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离子交换平衡及分离离子交换分别法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换作用而使离子分别的办法。
早期的离子交换剂是硅铝酸盐沸石，现在最常用的是树脂的离子交换剂，这种离子交换剂呈球形小颗粒，强度大，很稳定，酸碱和氧化剂对它不起作用，具有较大的交换容量。
离子交换办法广泛地应用于无机物质和有机物质的分析中，成为分析化学中常用的重要分别手段。
12.5.1离子交换平衡及分别离子交换技术是按照某些溶质能解离为阳离子或阴离子的特性，利用离子交换剂与不同离子结合力强弱的差异，将溶质临时交换到离子交换剂上，然后用合适的洗脱或再生剂将溶质离子交换下来，使溶质得到分别、浓缩或提纯的操作技术。
离子交换操作属于液固非均相蔓延传质过程，所处理的溶液普通为水溶液，多相操作使分别变得简单。
离子交换可看作是溶液中的被分别组分与离子交换剂中一可交换离子举行离子置换反应的过程。
其挑选性高，而且离子交换反应是定量举行的，即离子交换树脂吸附和释放的离子的物质的量相等。
离子交换剂用法后性能将逐渐消逝，需用酸、碱、盐举行再生处理才干复原用法。
离子交换技术具有很高的浓缩倍数，操作便利，效果突出。
但生产周期长，成品质量有时较差，其生产过程中的pH变幻较大，故不适于稳定性较差的物质分别，在挑选分别办法时应予考虑。
12.5.1.1离子交换平衡离子交换过程是离子交换剂中的活性离子与溶液中的溶质离子举行交换反应的过程，这种离子的交换是按化学计量比举行的可逆化学反应过程。
当正、逆反应速度相等时，溶液中各种离子的浓度不再变幻而达平衡状态，即称为离子交换平衡。
若以L、S分离代表液相和固相，以阳离子交换反应为例，则离子交换反应可写为：其反应平衡常数可写为：式中，[A]、[B]分离为液相离子An+、B+的活度，稀溶液中可近似用浓度代替，mmol/mL;[RA]、[RB]分离为离子交换树脂相的离子An+、B+的活度，在稀溶液中可近似用浓度代替，mmol/g干树脂；KAB为反应平衡常数，又称为离子交换常数。
离子交换色谱生物碱
离子交换色谱是一种常用的色谱技术，可以用于分离和纯化生物碱和其他有机化合物。
下面是对离子交换色谱在生物碱分离方面的详细说明：
1. 原理：离子交换色谱主要基于离子交换剂与样品中离子之间的相互作用进行分离。
离子交换剂是一种具有可交换离子基团的树脂，能够与样品中的离子发生交换。
在分离过程中，样品中的离子会根据其带电情况和极性被不同的离子交换剂所吸附，从而实现分离。
2. 实验流程：在生物碱的离子交换色谱分离中，一般会首先将生物碱样品溶解在合适的溶剂中，然后通过输液泵将样品溶液注入色谱柱中。
色谱柱中填装有离子交换剂，样品中的离子会与离子交换剂发生交换，根据不同的带电情况和极性被吸附在不同的位置。
随后，用洗脱液将不同离子洗脱下来，收集各个峰的洗脱液即可得到各个组分。
3. 影响因素：离子交换色谱的分离效果受到多种因素的影响，包括样品的溶解性、离子交换剂的性质、流动相的组成和流速、实验条件等。
其中，样品的溶解性和离子交换剂的性质对分离效果的影响尤为显著。
在实验中需要根据实际情况选择合适的溶剂和离子交换剂，以获得最佳的分离效果。
4. 应用范围：离子交换色谱在生物碱的分离中具有广泛的应用，可以用于分离和纯化各种类型的生物碱，如喹啉类、嘌呤类、有机胺类等。
同时，离子交换色谱还可以用于其他有机化合物的分离和
纯化，如黄酮类、酚类等。
离子交换色谱是一种有效的分离技术，可以用于生物碱和其他有机化合物的分离和纯化。
在实际应用中需要根据实验条件和样品性质选择合适的溶剂和离子交换剂，以获得最佳的分离效果。
离子交换色谱法的分离原理和操作步骤离子交换色谱法（Ion Exchange Chromatography）是一种常用的高效分离技术，广泛应用于药物研究、生物化学和环境监测等领域。
该技术的原理基于离子间的互相吸附和解吸作用，通过离子交换剂和淋洗缓冲液的选择实现目标物质的分离和纯化。
一、分离原理：离子交换色谱法的分离原理是基于离子交换剂与样品中离子的相互作用。
