离子交换分离法

第四节离子交换分离法离子交换法是利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生交换反应来进行分离的方法。

其实质是：使离子交换亲和力差别很小的待测组分在反复的交换洗脱过程中得到放大，从而在宏观上造成它们在交换柱中迁移速度上的差别, 使之分离。

它既可分离不同电荷的离子，也可分离相同电荷的离子。

一、离子交换树脂：离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有网状结构的骨架，在这种网状结构的骨架上有许多可被交换的基团，根据被交换的活性基团不同，一般把树脂分成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

二、阳离子交换树脂：( 又称H —型阳离子交换树脂)活性基团为酸性基团，其中的阳离子可被溶液中的阳离子所交换。

若活性基团为强酸性的—SO3H ，则为强酸性阳离子交换树脂。

若活性基团为弱酸性的—COOH 或—OH ，则为弱酸性阳离子交换树脂。

R—SO3H 在酸性、中性、碱性溶液中都可以用。

交换速度快，弱酸性树脂对氢离子亲和力大，在酸性溶液中不宜使用。

强碱性阴离子交换树脂( 如国产717 树脂，R —N(CH3)3Cl) ：在酸中、碱性溶液中都能使用。

对强、弱酸根都能交换，应用广。

弱碱性阴离子( 如国产701 树脂，R—NH2) ：对的亲和力大，在碱性溶液中，失去交换能力，应用较少。

四、螯合树脂：在离子交换树脂中引入某些能与螯合的活性基团。

如含有氨基二乙酸基团的树脂，由该基团与的反应特性，它可对作用。

因此，可根据需要，有目的合成一些新的螯合树脂，以解决某些性质相似离子的分离与富集问题。

五、离子交换分离操作：1 ．树脂的处理：市售树脂往往颗粒大小不均匀，或粒度不合要求，且含杂质，需经处理。

处理过程：晾干——研磨——过筛（40 ～70 目）————HCl 浸泡（4 ～6mol? l HCl 浸泡1 ～2 天，除杂，如)————————————洗涤至中性，浸泡于蒸馏水中备用。

此时，阳离子树脂已处理为H 型，阳离子树脂已处理为Cl 型。

2 ．装柱，一般先装入1/3 体积的蒸馏水，然后树脂从顶端缓缓加入让其在柱内均匀、自由沉降，使树脂均匀一致。

四、离子交换分离法离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应而使离子分离的方法。

离子交换分离法分离效果好，交换容量大，设备简单，不仅是分析化学中的常用分离方法，也是工业生产中的常用提纯方法。

凡具有离子交换能力的物质均可称为离子交换剂。

天然的离子交换剂有粘土、沸石、淀粉、纤维素、蛋白质等，但目前更多使用的是合成的离子交换树脂。

离子交换树脂是带有活性基团的高分子聚合物，通常制成颗粒状球使用，其内部骨架部分呈网状结构，上面分布着大量的可交换基团。

例如，聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂就是苯乙烯和二乙烯苯聚合后磺化制得的聚合物。

在树脂的庞大结构中碳链和苯环组成了树脂的骨架，它具有可伸缩性的网状结构，其上的磺酸基是活性基团。

当这种树脂浸沦于溶液中时－SO3H的H＋与溶液中阳离子进行交换。

在苯乙烯和二乙烯苯聚合成具有网状骨架结构树脂小球中，二乙烯苯在苯乙烯长链之间起到"交联"作用。

因此，二乙烯苯称为交联剂。

通过磺化，在树脂的网状结构上引入许多活性离子交换基团----磺酸基团。

磺酸根固定在树脂的骨架上，称为固定离子，而氢离子可被交换，称为交换离子。

1. 离子交换剂的种类和性质（1）离子交换树脂阳离子交换树脂：a. 强酸型：活性基团-SO3H，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用。

b. 弱酸型：活性基团-COOH，-OH，在中性、碱性中使用。

阴离子交换树脂：a. 强碱型：活性基团为季胺基[-N(CH3)3Cl]，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用。

b. 弱碱型：活性基团为伯、仲、叔胺基，在中性和酸性中使用。

（2）特殊树脂a. 螯合树脂：含有特殊的活性基团，可以某些金属离子形成螯合物，在交换过程中能选择性地交换某些离子。

例如，氨羧基－[N(CH2COOH)2]螯合树脂b. 大孔树脂这类树脂具有大的孔径，可用于大分子的分离、富集.c. 纤维离子交换剂纤维离子交换剂是天然纤维素经化学改性而成。

