離子交換分離法（二）

1、離子交換分離法（二） 1交換過程 離子交換分別通常都是在垂直的交換柱上舉行的。以nacl溶液通過磺酸型的氫式陽離子交換樹脂為例。當(dāng)nacl溶液流入交換柱時，首先與它接觸的上層樹脂中的h被na交換，有rso-3h+na+ rso3-na+h+ (20一20) 繼續(xù)流人nacl溶液，na+不斷與下層樹脂中的h+發(fā)生交換。 當(dāng)溶液中有幾種陽離子同時存在時，則親和力大的離子先被交換，親和力小的離子后被交換。繼續(xù)流人試液，已被交換的親和力小的離子還會被親和力大的離子交換出來，然后再與下層的離子交換樹脂發(fā)生交換。 如含有相同濃度na+和ca2+的溶液，通過交換柱時先發(fā)生下列交換反應(yīng)： 2rso-3h+ca

2、2+ (rso3-)2ca2+2h+ (2021) 流在最前面的溶液中ca2+濃度顯著降低，越往下ca2+濃度越低，當(dāng)ca2+濃度低到一定程度時，na2+也開頭被交換。 2rso3na+ca2+ (rso3)2ca+2na (2022) 交換下來的na+隨即又與下層樹脂發(fā)生交換。所以帶相同電荷的混合離子溶液通過交換柱時，每一種離子都集中在柱的某一區(qū)域，親和力大的離子所處區(qū)域稍上一些，親和力小的離子所處區(qū)域稍下一些，但是并未徹低分別。兩種離子所處區(qū)域之間的部分是互相交混的，稱為交界層。離子的親和力越臨近，交界層越寬。離子之間交錯混合得越厲害。 2洗脫過程 洗脫過程(elutionprocess)

3、是指把交換在樹脂上的離子從交換柱上洗脫下來的過程，也稱淋洗過程。它是交換過程的逆過程。在分別1二作中，洗脫過程也是很重要的一個過程。 假如惟獨一種離子被交換，洗脫過程就比較容易。例如用離子交換法分別fe3+和al3+可以在9mollhcl溶液中舉行，此時形成fecl4-而al3+仍以陽離子形式存在。當(dāng)試液通過陰離子交換樹脂時，fecli-4被交換在柱上而al3+則隨溶液流出。繼續(xù)用9moilhcl溶液將柱上殘留的母液及al3+所有洗下后，改用稀hcl溶液淋洗，使交換在樹脂上的fecl2又轉(zhuǎn)化為陽離子形式而被洗脫下來，達(dá)到分別的目的。這種使交換于樹脂上的離子洗脫下來的淋洗溶液，稱為洗脫液(elu

4、ent)，如上面所用的稀hcl溶液。 假如收集測定或在線(inline)測定流出的洗脫液中該交換離子的濃度，以洗脫液的體積為橫坐標(biāo)、離子濃度為縱坐標(biāo)作圖，就可以得到洗脫曲線(elutioncurve)204所示。圖中曲線與橫坐標(biāo)所圍的面積，即為從交換梓上洗脫下來的該離子的總量。 假如有幾種離子交換在柱上，洗脫過程事實上就是繼續(xù)分別的過程。最抱負(fù)的狀況是洗脫液能挑選性地使其中一種離子轉(zhuǎn)化為帶相反電荷的離子，大大降低其與樹脂的親和力。若不能滿足這個要求，起碼應(yīng)當(dāng)使幾種離子對樹脂的親和力有比較顯著的差異。 當(dāng)洗脫液流經(jīng)交換柱時，交換上去的離子就被洗脫下來，接著又交換到下層樹脂上去，隨著洗脫液的流淌，

5、反復(fù)不斷舉行再洗脫和再交換，慢慢向下移動。親和力大的離子移動的速度慢，親和力小的離子移動的速度快。只要交換柱有足夠高度，就可以將它們逐個從樹脂上洗脫下來。親和力最小的離子首先被洗脫下來，親和力最大的離子最后才被洗脫下來，達(dá)到分別的目的。如分別mg2+、ca2+和sr2+時，可以先將它們交換在陽離子交換樹脂柱上，然后用鹽酸溶液將它們逐個洗脫下來，按mg2+、ca2+、sr2+次序流出交換柱。 采納某種絡(luò)合劑，往往能使金屬離子與樹脂親和力的差異增大。例如，在分別be2+、mg2+、ca2+、sr2+時，用丙二酸銨作洗脫液，分別效果就十分抱負(fù)，參見圖204。 這種對相同電荷的離子的分別辦法常稱為離子

6、交換色譜法。離子交換色譜法主要用于那些性質(zhì)相像的元素之間的分別，如周期表中同族元素的分別、稀土元素之間的分別等。 3離子交換分別的操作 (1)樹脂的挑選和預(yù)處理按照分別的對象挑選合適的樹脂類型及顆粒大小。分別性質(zhì)相近的元素時，普通采納顆粒細(xì)小的樹脂。此時，表面積增大，樹脂顆粒之間的空隙變小，溶液不易從空隙中流過，因而離子更簡單蔓延到樹脂表面和樹脂內(nèi)部，與交換基團(tuán)發(fā)生交換，提高分別的效果。常用的離子交換樹脂是經(jīng)80100篩目或100120篩目篩選。 用法前應(yīng)對樹脂舉行預(yù)處理。商品樹脂中普通含有少量的有機(jī)或無機(jī)雜質(zhì)，需將樹脂在水中浸泡12h左右，讓其充分溶脹，多次漂洗后處理轉(zhuǎn)型。對于強(qiáng)酸性陽離子交

7、換樹脂，用35mollhci溶液浸泡使成氫式，將雜質(zhì)交換出，用水漂洗，反復(fù)多次。對于0h式的強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，先后用1mollhcl、水、05mollnaoh溶液和水處理。假如需要氯式樹脂，再用hci和水處理。 (2)裝柱離子交換柱要裝填勻稱才干有好的分別效果。普通先在柱內(nèi)裝水，再將處理好的樹脂從柱頂緩慢加入，讓樹脂自由沉降，使柱內(nèi)沒有氣泡，樹脂層勻稱全都。當(dāng)樹脂層達(dá)到所需高度以后，在樹脂層上面保持一段水層，以防止樹脂干枯。假如樹脂不是所需要的型式，此時可再按照需要轉(zhuǎn)化為合適的型式。 (3)交換將需要舉行交換分別的溶液傾人交換柱，調(diào)整流速，使溶液中的離子能充分交換。接著用不含試樣的空白溶液洗滌交換柱，使母液流出。 (4)洗脫交換柱洗滌后，用適當(dāng)?shù)南疵搫┡e行洗脫，有時還可先后換用不同的洗脫劑以分離洗下不同的離子。洗脫過程的流速應(yīng)按照詳細(xì)