交換劑。
由于引入的酸或堿的強弱不同，兩類離子交換劑又分為不同的型。
酸類物質以磺酸基（－SO3H）最強，引入磺酸基的陽離子交換劑稱為強酸型；引入磷酸基（－PO3H2）、亞磷酸基（－PO2H）的稱中強酸型；引入羧基（－COOH）、酚羥基（－OH）的稱為弱酸型。
堿類物質主要是引入胺堿。引入季胺[ ―N+（CH3）3 OH― ] 基的稱為強堿型；引入叔胺[－N（CH3）2 ]、仲胺（－NHCH3）、伯胺（－NH2）基的稱為弱堿型。
各型離子交換劑國內外都已定型生產，性能和規格均可查到，本書附錄四中列舉了一部分。
各型離子交換劑的使用，將由用以分離的物質特性及分離的目的而定。
分離蛋白質（包括酶）常用纖維離子交換劑。由于蛋白質（酶）的分子量很大，在交換反應后要占有離子交換劑很大的空間位置，不溶性母體空間位置小的交換劑將無法與蛋白質交換容量很低。纖維素作為不溶性母體是因為纖維素具有親水性強，容易溶脹；溶脹后具有舒展的長鏈，表面積大，使大分子特質容易接觸并容納。所以，以纖維素形成的離子交換劑對蛋白質（酶）等大分子物質的交換容量大，分辨力強，可以獲得較好的分離效果及較高的因收率；另外纖維構成的離子交換劑對交換的離子吸附力較弱，用比較溫和條件即可洗脫下來，不影響蛋白質（酶）等生物大分子物質的活性。纖維素的這些特點使它構成的纖維素離子交換劑在生物大分子的分離和純化中得到廣泛的使用。
纖維素上可以引入不同的解離基團而形成各型離子交換劑，其中最常用的是DEAE纖維素和羧甲基纖維素。
DEAE—纖維素（diethylaminoethyl—cellulose，DEAE）是在纖維素上引入二乙基氨基乙基，
它是弱堿型陰離交換劑。吸附蛋白質的最適pH范圍為7～9，pH超過9.5，DEAE基團則不解離帶電荷。每克DEAE含0.96～1.24mmol/L可解離基團，與蛋白質的交換量可達 75～122mg/100mgDEAE。
交換吸附于離子交換劑上的物質，通常利用改變洗脫液pH或提高洗脫液中離子強度的方法洗脫下來，從而獲得較純的特質。當在離子交換劑上吸附有幾個物質成分時，可用兩種方法分別洗脫下來。其一是用pH或離子強度不同的幾種洗脫液分別洗脫，即在第1種洗脫液洗脫下第1個成分后，換成第2種洗脫另一成分，再換第3種洗脫液脫下第3個成分，如此洗脫下所有的成分，這種方法稱為分段洗脫法。其二是在洗脫的過程中逐步改變洗脫液的離子強度，從稀到濃，逐步將各種成分洗脫下來，這種方法稱為梯度洗脫法。與分段洗脫法相比，梯度法使被洗脫成分的“拖尾”現象較小，分辨率高。
應用離子交換劑來純化物質，可以是把要純化的物質成分交換吸附于離子交換劑上，然后再分別洗脫下來獲得純品，或者把不需要的成分吸附于離子交換劑上，需要的成分直接流出，得到純品。本實驗采用DEAE-纖維素層析柱純化血清IgG，利用pH6.7的緩沖液溶解樣品IgG，此時IgG 粗物中除IgG外，其他雜蛋白均帶上不同數量的負電荷，可以和DEAE上的陰離子發生交換吸附于柱上。IgG因不解離帶電，而不發生交換吸附，利用此特點，讓溶解后的樣品流過DEAE纖維素柱，即可直接收集到較純的IgG。
（二）試劑及器材
（1）DEAE
—纖維素的活化：稱取IgDEAE32或52，放入5ml量筒中，加蒸餾水浸泡過夜，觀察溶脹后DEAE的體積。根據所需層析柱的柱床體積計算所需
DEAE的用量，稱取所需DEAE用蒸餾水浸泡過夜，其間換幾次水，每次除去細小顆粒。抽干，改用0.5ml/LNaOH溶液浸泡1h以上，抽干（可用布氏漏斗），用無離子水漂洗，使pH至8左右（用pH試紙檢查）。再改用0.5ml/LHCl溶液浸泡1h以上，去酸溶液，用無離子水洗至pH6左右。本實驗中在用前應以0.0175mol/L，pH6.7磷酸鹽緩沖液，浸泡平衡后使用。
用過的離子交換劑可以反復使用，使其恢復原狀的方法俗稱“再生”。再生并非每次用酸、堿反復處理，通常只要“轉型”處理即可。所謂轉型就是使交換劑帶上所希望的某種離子，如希望陽離子交換劑帶上NH+4則可用
NH4OH浸泡，如希望陰離子交換劑帶上Cl—則用NaCl溶液處理。本實驗中DEAE—纖維素在酸堿處理后，用0.0175mol/L，pH6.7磷酸鹽緩沖溶液浸泡即可轉型，以HPO4取代DEAE中的OH—。一般由于DEAE—纖維素使用后因帶有大量雜蛋白，所以再生時，先用
0.5ml/L NaOH浸洗，用無離子洗至pH8左右，再轉型，即可再使用。
（2）0.0175mol/L, pH6.7, 磷酸鹽緩沖溶液
（3）奈氏試劑。
（4）20%（W/V）磺基水楊酸溶液。
（5）1cm×50cm
（6）黑、白比色磁盤。
（三）操作
1．裝柱 用0.0175mol/L, pH6.7, 磷酸鹽緩沖溶液浸泡已處理好的DEAE—纖維素，并更換1～2
次。然后攪拌均勻，灌入層析柱中，直至纖維素柱床高約17cm左右為止。柱床形成后，在洗脫瓶裝入0.0175mol/L, pH6.7,
磷酸鹽緩沖溶液，接在層析柱上口，打開柱下端出口，使磷酸鹽緩沖溶液流過纖維素，直至流出液的pH值與磷酸鹽緩沖溶液的pH值完全相同（用pH試紙不斷檢查）為止。
2．上樣
上述平衡過程完畢后，關閉柱下口。用滴管吸去纖維素柱面上的深液（但不能低于柱下口，控制流速使樣品慢慢進入纖維素內。待全部樣品進入柱后，在柱床面上加一層0.0175mol/L,
pH6.7, 磷酸鹽緩沖溶液。 3．洗脫 連接洗脫瓶，打開柱下口開始洗脫。控制流速為0.5ml/min,
用試管收集洗脫液，每管10滴。從每滴中取1滴收集液放入在黑色比色盤孔中，加入1滴20%磺基水楊酸檢查是否產生白色沉淀。在此條件下在收集液中首先出現的蛋白質即為純化的IgG。因此，從洗脫開始就應收集洗脫液，直至收集液中無蛋白質出現為止（加磺酰水楊酸不呈白色沉淀），合并含有蛋白質的各管收集液中無蛋白質即為純化的IgG溶液。
柱內DEAE—纖維素經再生轉型后可再用。
4．鑒定 純化后獲得的蛋白質樣品均應進行鑒定后方能證明產品的合格證。