樣品分離技術(shù) 離子交換分離法

第三章樣品提取純化分析單項(xiàng)技術(shù)3-1項(xiàng)目1樣品提取技術(shù)3-2項(xiàng)目2樣品純化技術(shù)3-3項(xiàng)目3樣品分離技術(shù)知識(shí)點(diǎn)3：離子交換分離法——結(jié)構(gòu)及分類1、基本概念概念：離子交換分離法是利用離子交換劑與溶液中的離子發(fā)生交換作用而進(jìn)行分離的方法。

離子交換劑是具有離子交換能力的所有物質(zhì)，通常指固體離子交換劑。離子交換劑可分為無機(jī)離子交換劑和有機(jī)離子交換劑。應(yīng)用：離子交換技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于分析測(cè)試中大量干擾元素的除去、微量元素的分離和富集、水及化學(xué)試劑的純化等。離子交換分離法是現(xiàn)代分析化學(xué)中重要的化學(xué)分離技術(shù)之一。3.4.1離子交換劑的結(jié)構(gòu)及分類2、有機(jī)離子交換樹脂的構(gòu)成離子交換樹脂是一種不溶于酸堿和有機(jī)溶劑的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的功能高分子化合物.具有三維空間離體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架聯(lián)接在骨架上的活性基團(tuán)活性基團(tuán)所帶的相反電荷的活性離子（可交換離子）3.4.1離子交換劑的結(jié)構(gòu)及分類樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架3.4.1離子交換劑的基本結(jié)構(gòu)、分類帶有活性基團(tuán)的網(wǎng)狀高分子聚合物離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)骨架活性基團(tuán)交聯(lián)劑酸性基團(tuán)堿性基團(tuán)—SO3H—COOH—N+R3—NR2特殊基團(tuán)分類：陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂特殊離子交換樹脂酚醛樹脂聚苯乙烯樹脂3.4.1離子交換劑的結(jié)構(gòu)及分類3、離子交換劑的分類陽離子交換樹脂（含酸性基團(tuán)）強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂、弱酸型陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂（含堿性基團(tuán)）。強(qiáng)酸型陰離子交換樹脂、弱酸型陰離子交換樹脂特殊離子交換樹脂（含特殊基團(tuán)）3.4.1離子交換劑的基本結(jié)構(gòu)、分類（1）陽離子交換劑:對(duì)陽離子具有交換能力,活性基團(tuán)為酸性(帶負(fù)電).可分為強(qiáng)酸性和弱酸性陽離子交換劑。弱酸性陽離子交換劑在中性和堿性pH范圍使用。3.4.1離子交換劑的基本結(jié)構(gòu)、分類（2）陰離子交換劑:對(duì)陰離子具有交換能力,活性基團(tuán)為堿性(帶正電).強(qiáng)堿性和弱堿性陰離子交換劑.弱堿性陰離子交換劑在中性和酸性pH范圍使用。弱堿性陰離子交換3.4.1離子交換劑的基本結(jié)構(gòu)、分類（3）特殊離子交換樹脂兩性樹脂：同時(shí)含有酸、堿兩種基團(tuán)的樹脂；螯合樹脂：樹脂上含有具有螯合能力的集團(tuán)，既可以形成離子鍵，又可以形成配位鍵；主要用于脫除金屬離子；氧化還原離子交換樹脂：能使某些離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子交換樹脂特殊離子交換樹脂是指具有特殊活性交換基團(tuán)的離子交換樹脂3.4.1離子交換劑的基本結(jié)構(gòu)、分類總結(jié)知識(shí)點(diǎn)3：離子交換分離法——樹脂的性質(zhì)3.4.2離子交換樹脂的性質(zhì)(1)外觀：球形、顏色(白、黃、黑和褐)。粒度大小為16~60目>90%；機(jī)械強(qiáng)度：>90%；(2）溶脹性離子交換樹脂在水中會(huì)發(fā)生體積的膨脹。3.4.2離子交換樹脂的性質(zhì)(3)密度表觀密度：指樹脂在交換柱中的裝填密度。真密度：指樹脂顆粒本身密度。（4）有效pH范圍

離子交換樹脂正常使用pH范圍內(nèi)進(jìn)行交換工作，此范圍就是樹脂的有效pH范圍，（5）離子交換容量：概念單位質(zhì)量的干離子交換劑或單位體積的濕離子交換劑所能吸附的一價(jià)離子的物質(zhì)的量(mmol)。意義：它是離子交換樹脂工作性能指標(biāo)，表達(dá)離子交換能力的大小。一般鈉型樹脂的交換容量為4.7mmol／（g干樹脂）測(cè)定：先用（1～2）mo1/LHCl處理樹脂使成氫型，取一定量處理過的樹脂裝入交換柱，用蒸餾水以（25～30）mL／min的流量清洗樹脂層至中性。用1mo1/LNaCl溶液以（3～5）m／min流速通過樹脂，流出液用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液滴定（以甲基紅或酚酞為指示劑）。然后折算成1L（或kg）樹脂或每升濕樹脂所消耗NaOH的物質(zhì)的量，即為此樹脂的交換容量。3.4.2離子交換樹脂的性質(zhì)

總結(jié)1、離子交換法2、離子交換劑組成：骨架活性基團(tuán)分類陽離子交換劑陰離子交換劑特殊離子交換劑性能物理狀態(tài)性能：外觀、強(qiáng)度、密度、交聯(lián)度化學(xué)工作性能：交換容量知識(shí)點(diǎn)3：離子交換分離法——操作方法