离子交换剂通常是具有固定电荷的树脂材料，其内部可以连接带正电（阴离子交换树脂）或带负电（阳离子交换树脂）的功能基团。
当样品中的离子进入色谱柱，会与离子交换剂表面的功能基团发生静电相互作用，发生互相吸附。
在离子交换色谱的过程中，树脂固定相上的离子交换剂与样品中的离子发生竞争吸附，较强的离子与树脂固定相发生更强的吸附，较弱的离子则发生较弱的吸附。
通过调整淋洗缓冲液的性质和浓度，可以改变离子交换剂与样品中离子的相互作用强度，实现对目标物的选择性吸附和解吸。
二、操作步骤：1. 样品预处理：将待检样品进行前处理，例如提取、浓缩和溶解等步骤，以获得适合分析的样品。
2. 样品加载：将样品通过进样口注入离子交换色谱柱中，尽量避免空气进入，以免影响分析结果。
3. 柱洗脱：通过在色谱柱上通入淋洗缓冲液，将非目标物质从固定相上洗脱。
淋洗缓冲液的性质和浓度需要根据目标物质的亲和性进行选择。
4. 目标物洗脱：通过改变淋洗缓冲液的性质和浓度，实现目标物质与固定相的离子交换。
通常，当淋洗缓冲液中的离子浓度增加时，目标物质与固定相之间的离子交换作用会减弱，从而实现目标物质的洗脱。
5. 柱平衡：在每次使用色谱柱之前，都需要进行柱平衡步骤。
通过使用柱平衡液将色谱柱进行适当的平衡，以确保每次实验结果的准确性和重现性。
6. 数据采集和分析：最后，用适当的检测器检测洗脱出的样品，并对数据进行采集和分析。
根据峰面积或峰高，可以定量分析目标物质的含量。
离子交换色谱法作为一种高效的分离技术，具有分析速度快、选择性高、分辨率好等优点。
离子交换分离技术的操作步骤和样品制备离子交换分离技术是一种常用的分离和纯化方法，它基于离子交换树脂对样品中离子的选择性吸附和释放效应。
本文将介绍离子交换分离技术的操作步骤和样品制备方法。
1. 离子交换树脂选择离子交换树脂的选择是离子交换分离技术的关键之一。
树脂种类繁多，根据离子交换位点的性质可分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
根据样品中的目标离子，选择相应的交换树脂，以实现对目标离子的选择性吸附。
2. 树脂的预处理选择合适的树脂后，需要对树脂进行预处理以保证其良好的分离效果。
预处理的方法包括酸洗、碱洗等。
一般来说，需要将树脂与浓度适宜的酸或碱溶液进行反复洗涤，以去除树脂表面上的杂质和不稳定性物质。
3. 样品准备在进行离子交换分离前，需要对样品进行适当的制备。
样品的制备包括溶解样品、稀释样品等。
在样品制备过程中，需要保证样品的稳定性和均匀性，以确保分析结果的准确性。
4. 样品进样样品制备完成后，将样品以适量的体积进样到装有离子交换树脂的柱子或其他装置中。
进样时需注意保持流速适中，避免样品的过量进入树脂层，影响离子交换的效果。
5. 确定进样量和流速进样量和流速的选择对离子交换分离的效果和分离时间有重要影响。
进样量过大会导致树脂饱和，过小则会降低分离效率。
流速过大会降低离子交换的效果，流速过小则会延长分离时间。
因此，在实际操作中，需要进行不同进样量和流速的优化实验，选择最佳参数。
6. 洗脱和回收目标离子进样量和流速确定后，根据样品中的目标离子和树脂的选择性，选择合适的洗脱剂洗脱目标离子。
洗脱剂的选择需考虑洗脱效果、分离度和后续分析的需求。
洗脱后的目标离子可以进一步进行浓缩或纯化，以满足后续应用的需要。
7. 实验结束和设备清洗离子交换分离实验结束后，需要对装置和仪器进行彻底清洗，避免后续实验的干扰和交叉污染。
常见的清洗方法包括用去离子水或其他适当的溶液进行反复洗涤。
在实际的离子交换分离实验中，操作步骤和样品制备方法的选择需根据具体的分离要求和实验条件灵活调整。
离子交换分离操作技术离子交换分别方式可分为静态和动态两类。
静态交换是将溶液和离子交换剂共同放入容器，利用振荡、搅拌等方式令它们充分接触。
达到平衡后，用倾析、过滤或离心等办法使固液两相分别，然后分离处理。
这种操作属于单次平衡，分别效率不高，目前只在测定分配系数等试验讨论中能够用到。
动态交换是指溶液与离子交换剂发生相对移动的分别方式。
可见，离子交换色谱法就属于这种分别方式。
动态交换属于多次平衡，分别效率高，可延续化操作，应用较广。
