《离子交换层析》课件

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1、项目二离子交换层析模块五层析一、认识离子交换层析离子交换层析是用离子交换剂（具有离子交换性能的物质）作固定相，利用它与流动相中的离子能进行可逆的交换性质来分离离子型化合物的层析方法。即溶液中的离子同离子交换剂上功能基团交换反应的过程。（一）离子交换层析在软水器内装有Na型阳离子交换树脂，含Ca2+的原水流经软水器进入Na型阳离子交换树脂层，因Ca2+与树脂的亲和力比Na+强，所以Ca2+能被Na型阳离子交换树脂吸着，而能将Na型阳离子交换树脂上的Na+置换出来，软水器下面流出来的即为去Ca2+的软化水。这一过程即为离子交换层析过程。实例图5-17水的软化

2、流程离子交换剂（离子交换层析介质、离子交换树脂）在惰性载体上引入带有电荷的活性基团即离子交换剂。按活性功能基团带电荷性质不同阳离子交换剂—带负电荷，与阳离子交换阴离子交换剂—带正电荷，与阴离子交换一、认识离子交换层析（一）离子交换层析(1)选择性高可以选择合适的离子交换树脂和操作条件，使对所处理的离子具有较高的选择性。或根据所带电荷性质、化合价数、电离程度的不同，将离子混合物加以分离。(2)适应性强处理对象从痕量物质到工业制备，范围极其广泛，尤其适用于从大量样品浓集微量物质。(3)多相操作，分离容易由于离子交换是在固相和液相间操作，通过交换树脂后，固、液

3、相已实现分离，故易于操作，便于维护。带有正电荷的称之为阴离子交换树脂，而带有负电荷的称之为阳离子树脂。固定相是具有固定离子的树脂。由于电中性的要求，固定离子吸引等量电荷的反号离子。反号离子则因与固定离子亲和力大小的不同而分离。某些无机物也可作为离子交换剂。（二）离子交换层析的特点(4)需再生离子交换剂在使用后，其性能逐渐消失，需经酸、碱再生而恢复使用，同时也将被分离组分洗脱出来。(5)离子交换反应是定量的离子交换是溶液中被分离组分与离子交换剂中可交换离子进行离子置换反应的过程，且离子交换反应是定量进行的，即有Imol的离子被离子交换剂吸附，就必然有Imo

4、l的另一同性离子从离子交换剂中释放出来。（二）离子交换层析的特点二、离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理实例盐酸与钠型树脂发生交换：在通过一定量盐酸溶液后，柱上端已为盐酸所饱和，而下端仍然是钠型。柱上端溶液中氢离子的浓度已同进入料液中氢离子的浓度c0相等，而柱下端溶液中的氢离子浓度却极低（理论上虽不能认为等于零，但实际上可作零处理）。在中间区域，无论在树脂相中还是在溶液中，Na+和H+都是并存的，但溶液中H+的浓度c沿柱的方向由c0逐渐变化至零。可以把中间这个区域称作工作区，其上部是饱和区，下部是未用区。图5-18氢离子（盐酸溶液）和钠离子在树脂

5、上的交换工作区饱和区未用区带电荷量少，亲和力小的先被洗脱下来，带电荷量多，亲和力大的后被洗脱下来。二、离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理二、离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理穿透曲线：图中比值c/c0开始从零上升的点，过了穿透点之后，c/c0值呈S形曲线上升，最后达到1.0，表明柱上所有Na+已被H+置换完毕。由于穿透在离子交换操作中非常重要，所以这样的曲线常称作穿透曲线。穿透点：工作区已达到柱下端的信号，这一点叫作H+的穿透点流出体积a也称穿透体积，它代表的容量称穿透容量。在穿透曲线为对称的情况下，体积b代表柱在该工作条件下的工作容

6、量。图5-19离子交换柱的穿透曲线ab也称工作容量（估计值）二、离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理柱的利用率：亦即柱的容量对于一个交换过程能发挥的程度柱的利用率η与a、b及柱中树脂层高H的关系为：要提高柱的利用率就要减小(b-a)，即压缩工作区的高度，增大穿透曲线的陡度。影响工作区高度的因素溶液浓度温度树脂粒度装柱技术工作区高度工作区高度工作区高度若柱内有气泡和孔隙，则离子浓度分布不仅在纵向，而且在横向也会是不均匀的，穿透曲线因而变坏。五个步骤：二、离子交换层析的知识准备（一）离子交换层析原理(1)溶液中的离子向交换剂的表面扩散，在均匀的溶液中

7、此步骤进行的速率较快。(2)溶液中离子进入交换剂颗粒内部，通过孔道向带电部位扩散，此扩散速率的大小受离子与孔道的相对大小的限制，对于尺寸较大的离子，扩散速率要慢一点，这一步骤是影响离子交换反应速率的主要因素。(3)离子在颗粒的带电部位进行交换，此步骤可在瞬间完成。(4)被交换下来的反离子扩散到交换剂颗粒的表面。(5)这些离子从交换剂的表面扩散到溶液中。二、离子交换层析的知识准备（二）离子交换层析介质的结构三部分组成：第一部分是交联的三维网状骨架，称为母体结构；第二部分是固定在骨架上的功能基团，是带电基团，表示出离子交换层析介质的基本性能；第三部分是与功能

8、基团带相反电荷、可移动、能进行交换的活动离子。这种可移动的活动离子称为反离子或抗