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7-离子交换分离法-2010

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离子交换法方程式

离子交换法方程式

离子交换法方程式
（原创实用版）
目录
1.离子交换法的定义和原理
2.离子交换法的应用领域
3.离子交换法的方程式及其解析
正文
一、离子交换法的定义和原理
离子交换法是一种常用的物质分离和纯化方法，其基本原理是利用离子交换剂与待处理溶液中的离子进行交换，从而达到分离和纯化的目的。

离子交换剂通常是一种具有固定电荷和不同交换基团的高分子物质，它可以与溶液中的离子发生可逆的吸附和解吸附反应。

二、离子交换法的应用领域
离子交换法广泛应用于化学、生物学、环境科学等领域，主要用途包括：水处理、离子分离和浓缩、离子交换色谱、电镀废水处理等。

三、离子交换法的方程式及其解析
离子交换法的基本方程式如下：
R-H+ + Na+ → R-Na+ + H+
其中，R-H+ 代表待处理的阳离子，Na+ 代表交换剂上的可交换阳离子，R-Na+ 代表交换后的产物。

从方程式中可以看出，离子交换法的过程是一个动态平衡过程，其交换速度和交换效率受到多种因素的影响，如交换剂的物理和化学性质、溶液的 pH 值、反应时间等。

第1页共1页。

离子交换法实验报告

离子交换法实验报告

离子交换法实验报告离子交换法实验报告引言：离子交换法是一种常用的分离和纯化技术，广泛应用于水处理、化学分析、生物制药等领域。

本实验旨在通过离子交换法，探究不同离子交换树脂对溶液中离子的吸附和解吸性能。

实验方法：1. 实验材料和设备：- 离子交换树脂：选择合适的离子交换树脂，如强酸性树脂、弱酸性树脂、强碱性树脂等。

- 溶液：准备含有不同离子的溶液，如NaCl溶液、CaCl2溶液等。

- 离子交换柱：用于装填离子交换树脂，实现离子交换过程。

- 实验仪器：pH计、离子计等。

2. 实验步骤：a. 准备工作：将离子交换树脂充分膨胀，并用去离子水洗涤，以去除杂质。

b. 样品制备：按照实验要求，制备不同浓度和组分的溶液样品。

c. 离子交换：将样品通过离子交换柱，使溶液中的离子与离子交换树脂发生吸附和解吸作用。

d. 分析测定：采用适当的分析方法，如pH计、离子计等，对吸附和解吸后的样品进行测定。

实验结果与讨论：1. 不同离子交换树脂对离子的选择性：实验结果显示，强酸性树脂对酸性离子具有较高的选择性，而强碱性树脂则对碱性离子具有较高的选择性。

这是因为离子交换树脂的功能基团与离子之间的亲和力不同所致。

此外，弱酸性树脂具有一定的选择性，可同时吸附酸性和碱性离子。

2. 离子交换过程中的影响因素：a. pH值：离子交换树脂的选择性受pH值影响较大。

在不同pH条件下，离子交换树脂的功能基团带电性质发生变化，从而影响离子的吸附和解吸。

b. 流速：流速的增加会降低离子交换树脂对离子的吸附效率，因为较快的流速会减少离子与树脂之间的接触时间。

c. 离子浓度：离子浓度的增加会增加离子交换树脂的吸附量，但过高的离子浓度可能导致饱和，使树脂失去吸附能力。

结论：离子交换法是一种有效的分离和纯化技术，通过选择合适的离子交换树脂，可以实现对溶液中离子的选择性吸附和解吸。

实验结果表明，离子交换树脂的选择性与功能基团的性质、溶液的pH值、流速和离子浓度等因素密切相关。

离子交换层析法

离子交换层析法

五、缓冲液的选择
缓冲液酸碱度的选择，决定于被分离物质的等电点、稳定 性、溶解度和交换剂离子的pK值。使用阴离子交换纤维时要选 用低于pK值的缓冲液，若欲分离的物质属于酸性，则缓冲液的 pH值要高于该物的等电点；用阳离子交换纤维时要选用高于 pK值的缓冲液，目的物属于碱性物质的话，缓冲液要低于该物 等电点的pH值。 缓冲液离子以不干扰分离物活性测定、不影响待测物溶解 度、不发生沉淀为原则，如使用UV吸收法测样品，那么 pyridine或barbital这类会吸收UV的物质就不适用。
三、树脂的选择
最常见的离子交换树脂材质是聚苯乙烯苯二乙烯（polystyrenedivinylbenzene）， 它是由苯乙烯（styrene）和苯二乙烯 （divinylbenzene）聚合产生的三维网状结 构，举例来说，Dow化学公司所生产的树脂 Dowex 50×8，表示含8%苯二乙烯。 具体的，根据交换树脂的性能，树脂可分 为阳离子与阴离子交换树脂：
1. 阳离子交换树脂 分为强酸型、中强酸型和弱酸型三类，强酸型树脂含有－R－ SO3H，中强酸型树脂含有－PO3H2、－PO2H2或－O－PO2H2， 弱酸型树脂含有－COOH或－OH。 阳离子交换树脂进行的反应 如下：