因此，下面就重点介绍动态交换的操作步骤。
(1)树脂的挑选和处理在分别和富集前应首先按照分别的对象和要求挑选适当类型和粒度的树脂。
市售的树脂颗粒大小往往不够匀称，故用法前应该先过筛以除去太大和太小的颗粒，也可以用水溶胀后用筛在水中选取大小一定的颗粒备用。
普通商品树脂都含有一定量的杂质，故在用法前还必需举行净化处理。
对强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂，通常用4 mol/L HCl溶液浸泡1～2天，以溶解各种杂质，然后用蒸馏水洗涤至中性，浸入水中备用。
这样就得到在活性基团上含有可被交换的H+的氢型阳离子交换树脂或可被交换的Cl-的氯型阴离子交换树脂。
(2)装柱举行离子交换通常在离子交换柱中举行。
离子交换柱普通用玻璃制成，装柱时，在交换柱弥漫水的状况下，把经准备处理的树脂装入柱中，可小扣柱子使其装实，并防止树脂中夹有气泡。
始终保持液面高于树脂层，防止树脂干裂。
12-6所示，可保证树脂向来泡在液面下，不会进入气泡，但流速慢，还会使色谱峰稍有增宽。
图12-6 离子交换柱而图12-7的装置容易，但应注重勿使树脂层干枯而混入气泡。
图12-7 离子交换柱 (3)柱上分别将欲分别的试样溶液缓慢注入柱内，从上到下流经交换柱举行交换作用。
若试液中有几种离子同时存在，则亲和力大的离子先被交换到柱上，亲和力小的离子后被交换。
交换完成后，用蒸馏水或不含试样的空白溶液洗去残留的试液以及交换出来的离子。
离子交换实验报告离子交换实验报告引言：离子交换是一种重要的化学实验技术，通过固体离子交换树脂与溶液中的离子进行交换反应，实现对溶液中离子的分离、富集和纯化。
本实验旨在通过离子交换技术，研究和探究不同条件下离子交换反应的影响因素，以及其在实际应用中的潜力和局限性。
实验一：离子交换树脂的性质研究首先，我们选取了一种常用的离子交换树脂，通过测定其饱和交换容量和选择性系数等性质参数，来评估其离子交换能力和选择性。
实验结果表明，该离子交换树脂具有较高的饱和交换容量和较好的选择性，能够有效地吸附和分离不同离子。
实验二：离子交换反应的影响因素研究为了探究离子交换反应的影响因素，我们分别考察了温度、pH值和离子浓度对离子交换反应速率和吸附容量的影响。
实验结果显示，随着温度的升高，离子交换反应速率明显增加；pH值的变化对离子交换反应速率和吸附容量也有显著影响；而离子浓度的增加则会提高离子交换反应的速率和吸附容量。
实验三：离子交换技术在水处理中的应用离子交换技术在水处理领域有着广泛的应用。
我们通过模拟实际水处理过程，使用离子交换树脂对含有重金属离子的废水进行处理。
实验结果表明，离子交换技术能够有效去除废水中的重金属离子，达到环境排放标准。
同时，我们还研究了离子交换树脂的再生和循环利用问题，以提高其经济性和可持续性。
实验四：离子交换技术的局限性和发展方向离子交换技术虽然在水处理等领域有着广泛的应用，但也存在一些局限性。
例如，离子交换过程中会产生大量废液和废盐，对环境造成一定的污染。
此外，离子交换树脂的选择性和交换容量有限，不能同时对多种离子进行有效分离和富集。
因此，未来的研究方向可以是开发新型高效离子交换材料，提高其选择性和交换容量，以及探索更环保和经济的离子交换工艺。
结论：通过本次离子交换实验，我们深入了解了离子交换技术的原理、性质和应用。
离子交换技术在水处理、环境保护和化学分析等领域具有重要的应用价值。
然而，离子交换技术仍然存在一些挑战和局限性，需要进一步的研究和改进。
离子交换分离技术的操作步骤和原理离子交换分离技术（Ion Exchange Chromatography）是一种广泛应用于实验室和工业中的分离和纯化技术。
其操作步骤简便，原理清晰，被广泛应用于分析、制药、环境监测等领域。
离子交换分离技术的原理基于离子交换树脂的特性。
离子交换树脂具有一定的功能基团，能够与溶液中的离子发生化学反应。
在这一过程中，反应中的阳离子会与树脂上的阴离子基团结合，而阴离子与树脂上的阳离子基团结合。
通过这种离子交换反应，实现溶液中特定离子的分离与纯化。
离子交换分离技术的操作步骤主要包括样品准备、离子交换柱的装置、进样和洗脱等环节。