3.4.3離子交換分離法的操作1.樹脂的選擇和處理2.樹脂裝柱3.柱上交換4.洗脫（再生）1、樹脂的選擇和處理（1）、樹脂的選擇

必須考慮被分離物質(zhì)帶何種電荷及其電性強(qiáng)弱、分子的大小與數(shù)量，同時(shí)還要考慮環(huán)境中存在哪些其它離子和它們的性質(zhì)。

3.4.3離子交換分離法的操作1、樹脂的選擇和處理研磨、過篩

使粒度符合要求浸泡

是其充分溶脹凈化

減少雜質(zhì)

3.4.3離子交換分離法的操作（2）、樹脂的處理2、裝柱（1）、工業(yè)設(shè)備： 固定床（間歇式交換） 流動(dòng)床（連續(xù)交換）（塑料、鋼制）（2）、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：玻璃柱或有機(jī)玻璃

3.4.3離子交換分離法的操作

3.4.3離子交換分離法的操作實(shí)驗(yàn)室中：交換柱或滴定管

3.4.3離子交換分離法的操作實(shí)驗(yàn)室離子交換柱制備3、柱上交換交換反應(yīng)：R-A+B+

R-B+A+4、洗脫（再生）洗滌目的：用洗滌液流經(jīng)交換柱，將殘留在交換柱中的試液和被交換下來的離子除去。洗滌液的選擇：一般用蒸餾水；稀酸溶液；不含試樣的“空白溶液”

3.4.3離子交換分離法的操作使用過的樹脂恢復(fù)到原狀的過程稱為樹脂的再生.

以適當(dāng)濃度的酸溶液處理已變?yōu)镸型的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，使其恢復(fù)到H型、再生后的樹脂經(jīng)洗滌后即可使用。同樣，交換使用過的陰離子樹脂以適當(dāng)濃度的堿溶液處理，可從Cl型轉(zhuǎn)為OH型。

3.4.3離子交換分離法的操作4、洗脫（再生）

總結(jié)1.樹脂的選擇和處理2.樹脂裝柱3.柱上交換4.洗脫（再生）知識(shí)點(diǎn)3：離子交換分離法——應(yīng)用實(shí)例

3.4.4離子交換分離法的應(yīng)用1、去離子水的制備2、痕量元素的預(yù)富集3、性質(zhì)相似元素的分離——高效離子交換色譜法4、生物大分子分離

1、去離子水的制備天然水中合有各種電解質(zhì)，可用離子交換法純化。該法用氫型強(qiáng)酸陽離子交換樹脂（RH）除去水中的陽離子，再用強(qiáng)堿陰離子交換樹脂（ROH）除去水中的陰離子。交換出來的H+和OH-結(jié)合生成水，凈化水都用復(fù)柱法，把陰、陽離子交換柱串聯(lián)起來，串聯(lián)的級(jí)數(shù)增加，水的純度提高。混合柱應(yīng)先利用密度的差別將兩種樹脂分開，分別再生后混合裝柱。各種型號(hào)的凈水裝置有機(jī)玻璃離子交換裝置FY組合型凈水器，集凈化殺菌為一體凈水效果

3.4.4離子交換分離法的應(yīng)用案例分享：深南電廠制水車間參觀：

2、痕量元素的預(yù)富集采用儀器分析法（如原子吸收或發(fā)射光譜法、分光光度法、極譜法等）直接測(cè)定痕量元素的含量尚有困難。一方面是由于儀器的檢測(cè)限達(dá)不到測(cè)量要求；另一方面是大量基體干擾測(cè)定。用離子交換技術(shù)可將痕量元素從幾升或幾十升溶液中交換到小柱上，然后用少量淋洗液洗脫，這樣痕量元素的富集倍數(shù)可達(dá)103～105。一種測(cè)定到10-6mol/L的方法，經(jīng)離子交換富集后可測(cè)定到10-9～10-11mol/L。3、性質(zhì)相似元素的分離——高效離子交換色譜法作用：高效離子交換色譜法可分離性質(zhì)相似的元素。例子離子交換色譜分離Li+、Na+、K+三種離子，將試液通過氫型強(qiáng)酸性陽離子交換柱，Li+、Na+、K+都交換于柱的上端。用0.1mol/LHCl淋洗，由于樹脂對(duì)Li+、Na+、K+的親和力大小順序是K+、Na+、Li+，因此，Li+先被洗脫，其次是Na+，最后是K+。儀器離子色譜由細(xì)顆粒高效離子交換樹脂固定相，用高壓泵輸送淋洗液，待分離物質(zhì)用注射器注入色譜柱，經(jīng)柱分離后的淋洗峰自定檢測(cè)并記錄。

3.4.4離子交換分離法的應(yīng)用3、性質(zhì)相似元素的分離——高效離子交換色譜法作用：高效離子交換色譜法可分離性質(zhì)相似的元素。例子離子交換色譜分離Li+、Na+、K+三種離子，將試液通過氫型強(qiáng)酸性陽離子交換柱，Li+、Na+、K+都交換于柱的上端。用0.1mol/LHCl淋洗，由于樹脂對(duì)Li+、Na+、K+的親和力大小順序是K+、Na+、Li+，因此，Li+先被洗脫，其次是Na+，最后是K+。儀器離子色譜由細(xì)顆粒高效離子交換樹脂固定相，用高壓泵輸送淋洗液，待分離物質(zhì)用注射器注入色譜柱，經(jīng)柱分離后的淋洗峰自定檢測(cè)并記錄。

3.4.4離子交換分離法的應(yīng)用類別項(xiàng)目陰離子鹵素離子：F、Cl、Br、I溴酸根、磷酸根、硫酸根等金