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1、离子交换分离法1高等课堂定义及特点定义及特点离子交换剂的种类和性质离子交换剂的种类和性质基本理论基本理论基本操作基本操作应用应用2高等课堂 离子交换法是利用溶液通过离子交换剂（离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。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，从而达到分离目的脱，从而达到分离目的 定义定义 3
2、高等课堂（1 1）分离效率高）分离效率高 能用于带相反电荷离子分离，又能用于带相同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电荷及性质相近离子的分离（2 2）应用广）应用广 既可用于分离，又可用于富集，还可用高纯物既可用于分离，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制备及蛋白质、核酸、酶等生物活性物的纯化（3 3）分离过程周期长、耗时多）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所以仅用于解决分析中较困难的分离问题特点：特点：4高等课堂 离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构带有活性基团的网状高分子聚
3、合物带有活性基团的网状高分子聚合物骨架骨架活性基团活性基团酚醛树脂酚醛树脂聚乙烯树脂聚乙烯树脂交联剂交联剂酸性基团酸性基团碱性基团碱性基团SO3HCOOHN+R3NR2Ion exchange resins特殊基团特殊基团5高等课堂聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂聚合磺化交联剂交联作用活性基团R-SO3H + M+ = R-SO3M + H+6高等课堂离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类依据活性基团分类依据活性基团分类阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂螯合树脂螯合树脂两性交换树脂两性交换树脂强酸型强酸型弱酸型弱酸型交换基为酸性，交换基为酸性，H+与
4、与阳离子交换阳离子交换SO3HCOOHOHpH 2pH 6使用使用 pH 范围范围pH 10交换基为碱性，阴离交换基为碱性，阴离子发生交换子发生交换强碱型强碱型弱碱型弱碱型N+(CH3)3Cl-N+H3 OH-N+H2R OH-N+HR2 OH-pH 12pH 4含有特殊螯合基团的树脂含有特殊螯合基团的树脂电子交换树脂，含有氧化还原功能基团电子交换树脂，含有氧化还原功能基团7高等课堂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高等课堂（1）交联度 交联度与交换容量交联度大，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。
5、一般交联度4%14%为宜交联度=交联剂用量/反应物总量100%树脂在合成中分子间相互连成网状结构称之“交联”9高等课堂（2）交换容量 树脂质量的重要指标取决于网状结构内所含活性基团数目全交换容量：理论值，为特征常数，不随条件变化；有效（工作）交换容量：实测值，与实验条件有关。定义：每克干树脂能交换的物质的量（mmol/g）10高等课堂离子交换分离的理论离子交换分离的理论交换平衡交换平衡唐南理论唐南理论吸水吸水溶胀溶胀 树脂树脂弹性凝胶弹性凝胶电解质溶液电解质溶液半透膜半透膜A+R-A+溶液中溶液中B+C-唐南排斥唐南排斥C-唐南入侵唐南入侵唐南理论唐南理论11高等课堂离子交换动力学 与溶剂萃取
6、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” 已交换离子由树脂表面向本体溶液扩散（膜扩散）。M-SO3HMH12高等课堂离子交换树脂靠静电引力使离子进行交换，所以离子水合半径r，离子电荷Z，极化度等，均与亲和力有关。一般规律：1.强酸型离子交换树脂（1）不同价态离子，Z越大，亲和力越大； Na+Ca2+Al3+Th()（2）同价态离子，水合半径r越小，亲和力越大； L
7、i+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+（3）二价离子的亲和力顺序为： UO22+Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Sr2+Pb2+Ba2+（4）稀土元素的亲和力随原子序数增加而减小。离子交换树脂的亲和力13高等课堂.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14高等课堂1、树脂的选择、预处理及装柱（1）选择 依分离对象和要求，选择适当的类型和粘度的树脂。离子交换分离操作测定阳离子,阴离子干扰阴离子交换树脂测定阳离子,阳离子干扰阳离子交换树脂制备去离子水分析用颗粒粗(目数小
8、)颗粒细(目数大)15高等课堂水浸泡（12d） 23倍2mol/L HCl浸泡（ 12d）水洗至中性 得H+阳离子交换树脂或Cl-阴离子交换树脂（2）预处理晾干 研磨过筛浸泡/转型也可依需要用NaCl，NaOH，NH4Cl或Na2SO4等浸泡，使之转为相应的类型。16高等课堂（3）装柱： 玻璃、塑料： L = 1030cm, =1.20.6cm （注意带水装）17高等课堂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； 阴树脂HCl、
9、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）18高等课堂强酸型阳离子交换树脂分离示例Cl-, K+, Na+, Ag+ 的分离K：亲和力 H+ Na+ K+ Ag+H2O游离状态交换反应19高等课堂H+Na+K+ Pb Fe3 Al Cr3 Ni Zn Ag Co Cd Fe3 Mn2 Ba Ca Ni K。 例如，用Dowex A-1树脂可从浓碳酸溶液和盐水中分出少量的碱土金属及其它二价过渡金属离子如Cu2、Zn2等；用Chelex-100型螯合树脂可从海水中富集ppb级的Cu2、Pb2、Cd2等离子。31高等课堂螯合树脂的特点 高选择性：螯合树
10、脂的最大特点在于它的选择性。这主要是树脂中引入具有一定选择性的分析功能团。由于引入到树脂的网状结构中的螯合基团的旋转自由度大为降低，因此它形成螯合物的能力相对减弱，选择性可望进一步提高。在某些场合下，离子交换树脂可能进一步提高分析功能团的选择性。 稳定性：正如普通的离子交换树脂一样，螯合树脂具有较高的稳定性。 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。32高等课堂螯合树脂的应用 使用优点：操作容易；可重复使用；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
11、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 。3) FIA-螯合树脂柱浓缩-光度测定33高等课堂八离子交
12、换树脂比色法（树脂相吸光光度法或树脂比色法） 对于低于ppb级的微量组分，先用离子交换树脂吸附后，直接在树脂相显色测定。离子交换树脂比色法的优点是将预富集和光度测定结合起来，提高了测定选择性及灵敏度。1)操作方式显色树脂吸附比色显色剂树脂吸附(反应性树脂)试样显色比色试液树脂吸附(分离)显色比色34高等课堂测定方式hv 低交联度透光性较好的树脂，吸附30分钟； 采用填充液池测A值，并对树脂本身的吸光值进行校正。35高等课堂思考题：思考题：(六班）六班）如何把如何把NO 3、 SO4 2与与Cl、 CO 3 2两组两组阴离子分离分开？阴离子分离分开？请设计一个测定强碱型阴离子交换树脂容量请设计一个测定强碱型阴离子交换树脂容量的方法。的方法。 大量PO4 3存在下，要测定存在下，要测定Ca 2+ , Mg 2+,应应采用怎样的分离分析采用怎样的分离分析 方法？方法？ 36高等课堂基本理论：树脂的结构性能及性能参数，交联度，交基本理论：树脂的结构性能及性能参数，交联度，交换容量，始漏量，交换总容量；亲和力，选择系数，换容量，始漏量，交换总容量；亲和力，选择系数，等等离子交换剂：种类，交换反应离子交换剂：种类，交换反应应用应用本章要点37高等课堂The end38高等课堂