首先，样品准备是离子交换分离技术的重要一步。
样品通常需要被预处理，以便去除杂质和调整pH值等参数。
这可以通过过滤、酸碱调节、或其他化学反应来实现。
经过适当的样品准备后，样品溶液中的目标离子可以进一步分离和纯化。
其次，装置离子交换柱。
离子交换柱是离子交换分离技术操作中的核心设备，其内部充满了离子交换树脂。
常见的离子交换树脂有阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
在这一步骤中，需要将柱导通缓冲液，以达到最佳的性能。
缓冲液的选择取决于离子交换柱中离子交换树脂的功能基团及其性质。
接下来，进行样品的进样。
进样可以通过多种方式实现，比如通过注射器将样品溶液垂直滴入柱中。
进样时，溶液中的目标离子会与离子交换树脂中的功能基团发生离子交换反应。
这一步骤的快速和准确性对于最终的分离效果起着重要作用。
完成进样后，需要通过洗脱步骤将目标离子从离子交换树脂中解离出来。
合适的洗脱条件取决于样品的特性和离子交换树脂的性质。
洗脱可以通过改变溶液pH 值、离子浓度或引入竞争性离子来进行。
通过调节洗脱条件，目标离子可以从离子交换树脂上被洗脱下来，实现分离和纯化。
最后，为了保持离子交换柱的稳定和延长使用寿命，在操作完成后需要进行再生步骤。
再生根据离子交换柱的特性和实验需求而定，常见的再生方法包括酸碱洗脱、高浓度离子洗脱等。
离子交换过程的动力学分析方法和数据处理离子交换是一种重要的化学过程，它在多个领域中广泛应用，例如水处理、环境保护和药物合成等。
了解离子交换过程的动力学行为对于优化反应条件、提高产物纯度至关重要。
在本文中，我将讨论离子交换过程的动力学分析方法和数据处理方法，以帮助读者更好地理解和应用该过程。
动力学分析方法是研究离子交换过程的关键工具之一。
常用的方法包括颗粒扩散法、表面扩散法、液相混合法和电子传导法等。
颗粒扩散法通过测量离子在颗粒中的扩散速率来研究离子交换过程的速率常数。
表面扩散法则是通过测量粒子表面离子交换速率来研究反应速率。
液相混合法可以通过测量离子在液相中的输运速率来研究离子交换过程的速率。
电子传导法则是通过测量离子在电解质溶液中的电导率来研究离子交换过程的速率。
除了动力学分析方法外，数据处理也是离子交换过程研究的重要一环。
在离子交换过程中，我们通常关注的是离子浓度随时间的变化。
可以通过将实验数据与适当的模型进行拟合来获得离子交换动力学参数，如速率常数和吸附容量等。
常用的数据处理方法有最小二乘法和非线性回归分析等。
最小二乘法是一种广泛应用的数据处理方法，它通过最小化实验数据与拟合曲线之间的差异来得到最佳拟合曲线。
通过这种方法，我们可以得到离子交换过程的速率常数和吸附容量等参数。
非线性回归分析则是一种常用的非线性数据处理方法，它可以通过拟合与实验数据之间的非线性关系来获得离子交换过程的动力学参数。
在离子交换过程的数据处理中，我们还需要注意误差分析。
误差分析可以帮助我们评估实验数据的准确性和可靠性。
常用的误差分析方法包括方差分析和残差分析等。
通过这些方法，我们可以确定实验数据中的误差来源，并进行相应的修正和改进。
综上所述，离子交换过程的动力学分析方法和数据处理方法对于研究该过程的速率常数和吸附容量等参数至关重要。
通过适当的动力学分析方法和数据处理方法，我们可以更好地理解离子交换过程，并为实际应用提供有价值的指导。
离子液体的分离和纯化技术离子液体是一种特殊的液态物质，其具有较高的热稳定性、溶解能力和电导率，广泛应用于化学、材料科学、药物制剂等领域。
离子液体的分离和纯化技术是一项重要的研究方向，旨在提高离子液体的制备纯度和降低制备成本。
本文将从萃取、离析、蒸馏和吸附等角度论述离子液体的分离和纯化技术。
一、萃取技术萃取是一种将离子液体从混合溶液中分离出来的有效方法。
常见的离子液体萃取剂包括有机溶剂、水相改性剂和表面活性剂等。
通过选择合适的萃取剂和调节操作条件，可以实现离子液体的有效分离和纯化。
例如，采用有机溶剂作为萃取剂，通过溶剂萃取的方式可将离子液体从溶液中萃取出来。
此外，水相改性剂和表面活性剂的引入可以提高离子液体的相互不溶性，从而实现相分离和纯化。