2. 阴离子交换树脂 分为强碱型、中强碱型和弱碱型三类，含有铵盐，四级铵盐 [ － N+(CH3)3] 为强碱型树脂，三级以下铵盐 [－N(CH3)2]、[ － NHCH3]、[ －NH2] 都属弱碱型树脂；同时具有强碱和弱碱型基 团的，为中强碱型的树脂。阴离子交换树脂进行的反应如下：
洗脱馏份的分析按一定体积（5-10ml/管）收集的洗脱液可 逐管进行测定，得到层析图谱。依实验目的的不同，可采用适 宜的检测方法（生物活性测定、免疫学测定等）确定图谱中目 的物的位置，并回收目的物。

离子交换法

离子交换法

离子交换法主要是基于一种合成的离子交换剂作为吸附剂，以吸附溶液中需要分离的离子。

生物工业中最常用的交换剂为离子交换树脂，广泛用于提取氨基酸、有机酸、抗生素等小分子生物制品。

在提取过程中，生物制品从发酵液中吸附在离子交换树脂上，然后在适宜的条件下用洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的。

离子交换法的特点是树脂无毒性且可反复再生使用，少用或不用有机溶剂，因而成本低，设备简单，操作方便。

目前已成为生物制品提纯分离的主要方法之一。

但离子交换法也有生产周期长，PH变化范围大，甚至影响成品质量等缺点。

此外，离子交换树脂法还广泛用于脱色、硬水软化及制备无盐水等。

图1 离子交换车间一、离子交换树脂及其分离原理离子交换树脂是一种具有网状立体结构、且不溶于酸、碱和有机溶剂的固体高分子化合物．离子交换树脂的单元结构由两部分组成。

一部分是不可移动且具有立体结构的网络骨架，另一部分是可移动的活性离子。

活性离子可在网络骨架和溶液间自由迁移，当树脂处在溶液中时，其上的活性离子可与溶液中的同性离子产生交换过程。

这种交换是等当量进行的。

如果树脂释放的是活性阳离子，它就能和溶液中的阳离子发生交换，称阳离子交换树脂；如果释放的是活性阴离子，它就能交换溶液中的阴离子，称阴离子交换树脂。

(一)离子交换树脂的分类离子交换树脂通常有4种分类方法，一是按树脂骨架的主要成分将树脂分为聚苯乙烯型树脂，聚丙烯酸型树脂、酚-醛型树脂等；二是按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂；三是按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(亦称微孔树脂)、大网络树脂(亦称大孔树脂)及均孔树脂。

由于活性基团的电离程度决定了树脂酸性或碱性的强弱，所以又将树脂分为强酸性、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。

活性基团决定着树脂的主要交换性能。

强酸性阳离子交换树脂这类树脂的活性基团有磺酸基团(-SO3H)和次甲基磺酸基团(-CH2SO3H)。

第四章离子交换法

第四章离子交换法

离子交换树脂的结构 离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物，由空间
网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性基团所构成。 活性基团遇水电离，分成：固定部分和活动部分
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树脂的网络骨架
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2.2离子交换树脂的分类 一般按树脂所带功能团的性质不同分为阳离子交换树
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离子交换法的应用： （1）从贫液中富集和回收有价金属：贵金属和稀有金属； （2）提纯化合物和分离性质相似的元素：稀土分离； （3）处理某些工厂的废水； （4）生产软化水。
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第二节 离子交换树脂及其性能
2.1离子交换树脂的结构
（1）高分子部分：聚苯乙烯或聚丙烯酸酯等。连接树脂 的功能团的作用。
柱上离子交换分为运动树脂床和固定树脂床。
交换柱内离子交换过程：B A B A
柱上中层为交换层。
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漏穿容量 （V V1 )C mol / L
废水中只有一种离子B+
V2
V 至漏穿时流过的料液体积；V1 树脂床的空隙体积；
进水（C0）
C V2 树脂床的体积；C 料液中金属离子浓度。
(c V）Na OH 交换容量＝
(c
V)
HCl
100 25
m 树脂(g)
100
0.1100 0.112.5
25 5(mmol.g 1 )
1
阳离子交换树脂： 交换容量＝ c V NaOH NaOH c HCl VHCl
干树脂质量 (g)

