離子交換的發(fā)生及進(jìn)行的程度即離子交換平衡取決于離子作用，而離子交換動力學(xué)則取決于離子交換劑的顆粒結(jié)構(gòu)。

離子交換劑的骨架是具有網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)的顆粒狀凝膠，而荷電功能基團(tuán)均勻分布在凝膠顆粒的表面及網(wǎng)孔內(nèi)部，蛋白質(zhì)分子依據(jù)分子量的不同，不同程度地進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部，將荷電功能基團(tuán)上的反離子置換下來而自身結(jié)合到離子交換劑上。從動力學(xué)角度分析，整個過程可分為五個步驟：

①蛋白質(zhì)在溶液中經(jīng)擴(kuò)散作用到達(dá)凝膠顆粒表面，親水性的凝膠和水分子發(fā)生氫鍵作用，從而在凝膠表面束縛了一層結(jié)合水構(gòu)成水膜，水膜的厚度取決于凝膠的親水性強(qiáng)弱、色譜時流速的快慢，親水性越強(qiáng)，流速越慢，水膜越厚，反之水膜則越薄，蛋白質(zhì)通過擴(kuò)散穿過水膜到達(dá)凝膠表面的過程稱為膜擴(kuò)散，速度取決于水膜兩側(cè)蛋白質(zhì)的濃度差； 

②蛋白質(zhì)分子進(jìn)入凝膠顆粒網(wǎng)孔，并到達(dá)發(fā)生交換的位置，此過程稱為粒子擴(kuò)散，其速度取決于凝膠顆粒網(wǎng)孔大小 （交聯(lián)度）、交換劑功能基團(tuán)種類、蛋白質(zhì)分子大小和帶電荷數(shù)等多種因素；

③蛋白質(zhì)取代交換劑上的反離子而發(fā)生離子交換；

④被置換下來的反離子擴(kuò)散到達(dá)凝膠顆粒表面，也即粒子擴(kuò)散，方向與步驟②相反；

⑤反離子通過擴(kuò)散穿過水膜到達(dá)溶液中，即膜擴(kuò)散，方向與步驟①相反。

根據(jù)電荷平衡的原則，一定時間內(nèi)，一個帶電蛋白質(zhì)分子進(jìn)入凝膠顆粒，就有與該蛋白質(zhì)所帶凈電荷數(shù)相當(dāng)數(shù)量的反離子擴(kuò)散出凝膠顆粒。也就是說，蛋白質(zhì)與反離子從電荷數(shù)量上看，膜擴(kuò)散和粒子擴(kuò)散的速率相同而方向相反。

由此，上述五個步驟實際上就是膜擴(kuò)散、粒子擴(kuò)散和交換反應(yīng)三個過程。其中交換反應(yīng)通常速度比較快，而膜擴(kuò)散和粒子擴(kuò)散速度較慢，當(dāng)溶液中蛋白質(zhì)濃度較低時，膜擴(kuò)散過程往往最慢，成為整個過程的限制性步驟；當(dāng)溶液中蛋白質(zhì)濃度較高時，粒子擴(kuò)散過程往往最慢而成為整個過程的限制性步驟。

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