第六章离子交换分离技术1.离子交换法是应用离子交换剂作为吸附剂通过静电引力吸附在离子交换器上，然后用洗脱剂洗脱下来从而达到分离、浓缩、纯化的目的。

现已广泛应用于生物分离过程在原料液脱色、除臭、目标产物的提取，浓缩和粗分离等方面发挥着重要作用。

2.离子交换法要使用离子交换剂，常用的离子交换剂有两种：使用人工高聚物作载体的离子交换树脂是使用多糖做载体的多糖基离子交换剂3.离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子聚合物。

4.离子交换树脂的构成：载体或骨架：功能基团；平衡离子或可交换离子5.离子交换反应是可逆的，符合质量作用定律6.离子交换树脂按照活性离子的分类树脂活性离子带正电荷，可与溶液中的阳离子发生交换，称为阳离子交换树脂树脂活性离子带负电荷，可以溶液中的阴离子发生交换，称为阴离子离子交换树脂7.离子交换树脂分离纯化物质主要通过选择性吸附（进行吸附时具有较强的结合力）和分步洗脱这两个过程来实现8.强酸性阳离子交换树脂洗脱顺序：酸性<中性<碱性9.离子交换树脂的分类方法有4种按树脂骨架的主要成分分：聚苯乙烯型树脂；聚苯烯酸型树脂；多乙烯多氨-环氧氯苯烷树脂；酚-醛型树脂；按骨架的物理结构来分：凝胶型树脂（微孔树脂，呈透明状态，高分子骨架）；大网格树脂（大树树脂，填充剂）；均孔树脂（等孔树脂）；按活性基团分类：阳离子交换树脂，对阳离子具有交换能力强酸性阳离子交换树脂：活性基团为硫酸基团（-SO3H）和次甲酸磺酸基团（-CH2SO3H）。

都是强酸性基团能在溶液中解离出H+。

弱酸性阳离子交换树脂：活性基团由羧基（-COOH）和酚羟基（-OH），交换能力差。

阴离子交换树脂：活性基团为碱性，对阴离子具有交换能力强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团（-NR3OH），能在水中解离出OH-而呈碱性弱碱性阴离子交换树脂：伯氨基（-NH2）仲氨基（-NHR）或叔氨基（-NR2），能在水中解离出OH-，但解离能力较弱，交换能力差以上4种树脂是树脂的基本类型，各种树脂的强弱最好用其活性基团的pK来表示11.大孔型离子交换树脂的特点载体骨架交联度高，有较好的化学和物理稳定性和机械强度孔径大表面积大，表面吸附强孔隙率大，密度小12.离子交换树脂的命名由3位阿拉伯数字组成：第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架，第三位数字微顺序号13.离子交换树脂的理化性能：交联度；交换容量；粒度和形状（色谱用50到100目树脂，一般提取纯化用20到60目树脂）；滴定曲线（是检验和测定离子交换树脂性能的重要数据）；稳定性；膨胀性（膨胀度）14.交换容量（名解）：是每克干燥的离子交换树脂或每毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数。

第六章离子交换分离法一、本章的教学目的与要求了解离子交换分离法的原理及应用二、授课主要内容§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类1.离子交换树脂的性能和作用2.离子交换树脂的分类§6—2 离子交换的基本理论§6-3 离子交换分离操作方法1．离子交换树脂选择2．树脂的处理市售的树脂，其粒度往往不均匀或粒度太小或不符合要求，或含有杂质，使3．仪器装置§6—4 柱上离子交换分离法§6—5 离子交换分离实例1、去离子水的制备2、试样中总盐量的测定3、干扰组分的分离4、痕量组分的富集§6—6 离子交换层析法一．原理：二．分离条件的选择三．应用示例三、重点、难点及对学生的要求掌握离子交换分离法的原理及分离条件的选择四、主要外语词汇ion change resin; cation resin; anion resin五、辅助教学情况（多媒体课件）六、复习思考题习题：1、离子交换树脂的作用、性能和分类2、子交换树脂的分类3、离子交换树脂选择如何利用离子交换树脂进行去离子水的制备、试样中总盐量的测定、干扰组分的分离、痕量组分的富集4、什么是树脂的交联度？如何表示？七、参考教材references《工业分析》机械工业出版社、重庆大学出版社，1997年，第一版《分离及复杂物质分析》邵令娴编，化学工业出版社，1984年，第一版第六章离子交换分离法沸泡石软化水，Ca2++2Na+Z═2Na++Ca2+Z2 (1905年)，用亚硫酸钠处理过的纸浆纤维上结合了磺酸基团而具有交换能力。

§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类一、离子交换树脂的性能和作用离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有网状结构的骨架部分，树脂骨架十分稳定，对酸碱有机溶剂及一般弱的氧化剂不起作用，对热稳定，骨架上结合着许多可以交换的基团，如－SO3H、－COOH、季胺基、≡NOH等。

如聚苯乙烯酸基阳离子交换树脂，用苯乙烯和二乙烯基苯所得的聚合物经硫酸磺化制得。