离子交换分离法

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。

离子交换分离技术

离子交换分离技术
示例：Li+，Na+，K+的水合离子的电荷 数目相同，但它们水合离子半径依次减 小，树脂对它们亲和力依次增强。
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1．强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力
强酸型
a. 不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。
例如：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV）
b. 当离子价态相同时．亲和力随着水合离子半径减小 而增大。
4mol·L-1HCl 淋洗
Co2+
流出液: Mn2+
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有机离子交换剂
表 4—1 有机离子交换剂分类
分类
功能基团
使用 pH 范围
凝 阳 离 子 交 强酸性阳离子交换树脂
胶 换树脂
弱酸性阳离子交换树脂
型 阴 离 于 交 强碱性阴离子交换树脂
树 换树脂
弱碱性阴离子交换树脂
脂 螯合（离子交换）树脂
弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关
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三. 离子交换树脂的亲合能力
总原则
1．强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力 2．强、弱碱型阴离子交换树脂的亲和力
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总原则：
总原则：亲和力与水合离子的半径、电 荷及离子的极化程度有关。
水合离子的半径越小，电荷越高，离子 的极化程度越大，其亲和力也越大。
树脂的交联度小，则对水的溶胀性能好，网眼大， 交换反应速度快；交换的选择性差；机械强度也差。
树脂的交联度一般4％一14％为宜。
b. 交换容量 ：
交换容量是指每克干树脂所能交换的物质的量 (mmol/g)，一般树脂的交换容量位3—6mmol /g。

第六章离子交换分离技术

第六章离子交换分离技术

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

第六章离子交换分离法

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。

离子交换分离技术

离子交换分离技术
含水量的大小取决于亲水基团的多少 及树脂孔隙的大小。对凝胶型树脂，交 联度对含水量的影响比较大。
3．密度
真体积V真 质量为w1的含有平衡水的湿树脂加到水中，观 察排开水的量，即得到树脂的真体积V真。
视体积V视 将含平衡水的树脂装入量筒，敲击振动使体积 达极小，得树脂空间体积，即为视体积V视。
湿视密度d视：树脂的湿视密度d视=w1/ V视 湿真密度： d视=w1/ V真
• *萃取时间，一般从30s到数分钟不等。
（二）分层
• 萃取后应让溶液静置数分钟，待其分层，然后将 两相分开。
• 注意：在两相的交界处，有时会出现一层乳浊液 产生原因：因振荡过于激烈或反应中形成某种微溶 化合物 消除方法：增大萃取剂用量、加入电解质、改变溶 液酸度、振荡不过于激烈
（三）洗涤
• 所谓洗涤：就是将分配比较小的其它干扰组分 从有机相中除去。
E（弱碱）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
强碱性
1-12
弱碱性
0-7
不同类型离子交换树脂的
各种类型离子交换树脂的滴定曲线
有效PH范围
2．交换容量及化学稳定性
•定义： 每克干树脂能交换离子的物质的量，以mmol （毫摩尔）为单位。
总交换容量或称全交换容量、极限交换容 量、最大交换容量。它是由树脂中功能基含 量所决定的。交换容量应注明树脂的离子形 态。如R–SO3H，交换容量为5.2mmol/g（干 树脂），转化成Na型即R–SO3Na，交换容量 为4.67mmol/g（干树脂）
通常用60一125mL的梨形分液漏斗进行萃取，萃取一般在几 分种内可达到平衡，分析多采用这种方式。
b．多级萃取 又称错流萃取。
将水相固定，多次用新鲜的有机相进行萃取，提高分离效果。