二、离析技术离析是一种通过离子交换剂将离子液体从混合溶液中分离出来的方法。
离子交换剂是带有固定的离子交换位点的高分子化合物，它能够选择性地吸附或释放溶液中的离子液体。
离析技术通常通过选择合适的离子交换剂和调节操作条件，使溶液中的离子液体与离子交换剂发生相互作用，从而实现分离和纯化。
离析技术具有分离效率高、操作简便等优点，因此在离子液体的分离和纯化中得到广泛应用。
三、蒸馏技术蒸馏是一种将离子液体从混合溶液中分离出来的传统方法。
通过调节溶液的沸点和蒸馏塔的温度梯度，可以实现离子液体的汽化和冷凝，从而达到分离和纯化的目的。
蒸馏技术在离子液体的制备和纯化过程中具有较高的分离效率和选择性，但是能耗较高，需要较复杂的设备和操作条件。
四、吸附技术吸附是一种将离子液体从混合溶液中吸附到固体吸附剂上的方法。
固体吸附剂通常是具有大比表面积和高孔隙率的多孔材料，如活性炭、硅胶和分子筛等。
通过选择合适的吸附剂和调节操作条件，可以实现离子液体的吸附和纯化。
吸附技术具有操作简单、分离效率高等优点，但是吸附剂的再生和回收过程对能源和环境有一定的影响。
综上所述，离子液体的分离和纯化技术是一项重要的研究领域，包括萃取、离析、蒸馏和吸附等多种方法。
在冶金、化学研究等领域中，氧化铂和氧化铑常常需要通过特殊技术进行分离，离子交换技术是常用的一种。
这个过程主要利用离子交换树脂在矿物酸溶液中选择性地吸附一种离子，以实现两种金属离子的分离。
一般的操作过程如下：
1. 碾磨: 对含有铂和铑的矿石进行碾磨，使其充分暴露于后续处理的反应中。
2. 酸浸: 在适宜的温度和压力下，使用浓硫酸浸取矿石，将其转化为溶液中的金属离子。
3. 离子交换: 将上述的矿酸溶液与离子交换树脂接触，离子交换树脂的选择性吸附使得我们可以实现铂和铑的分离。
这一步是离子交换法分离铂铑的关键，需选择适宜的离子交换树脂和操作条件。
4. 洗脱: 运用适当浓度的洗脱剂，如硫酸或氢氧化钠，将被吸附在树脂上的金属离子洗脱下来，进一步实现分离纯化。
需要注意的是，具体的操作参数（如温度、压力、酸浸时间、离子交换条件等）及洗脱剂的选择等，需要根据实际的矿石成分、铂铑含量和所需纯度进行调整。
第五章离子交换分离法离子交换分离法是目前最重要和应用最广泛的化学分离方法之一，该法就其适用的分离对象而言，几乎可以用来分离所有的无机离子，同时也能用于许多结构复杂、性质相似的有机化合物的分离。
该法就其可适用的分离规模而言，它不仅能适应工业生产中大规模分离的要求，而且也可以用于实验室微量物质的分离和分析。
迄今为止，人们从自然界或者通过人工合成，已经找到了许多物质可以作为离子交换剂，按性质可以分为两大类：一为无机化合物，称为无机离子交换剂，自然界中存在的粘土、沸石，人工制备的某些金属氧化物或难溶盐类等；另一类是有机化合物，即称为有机离子交换剂，其中应用最为广泛的是离子交换树脂，他们是人工合成的带有离子交换功能团的有机高分子聚合物。
离子交换分离中最常用的是柱上色谱分离法。
该法是将颗粒状的离子交换树脂或无机离子交换剂装柱后使用。
此外，也可以加工成离子交换膜、离子交换纸、离子交换纤维等形式，以纸上色谱法、薄层色谱法、或者作为电渗析的隔膜等，用于化学分离和分析或纯化等过程。
离子交换是自然界中广泛存在的现象，人类在长时期中都在自觉不自觉中应用着这一过程，但真正确认离子交换现象的，通常都认为是两位英国农业科学家Tompson和Way。
1850年他们报道，用硫酸铵或碳酸铵处理土壤时，铵离子被吸收而析出钙，土壤即为有显著离子交换效应的离子交换剂。
其他无机离子交换剂如硅酸盐等到上一世纪初已经在水的软化、糖的净化等许多方面有了工业规模的应用。
但无机离子交换剂往往不能在酸性条件下使用。
1935年Adams和Holmes 研究合成了具有离子交换功能的高分子材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂，为人类获得性质优良的离子交换剂开辟了新的途径，这一成就被认为是离子交换发展进程中最重要的事件。
1945年美国人Alelio成功地合成了聚苯乙烯系阳离子交换树脂，此后又合成了其他性能良好的聚苯乙烯系、聚苯烯酸系树脂，使离子交换成为在许多方面表现出优势的低能耗、高效率的分离技术。
