離子交換層析(ionexchangechromatography)是利用離子交換劑上的可交換離子與周圍介質中被分離的各種離子間的親和力不同，經過交換平衡達到分離的目的的一種柱層析法。該法可以同時分析多種離子化合物，具有靈敏度高，重復性、選擇性好，分析速度快等優點，是當前最常用的層析法之一。
(一)基本原理
離子交換層析對物質的分離通常是在一根充填有離子交換劑的玻璃管中進行的。離子交換劑為人工合成的多聚物，其上帶有許多可電離基團，根據這些基團所帶電荷不同，可分為陰離子交換劑和陽離子交換劑。含有欲被分離的離子的溶液通過離子交換柱時，各種離子即與離子交換劑上的荷電部位競爭性結合。任何離子通過柱時的移動速率決定于與離子交換劑的親和力、電離程度和溶液中各種競爭性離子的性質和濃度。
離子交換劑是由基質、荷電基團和反離子構成，在水中呈不溶解狀態，能釋放出反離子。同時它與溶液中的其他離子或離子化合物相互結合，結合后不改變本身和被結合離子或離子化合物的理化性質。
離子交換劑與水溶液中離子或離子化合物所進行的離子交換反應是可逆的。假定以ra代表陽離子交換劑，在溶液中解離出來的陽離子a+與溶液中的陽離子b+可發生可逆的交換反應，反應式如下：
ra+b+ rb+a+
該反應能以極快的速率達到平衡，平衡的移動遵循質量作用定律。
離子交換劑對溶液中不同離子具有不同的結合力，結合力的大小取決于離子交換劑的選擇性。離子交換劑的選擇性可用其反應的平衡常數k表示：
k＝[rb][a+]/[ra][b+]。
如果反應溶液中[a+]等于[b+]，則k＝[rb]/[ra]。若k>i，即[rb]>[ra]，表示離子交換劑對b+的結合力大于a+；若k=1，即[rb]＝[ra]，表示離子交換劑對a+和b+的結合力相同；若k<1，即[rb]<[ra]，表示離子交換劑對b+的結合力小于a+。k值是反映離子交換劑對不同離子的結合力或選擇性參數，故稱k值為離子交換劑對a+和b+的選擇系數。
溶液中的離子與交換劑上的離子進行交換，一般來說，電性越強，越易交換。對于陽離子樹脂，在常溫常壓的稀溶液中，交換量隨交換離子的電價增大而增大，如 na+pi時，能被陰離子交換劑吸附。若在相同pi條件下，且pi>ph時，pi越高，堿性越強，就越容易被陽離子交換劑吸附。
離子交換層析就是利用離子交換劑的荷電基團，吸附溶液中相反電荷的離子或離子化合物，被吸附的物質隨后為帶同類型電荷的其他離子所置換而被洗脫。由于各種離子或離子化合物對交換劑的結合力不同，因而洗脫的速率有快有慢，形成了層析層。
(二)離子交換劑類型及選擇
1.離子交換劑的類型
根據離子交換劑中基質的組成及性質，可將其分成兩大類：疏水性離子交換劑和親水性離子交換劑。
(1)疏水性離子交換劑
此類交換劑的基質是一種與水親和力較小的人工合成樹脂，最常見的是由苯乙烯與交聯劑二乙烯苯反應生成的聚合物，在此結構中再以共價鍵引入不同的電荷基團。由于引入電荷基團的性質不同，又可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂及螯合離子交換樹脂。
①陽離子交換劑 陽離子交換劑的電荷基團帶負電，反離子帶正電，故此類交換劑可與溶液中的陽離子或帶正電荷化合物進行交換反應。依據電荷基團的強弱，又可將它分為強酸型、中強酸型及弱酸型三種，各含有以下可解離基團：
這些交換劑在交換時，氫離子為外來的陽離子所取代，如下式所示：
r—cooh + na+ －－＞r—coona + h+
②陰離子交換劑 此類交換劑是在基質骨架上引入季胺[—n+(ch3)3]、叔胺[—n(ch3) 2]、仲胺[—nhch3]和伯胺[—nh2]基團后構成的，依據胺基堿性的強弱，又可分為強堿性(含季胺基)、弱堿性(含叔胺、仲胺基)及中強堿性(既含強堿性基團又含弱堿性基團)三種陰離子交換劑。它們與溶液中的離子進行交換時，反應式為：
r—n+(ch3)3oh–+c1–－－＞r—n+(ch3)3 c1–+ oh–
r—n+(ch3)2 + h2o－－＞r—n+(ch3)2h•oh–
r—n+(ch3)2h • oh +c1–－－＞r—n+(ch3)2h • c1– + oh–
③螯合離子交換劑 這類離子交換樹脂具有吸附(或絡合)一些金屬離子而排斥另一些離子的能力，可通過改變溶液的酸度提高其選擇性。由于它的高選擇性，只需用很短的樹脂柱就可以把欲測的金屬離子濃縮并洗脫下來。
疏水性離子交換劑由于含有大量的活性基團，交換容量大、流速快、機械強度大，主要用于分離無機離子、有機酸、核苷、核苷酸及氨基酸等小分子物質，也可用于從蛋白質溶液中除去表面活性劑(如sds)、去污劑(如tritonx—100)、尿素、兩性電解質等。