离子交换分离-石墨炉原子吸收光谱法测定高纯铟中痕量铜

离子交换分离-石墨炉原子吸收光谱法测定高纯铟中痕量铜

离子交换分离-石墨炉原子吸收光谱法测定高纯铟中痕量铜吴文启;李奋;谢晓雁;苏信宇;梁晓明;卢金荣【摘要】高纯铟样品经盐酸溶解、以阳离子交换树脂分离出痕量铜后,用石墨炉原子吸收光谱法测定铜.研究了溶样方法、离子交换分离和测定铜的条件:用8 mL浓盐酸将1 g样品溶解;以0.6 mol/L盐酸作为淋洗液进行离子交换,可把绝大部分铟基体及样品中痕量的银、砷、镉、硅分离除去,随后用2.0 mol/L盐酸把铜洗出并收集之.铝、铁、镁、镍、铅、锡、铊、锌与小于10 μg的铟不能与铜分离,但对测定无影响.当称样量为1 g,进样量为50μL时,方法线性范围为1～4 ng/mL,检出限为0.1 ng/mL,测定下限为0.001 μg/g,比行业标准方法YS/T 230.1-2011的0.1 μg/g低两个数量级.方法用于实际样品分析,结果与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)相符,相对标准偏差(RSD,n=8)为1.7％～18.5％,加标回收率为94.8％～115.0％.【期刊名称】《中国无机分析化学》【年(卷),期】2014(004)001【总页数】4页(P56-59)【关键词】高纯铟;铜;离子交换分离;石墨炉原子吸收光谱法【作者】吴文启;李奋;谢晓雁;苏信宇;梁晓明;卢金荣【作者单位】柳州出入境检验检疫局,广西柳州545006;柳州出入境检验检疫局,广西柳州545006;柳州出入境检验检疫局,广西柳州545006;柳州出入境检验检疫局,广西柳州545006;中国检验认证集团柳州分公司,广西柳州545006;中国检验认证集团柳州分公司,广西柳州545006【正文语种】中文【中图分类】O657.31;TH744.120 前言铟是稀有金属。

通常将含量超过99.999%的铟称为高纯铟，其是重要的半导体材料。

高纯铟的纯度影响产品的性能和价格。

因此，研究高纯铟中杂质元素的准确测定方法是有意义的。

我国行业标准[1]规定In-06牌号高纯铟中铜的限量为0.1μg/g。

第六章离子交换法分离稀土元素-PPT课件

第六章离子交换法分离稀土元素-PPT课件

金属离子与树脂的作用是静电引力作用 ，作用力的大小与 金属离子在溶液中的有效半径成反比。所以有效半径小、 电荷多的金属离子，相对来说，树脂对其作用力要大，吸 附能力要强。 金属离子对树脂相对亲合力的大小有如下几条经验规律： （1）在常温、稀溶液中，阳树脂对金属离子的亲合力：离 子电荷高的。亲合力大，如 Th4+>RE3+>Ca2+>H+ 离子的有效半径小的，则亲合力也大，如三价稀土离子的半径随 La3+ Lu3+减小，但它们的水合离子半径则从La3+ Lu3+而 增大，树脂对它们的亲合力则随La3+ Lu3+而减小。
C、扩散进入树脂颗粒内部的离子与树脂中可交换离子（功 能基的可理解的离子）发生交换反应。
D、被交换下来的离子在树脂交联网孔内向树脂表面扩散。 E、被交换下来的离子从树脂表面向溶液中扩散。
上述五个步骤中的A、B、D和E均为扩散过程，C是离子交换 过程。一般来说，无机离子交换反应是较快的，因此总的离 子交换过程受扩散过程控制。
RSO3H +1/n Mn+
1/n(RSO3)nM +H+
1n
S O M H R 3 n K Mn H n 1n M S OH R 3
选择系数可表示树脂的选择性，选择系数越大，树脂对金属离 子的选择性越强。树脂对各种金属离子选择性强弱的原因还不 十分清楚。强酸阳树脂对金属离子的差异可用树脂和金属的相 互作用以及金属离子和水的相互作用来解释。
（2）离子交换平衡 当离子交换反应中离子的吸附速度和解吸速度相等时，交换 反应达到平衡： 3RSO3H(阳离子交换树脂) + RE3+ 其平衡常数为：

仪器分析第十二章--分析化学中的分离技术

仪器分析第十二章--分析化学中的分离技术

阳离子交换反应： Resin-SO3H + Na+ = Resin-SO3 Na + H+
Resin-SO3Na + H+ = Resin-SO3 H + Na+
阴离子交换反应： Resin-N(CH3) 3OH + Cl- = N(CH3) 3 Cl + OH+ Resin-N(CH3) 3 Cl + OH- = N(CH3) 3 OH + Cl -