说明及实验方法-离子交换第一篇：说明及实验方法-离子交换离子交换实验装置使用说明本实验装置由四根柱子组成，从左到右第一根为沙滤柱，第二根为阳离子交换柱，第三根为阴离子交换柱，第四根为阴、阳树脂混合交换柱。
采用上进下出的进水方式进行处理实验。
图中反冲洗管路没有画出。
使用本实验装置可以对自来水进行脱盐份处理；或者采用纯净水加盐的方法人工配制水进行处理实验；或者采用纯净水加重金属离子的方法，人工配制模拟重金属废水进行处理实验。
注意，由于本实验装置中的离子交换树脂量有限，为了延长树脂的使用寿命，故在配制实验用水时的浓度不宜过高，一般控制在10～50ppm之间。
交换树脂的再生采用体外再生的方法进行，由于交换树脂的总量有限，再生又比较麻烦，故建议直接购买再生好的交换树脂进行更换（价格低廉）。
第一步：实验前的准备1.检查关闭以下阀门①进水箱和出水箱的排空阀门。
②进水流量计的调节阀。
2.将实验水倒入进水箱。
第二步：进行离子交换实验1.首先制定好您的实验方案①如果采用自来水或纯水加盐的方法来进行脱盐处理实验，则要准备好盐度计。
②如果采用配制重金属离子的实验水进行实验，则要准备好检测重金属的分析方法和手段。
③制定好进水流量和交换时间等一系列实验条件。
2.插上进水泵电源插头，水泵开始工作，慢慢打开流量计调节阀，让流量计转子处于1/3位高度。
慢慢打开最后一根离子交换柱的下端出水阀（不要开大），开至出水流量与进水流量基本平衡（流量计转子基本上处于1/3位高度）。
然后再调节流量计至您所需要的实验流量，并开始计时。
3.实验水动态流经三根离子交换柱一定时间后（实验时间），慢慢打开阳柱和阴柱的下端出水阀，分别取阳柱、阴柱和混合柱的出水，去测定相应的检测项目（如盐度、重金属离子浓度等）。
阳柱和阴柱取完水样后要立即关闭出水阀。
4.在整个实验过程中，如果出现离子交换柱的上端积累空气太多的现象，则可打开上端的排积气阀，排除多余的空气后关闭排积气阀门。
知识与经验离子交换分离的试验技巧及研究方法周锦帆1,王 慧2,吴 骋2,俞 璐2,王国新2(1.检验检疫科学编辑部,北京100022; 2.常熟出入境检验检疫局,常熟215500)中图分类号:O652.63 文献标志码:B 文章编号:1001-4020(2010)08-0960-03复杂物质的分离,首选的分离方法是离子交换[1],已被分析化学工作者公认。
文献[2]已报道过采用阴离子交换树脂在1mo l L-1盐酸溶液中可选择性分离金,然后用原子吸收光谱法测定,该方法已被国内进口铜精矿企业及检验检疫实验室普遍采用。
在本文中主要介绍离子交换分离的试验技巧及研究方法。
1 离子交换分离的优点树脂商品化数十年,质量可靠,费用小;分离操作简便,采用小型离子交换柱进行分离,分离速度快;不使用有毒有害的有机萃取剂及溶剂,环境污染小;离子交换树脂性能稳定,可再生长期反复使用。
2 离子交换分离的方法以下3种情况:阳离子与阳离子,阳离子与阴离子,阴离子与阴离子都可进行离子交换分离。
离子交换分离方法的研究,通常要解决几个问题,树脂的种类,离子交换柱的大小,淋洗剂及其浓度的选择,以使其有效分离。
2.1 树脂种类的选择阳离子交换树脂用于阳离子与阴离子分离、阳离子与阳离子分离,最常用的是Bio-Rad AG50w-X8树脂。
阴离子交换树脂用于阳离子与阴离子分离,最常用的是Bio-Rad AG1-X8树脂。
萃淋树脂是使用粒径为150~180 m(80~ 100目)的CL-T BP树脂,用于Fe3+、UO2+2、铬( )的分离。
Chelex-100树脂是最有实用价值的螯合树脂,常用于微量重金属离子的分离,尤其是碱和碱土金属中重金属离子的分离。
收稿日期:2009-10-09活性氧化铝树脂可从其他阴离子中分离SO2-4、F-、PO3-4等离子。
建议少用泡沫塑料、巯基棉和活性炭作为吸附剂,因为它们的吸附容量小、不易再生、性能不稳定。
2.2 树脂粒径的选择离子交换树脂颗粒与分离效果及分离耗时有极大关系。
试验用的树脂过细,则流速很慢,如用38~ 75 m(200~400目)树脂,再加上淋洗液体积又大,则整个分离时间很费时,影响分析方法实用性。
