離子交換的發生及進行的程度即離子交換平衡取決于離子作用，而離子交換動力學則取決于離子交換劑的顆粒結構。

離子交換劑的骨架是具有網孔狀結構的顆粒狀凝膠，而荷電功能基團均勻分布在凝膠顆粒的表面及網孔內部，蛋白質分子依據分子量的不同，不同程度地進入凝膠顆粒內部，將荷電功能基團上的反離子置換下來而自身結合到離子交換劑上。從動力學角度分析，整個過程可分為五個步驟：

①蛋白質在溶液中經擴散作用到達凝膠顆粒表面，親水性的凝膠和水分子發生氫鍵作用，從而在凝膠表面束縛了一層結合水構成水膜，水膜的厚度取決于凝膠的親水性強弱、色譜時流速的快慢，親水性越強，流速越慢，水膜越厚，反之水膜則越薄，蛋白質通過擴散穿過水膜到達凝膠表面的過程稱為膜擴散，速度取決于水膜兩側蛋白質的濃度差； 

②蛋白質分子進入凝膠顆粒網孔，并到達發生交換的位置，此過程稱為粒子擴散，其速度取決于凝膠顆粒網孔大小 （交聯度）、交換劑功能基團種類、蛋白質分子大小和帶電荷數等多種因素；

③蛋白質取代交換劑上的反離子而發生離子交換；

④被置換下來的反離子擴散到達凝膠顆粒表面，也即粒子擴散，方向與步驟②相反；

⑤反離子通過擴散穿過水膜到達溶液中，即膜擴散，方向與步驟①相反。

根據電荷平衡的原則，一定時間內，一個帶電蛋白質分子進入凝膠顆粒，就有與該蛋白質所帶凈電荷數相當數量的反離子擴散出凝膠顆粒。也就是說，蛋白質與反離子從電荷數量上看，膜擴散和粒子擴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散、粒子擴散和交換反應三個過程。其中交換反應通常速度比較快，而膜擴散和粒子擴散速度較慢，當溶液中蛋白質濃度較低時，膜擴散過程往往最慢，成為整個過程的限制性步驟；當溶液中蛋白質濃度較高時，粒子擴散過程往往最慢而成為整個過程的限制性步驟。

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