分配系数与物质在两相体系中的溶解度有关，但分配 系数不等于溶质在两种溶剂中溶解度的比值。溶解度 是指饱和状态，萃取则常用于稀溶液；
分配比：
分配系数用于描述溶质为单一形式存在的情况，如果有
多种存在形式，则引入分配比D：
c1总 D c 2总 恒温，恒压
c1总 、c2总 为分配平衡后溶质（包括所有的存在形式）
2. 离子交换树脂
离子交换反应发生在离子交换树脂上的具有可交换离
子的活性基团上。离子交换树脂是以高分子聚合物为骨架， 反应引入活性基团构成。高分子聚合物以苯乙烯-二乙烯苯
共聚物小球常见，可引入各种特性的活性基团，使之具有选
择性。 Resin-SO3H（ 氢型 ） 树脂的 酸 性最强 ， 其 Resin-SO3 Na（钠型）比氢型稳定，商品常为钠型，使用前用酸淋洗 转型（再生）。阴离子交换树脂的Cl型稳定。 离子交换反应是一可逆反应。 离子交换树脂使用后需要进行再生处理。
3. 痕量组分的富集
天然矿石中痕量钍的富集：钍在盐酸溶液中难以形成稳定的配位离 子，保留；共存的稀土则形成稳定的配位离子，被洗脱。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第十二章 分析化学中的 分离技术