试验用的树脂过粗180~300 m(50~80目),则分离效果较差。
从外观上,离子交换树脂选择应注意以下几点:(1)树脂的级别:若有可能,选用分析级,优点是粒径均匀、杂质少、灰分低。
(2)树脂的颜色:选用浅色树脂,以便观察有色金属离子的分离效果。
(3)树脂的粒径:若自己研磨,选用粒径为125~180 m(80~120目)的树脂;若使用商品树脂,则选用粒径为75~150 m(100~200目)的树脂。
2.3 树脂的预处理商品化的树脂在使用前需进行预处理,以处理阳离子交换树脂为例。
将100g市售阳离子树脂(经研磨后树脂粒径为150~180 m)或进口树脂(75~150 m)置于500mL烧杯中,加3mo l L-1盐酸溶液250m L,搅拌,放置2h,即可有效地洗去新树脂内的金属离子。
滤去液体,用去离子水300m L洗去滞留在树脂颗粒间的盐酸,滤去液体,重复一次,洗到pH值为1~2即可。
一般没有必要用有机溶剂处理树脂或用浓度小于4m ol L-1盐酸溶液长期浸泡树脂。
2.4 小型离子交换柱用什么样的离子交换柱来实施离子交换分离,涉及离子交换分离的实用价值问题。
不同作者使用树脂量不同的离子交换柱,分离的效果差异很大,即树脂用量(树脂层高度和体积)的选择是离子交换分离实施的核心之一。
离子交换柱的设计,决定了分析方法的可靠性、实用性、可推广性、试剂用量和空白高低。
交换柱内树脂的量,应该用柱管的内径与树脂层的高度来表示,以说明树脂层体积。
树脂层的规格有1.2cm 15cm,1.2cm 10cm及小型离子交换柱0.6cm 6cm等。
树脂层为0.6cm 6cm的小型离子交换柱,树脂层体积为1.7m L,树脂干重约为0.8g,主要用于样品中微量元素的富集分离。
经验表明:90%以上的离子交换分离均可以用树脂量约为1.7mL的小型离子交换柱解决。
小型离子交换柱具有树脂层体积小、淋洗体积小、操作方便、可缩短离子交换分离时间、空白低、样品回收率高等优点。
较大型离子交换柱的树脂层为1.2cm 10cm,柱体积较大、树脂层体积为13mL,用于解决大量基体元素的分离,如用于0.2g钢中 g级14个稀土元素的分离。
可以吸附0.2g铁离子,待测微量稀土元素快速通过交换柱而得以分离。
2.5 离子交换柱的制备小型离子交换柱通常用5m L(或10mL)酸滴定管加工而成,柱上部有5cm长的18cm 50m m 的广口,10m L酸滴定管加工的离子交换柱常用于萃淋树脂柱的分离。
大型离子交换柱通常内径为1.2cm,长30cm,其上部8cm是直径2.8cm的广口。
为了得到好的精密度,尽可能选择内径相同的同一批交换柱。
交换柱不使用时,树脂层上部应保持一定量的水,且把交换柱的活塞拧紧,以免滴漏使柱内液体流干(因为流干时会有气泡进入树脂层,从而影响分离效果)。
2.6 离子交换柱的装柱及必备工具柱的下部先装约0.5cm腈纶纤维,以防止150~180 m(80~100目)树脂漏出。
腈纶纤维耐酸耐碱,可长期使用。
装柱时在柱的下部不允许用玻璃纤维,因为在重新装柱时玻璃纤维易破碎,并混入离子交换树脂中,即在树脂中有了玻璃纤维杂质。
对于树脂粒径小于180 m(100目)或装萃淋树脂(比重比普通树脂小)时,在树脂装柱后,树脂层上部应加0.5cm脱脂棉,以防止加入样液上柱后和淋洗时树脂明显向上漂浮。
30cm的不锈钢焊条做成的小钩子是装柱的必备工具,其用途是在重新装柱时,钩出柱内的腈纶纤维。
形状见图1。
图1 不锈钢小钩子Fig.1 Small stainless steel hook塑料直尺:测量树脂层高度。
一批离子交换柱其内径应完全相同,树脂层高度相差不超过0.3cm,目的是使一批离子交换柱分离流速一致、分离效果一致。
秒表:测流速。
如果采用150~180 m(80~ 100目)树脂,在分离时可将活塞开到最大,不必控制流速。
同一批交换柱进行分离,若装柱有经验,流速必然基本一致。
5mL或10mL移液管。
倒用的移液管的用途是吸出柱内过量的树脂,以及在加腈纶纤维和脱脂棉时将其稍稍压实。
2.7 装柱方法装柱以湿法装柱为好。
具体方法:先将交换柱(用滴定管加工而成)内装满水,打开活塞,在水通过交换柱的同时排去活塞下面的气泡,再加腈纶纤维,用移液管的平头把腈纶纤维稍压紧。