离子交换法3.ppt

离子交换法3.ppt
阴离子交换剂是选可吸附的最高pH，便于解吸附。
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第五节 树脂和操作条件的选择 3 离子交换吸附 3.2 离子强度 离子交换吸附应在很低的离子强度下进行。 缓冲液中的离子强度一般在10-50 mmol/L 由于离子强度越↓，吸附越↑，越难解吸，因
2) 弱酸性阳离子交换树脂 交换性能和溶液的pH有很大关系，羧酸阳离子树
脂须在pH﹥4.5 、酚羟基树脂须在pH﹥9的溶液 中进行反应。 -COOH， -OH (酚羟基） 典型的交换反应：
8
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
3）强碱性阴离子交换树脂 有两种：一种含三甲胺基(Ⅰ型) 和一种含二甲基-
β-羟基-乙基胺基团 (Ⅱ型) 其交换能力与外界溶液的pH无关
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一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
4）弱碱性阴离子交换树脂 其交换能力与外界溶液的pH降低而增大，一般宜
在pH﹤ 7的溶液中使用。 功能基团如下: 伯胺基团-NH2； 仲胺基团- NHR； 叔胺基团- N(R)2；
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一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
水性两大类： 1）、树脂类（疏水性）离子交换剂： 其基质是人工合成的、与水结合力交换剂分类、合成、理化性能和测定方法 --离子交换剂分类
2）、多糖类（亲水性）离子交换剂： 其基质是天然的或人工合成的、与水结合力较大
的物质 常用的有纤维素、交联纤维素、交联葡聚糖、交
（3）交换速度 （慢）
（4）选择性（高）
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第二节 离子交换剂分类、结构、合成、理化性 能和测定方法
五、离子交换树脂的理化性能与测定方法 1、物理性能 (1)．粒度 ①有效粒径是指筛分树脂时，10%体积的树脂颗粒通过，
而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。 ②均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径（d60%）
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测定阳离子,阴离子干扰 测定阳离子,阳离子干扰 制备去离子水 分析用
阴离子交换树脂 阳离子交换树脂 颗粒粗(目数小) 颗粒细(目数大)
（2）预处理 晾干 —— 研磨——过筛——浸泡/转型 水浸泡（1—2d）—— 2—3倍 2mol/L HCl浸泡（ 1—2d）—— 水洗至中性—— 得H+阳离子交换树脂或Cl-阴离子交换树脂
电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
7
强碱型阴离子树脂
弱酸型阳离子树脂
弱碱型阴离子树脂
8
交联度与交换容量
（1）交联度 树脂在合成中分子间相互连成网状结构称之“交联” 交联度=交联剂用量/反应物总量×100%
二乙烯基苯的质量 100% 二乙烯基苯和苯乙烯质量之和
交联度大，水胀性差，网眼小，交换速度慢，选择性好，机 械强度好。 交联度小，水胀性好，网眼大，交换速度快，选择性差，机 械强度差。 一般交联度4%～14%为宜
电解质溶液
半透膜 树脂 弹性凝胶
吸水 溶胀 唐南理论
A+RA+
CC-
唐南排斥
溶液中B+
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离子交换动力学
M ① ⑤ H
②
③ M -SO3H
④
与溶剂萃取相比，离子交换是在固相与液相之间完成，交换 速度比较慢，对分离效率的影响较大。一般的离子交换过程有五 个步骤： 溶液离子向树脂表面扩散（膜扩散）； 离子通过树脂表面向内部扩散（颗粒扩散）；“慢” 树脂内进行离子交换（交换反应）； 已交换离子从树脂内部向外扩散（颗粒扩散）；“慢”
特点：
（1）分离效率高 能用于带相反电荷离子分离，又能用于带相同 电荷及性质相近离子的分离 （2）应用广 既可用于分离，又可用于富集，还可用高纯物 制备及蛋白质、核酸、酶等生物活性物的纯化 （3）分离过程周期长、耗时多 所以仅用于解决分析中较困难的分离问题
4
离子交换树脂的结构
Ion exchange resins
21
穿透曲线与始漏（穿透）量
（break-through capacity）
C = C0
交界层
L 0 C/C0 C=0
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1.0
影响始漏量的因素
离子种类 —— 亲和力强,始漏量大
树脂颗粒大小 —— 细, 始漏量大
溶液流速 —— 大, 始漏量小
温度 —— 高, 始漏量大
交换柱形状 —— 一定量树脂, 柱细,始漏量大
C
Na+
K+
Ag+ 淋洗曲线
20
t
始漏量 随着试液不断地流经柱子，交换了的树脂层越来越
厚，继续加试液于交换柱中，则流出液中开始出现未被 交换的离子．此时交换过程达到了“始漏点”，被交换 到柱上的离子的量(mmol)称为该交换柱在此条件下的 “始漏量”。 交换容量与始漏量： 交换柱的总交换容量大于始漏量。（由于达到始漏点 时，柱上还有未交换的树脂）。
也可依需要用NaCl，NaOH，NH4Cl或 Na2SO4等浸泡，使之转为相应的类型。
16
（3）装柱：
玻璃、塑料： L = 10—30cm, φ=1.2～0.6cm （注意带水装）
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2、柱上操作 （1）交换 试液按一定流速流经交换柱。
（2）洗涤