然后将离子交换树脂与水混匀,注入垂直放置的交换柱中,静置使其慢慢沉降至所需高度,这样制成的交换柱比较均匀,若加入树脂量过多,可用移液管倒过来将过多的树脂吸出。
装柱效果的检查:同一批离子交换柱,将活塞完全打开,其流速应非常接近。
2.8 常见离子交换柱装柱错误粒子的粒径为180~300 m(50~80目)时,分离效果差。
树脂用量过多,即使分离少量金属离子,所装的树脂量大于5m L,或10m L,使整个分离消耗的淋洗剂量增多,分离时间过长。
树脂用浓度大于6m ol L-1盐酸溶液浸泡,此时室内酸蒸气过大,树脂的洗涤效果并不比3mol L-1盐酸溶液好。
交换柱自制,活塞密封性差,常滴漏,树脂层内有空气,使交换柱不得不经常重装。
用玻璃纤维放在树脂层底,重装柱时,由于玻璃纤维破碎而混入树脂。
3 离子交换分离条件的快速确定 K d及其应用如何确定阳离子与阳离子、阳离子与阴离子分离时的淋洗剂浓度,以及把阳离子(或另一个阳离子)最后从柱上洗下,并使离子交换柱有效且方便地再生是离子交换分离最重要的核心问题。
Strelow[3]提出了在不同浓度盐酸介质中测定40多种金属离子的分配系数K d值。
根据Strelo w在不同酸体系中金属离子的K d值与此时在离子交换柱上的行为,提出了K d40法[2],随后又进一步提出了淋洗剂浓度速查表[4],即在1min内即知阳离子与阳离子分离的可能性及最合适淋洗剂浓度。
分配系数K d在离子交换分离中有极其重要的意义,它是在某一条件下,金属在离子交换树脂上吸附能力的标志。
K d的测定应采用Strelow[3]的方法:取干树脂2.5g于500m L烧杯中,加某浓度的酸230mL,加金属离子0.25m g,加某浓度的酸至250mL,搅拌24h,过滤。
测定滤液中金属离子的量,同时计算出吸附在树脂上金属离子的量(或将树脂灰化后测定),由下式计算某浓度酸时金属离子的K d:K d=c0-c e qc eqVm式中:c0为溶液中金属离子的初始浓度(m g L-1);c eq为吸附平衡时溶液中金属离子的浓度(m g L-1);V为溶液的体积(m L);m树脂的质量(g)。
通过测定分配系数[5],然后再确定元素的分离条件。
K d值大,表示在某介质某离子在该树脂上的吸附能力强,反之亦然。
K d>40,强吸附于树脂; K d<10,不吸附于树脂。
根据待分离元素和基体分配系数的差异,适当选择分离条件,可实现被测物与基体的有效分离。
由金属离子在不同酸介质得到的K d40和K d 10而组成的淋洗剂浓度速查表可快速确定金属离子在阳离子交换树脂上分离条件,即可知道不同金属离子分离合适的淋洗剂浓度,从而简化了离子交换分离条件探索研究过程。
例如:稀土与非稀土的阳离子交换分离,结果表明:在1.75mo l L-1盐酸溶液中,稀土元素的K d>40,定量吸附,而非稀土元素的K d<10,即不吸附,从而使稀土与非稀土得以分离。
4 离子交换分离的淋洗曲线离子交换分离的淋洗曲线,可以说明不同金属离子分离的全过程。
以流出液中离子浓度为纵坐标,洗脱液体积为横坐标作图,可得到淋洗曲线(洗脱曲线)。
有些教科书认为淋洗曲线的形状是图2中曲线1,事实上淋洗曲线应为图中曲线2,即淋洗时有个明显的拖尾现象,而不可能是曲线1。
通过观察淋洗曲线也可以考察到被分离元素的分离效果。
淋洗曲线上各元素的峰位置分得越开,则分离效果越好。
图2 淋洗曲线Fig.2 Elution curve5 离子交换分离效果的检查及离子交换分离常见错误用离子交换法将干扰因素分离后,应对分离效果进行检查[5],以便使研究者了解分离效果。
检查的方法如下:例如钢中微量稀土元素的分离,稀土元素是A m+,铁为基体元素。
分离方法是基体Fe3+与Cl-生成[FeCl4]-络阴离子吸附于阴离子交换树脂,而A m+(稀土)不吸附。
在采用离子交换柱分离后,应考察A m+的吸附和淋洗曲线,另外,还应考察分离以后A m+流出液中共存的Fe3+含量,即检查A m+和Fe3+的分离效果。
离子交换分离常见错误:(1)不同金属离子的分离,如果没有可靠的数据说明为什么采用某淋洗剂浓度,通常采用的淋洗剂浓度为整数。