用空白液（多用水），将上层残液及交换出的离子洗下去。 （3）洗脱（解析） 将置换上柱子的离子用淋洗剂（洗脱剂）置换下来。 一般：阳树脂——HCl溶液洗脱；
（3） 碱滴定法测定硼镁矿中的硼使用阳离子交换树脂 消除矿石中阳离子的干扰，测定流出液中H3BO3。 27
五、有机化合物的分离（包括农药残余和抗生素）
凡是在水溶液中能离解的有机化合物如羧酸、酚、 胺类等，可用离子交换法分离。羧基、酚基在pH值较 大时以—COO-,--O-形式存在，可被交换在阴离子交换 树脂；含氮有机化合物在pH较小时形成-NH3-、=NH2-、 =NH+ 而被阳离子交换树脂所交换。应该指出的是，在 交换分子量较大的有机离子时，一般要采用较小交联
③ 交换速度 ：螯合树脂与金属离子的交换过程较为缓慢，
这不仅与树脂交联度/孔径有关，而且与树脂母体的特性有关。 使用亲水性交换剂，或使用纤维状吸附剂，可能大幅度提高吸
附速度。
33
螯合树脂的应用
使用优点：①操作容易；②可重复使用；③无需特殊试剂 等。在从大量共存离子中选择性地分离富集待测离子，以及在 去除重金属等环境污染物有广泛的应用。 1) 海水中的痕量元素：NH4＋型的Chelex-100螯合树脂，50 -100目，12柱。PH 7.5-8试液， < 5ml / min流速过柱。 Cd、 Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、U、Zn等20多种金属离子富集 在柱上。然后用2.5 mol / L HNO3洗脱，可用多种方法测定。 2) 环境中重金属污染物的分离和贵金属资源的回收： 巯基树脂可吸附环境水中的各种无机汞和有机汞，如Hg2＋ 、 CH3Hg2＋等， 用浓HCl洗脱后，然后用冷原子吸收法在F-732测 汞仪分析，灵敏度达0.1 ppb 。
四. 干扰组分的分离
（1） 重量法测定硫酸根： 当有大量Fe3+存在时，产生严重的共沉淀现象，而 影响测定。用阳离子交换树脂消除Fe3+的干扰，测定流 出液中HSO4- 。
（2 ）比色法测定钢铁中的Al3+或铸铁中Mg2+： 大量Fe3+干扰测定。可将试样溶解于9M的HCl溶液中， 使Fe3+以FeCl42-形式存在，然后以阴离子交换树脂消除 Fe3+ 的干扰，测定流出液中Al3+和Mg2+ .
离子交换分离法
定义及特点
离子交换剂的种类和性质
基本理论 基本操作 应用
2
定义
离子交换法是利用溶液通过离子交换剂（离 子交换树脂）时发生在溶液和离子交换剂之间的
相同符号的离子交换作用而使离子分离的方法。
各种离子与离子交换树脂交换能力不同，被 交换到树脂上的离子可选用适当的洗脱剂依次洗 脱，从而达到分离目的
—SO3H 使用 pH 范围 pH > 2 pH > 6 pH >10
强酸型
弱酸型
—COOH —OH —N+(CH3)3Cl—N+H3 OH—N+H2R OH—N+HR2 OH-
阴离子交换树脂
交换基为碱性，阴离 子发生交换
强碱型
弱碱型
pH <12
pH < 4性交换树脂
度的树脂（1-4 %），这种树脂的网状结构较稀疏，
容易吸附大的离子，所以适合于有机碱、有机酸的分
离。
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六、在工业上的应用
工业盐酸的纯化：黄色Fe3+
从非极性或弱极性有机产品除去极性有机杂质。例 如从汽油、煤油、苯、甲苯中除去吡啶、酚、羧酸等 杂质。
药品食品工业中的脱盐，以及除去有毒的金属离子， 如砷、铅、汞、硫等。 电镀和胶片洗印废水处理：消除污染，回收贵金属
离子交换树脂
骨架 酚醛树脂
带有活性基团的网状高分子聚合物
OH + CH2O
交联剂
CH=CH2 CH=CH2
聚乙烯树脂
+ CH=CH2
活性基团
酸性基团
—SO3H —COOH
碱性基团
—N+R3 —NR2
特殊基团
5
聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂 R-SO3H + M+ = R-SO3M + H+
CH=CH2 + CH=CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH=CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2
牛奶中重金属离子的分离富集。
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七．螯合树脂
螯合树脂是一种对金属离子具有选择性吸 附能力的离子交换树脂。它以高选择性和稳定 性在痕量分析方面具有独特的作用。
螯合树脂在其功能团中常含有O、N、S、P和 As等原子，它们与金属离子往往形成多配位络 合物。
30
螯合树脂的分类（按螯合基团分 ）
亚氨基二乙酸型树脂 8-羟基喹啉型树脂和8-氨基喹啉型树脂 水杨酸型 冠醚型 从分离的角度看，高选择性的螯合树脂 是离子交换树脂的发展方向。例如，新合 成的氨羧型LZ-85树脂能选择性地从大量钴 31 中分离出微量镍。
阴树脂——HCl、NaCl或NaOH等。
（4）再生（转型） 使树脂回复至交换前形式（有时洗涤过程即再生过程）
强酸型阳离子交换树脂分离示例
Cl-, K+, Na+, Ag+ 的分离
游离状态
K：亲和力
H+ < Na+ < K+ < Ag+
交换反应
H2O
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洗脱
H+ < Na+ < K+ < Ag+
前 一 状 态
聚合
交联剂
交联作用
CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 CH CH2
磺化
H2SO 4 CH SO 3H CH2 CH CH2 SO 3H CH CH2 CH
活性基 团
SO 3H
SO 3H CH2 CH CH2
6
离子交换树脂的分类
阳离子交换树脂
交换基为酸性，H+ 与阳离子交换
依据活性基团分类
（4）稀土元素的亲和力随原子序数增加而减小。
２.强碱型阴离子交换树脂
F-<OH-<Ac-<HCOO-<Cl-<NO2-<CN-<Br-<C2O42-
<NO3-<HSO4-<I-<CrO42-<SO42-<柠檬酸根
离子交换分离操作