第七章 离子交换分离原理
离子交换层析的原理
离子交换层析的原理
离子交换层析是一种分离和富集离子的技术，基于离子的交换作用在固体和液相之间。
其原理主要基于离子的电荷和大小的差异，通过固体材料与溶液中的离子之间的相互作用，实现离子的分离和分析。
在离子交换层析过程中，采用具有离子交换基团的固体材料作为吸附剂。
这些固体材料通常是树脂或凝胶，具有高度交联的结构，能够提供大量的交换位点。
这些交换基团可以选择性地吸附相应离子，并释放其他离子。
离子交换层析的过程可以分为两个步骤：吸附和洗脱。
在吸附步骤中，固体材料中的交换基团与溶液中的目标离子发生相互作用，使目标离子被固定在固体表面上。
这种相互作用可以是电静力吸引力、静电作用力或配位作用等。
在洗脱步骤中，采用适当的洗脱剂，通过改变溶液条件，如pH值、离子浓度等，来解离吸附在固体表面上的离子，并将其溶解出来。
这样就实现了对离子的分离和富集。
离子交换层析的选择性主要取决于固体材料表面上的交换基团和目标离子之间的相互作用力。
不同的交换基团对离子的选择性也不同，可以选择适合分离目标离子的交换基团。
除了选择性外，离子交换层析的分离效果还与溶液条件、交换剂用量、洗脱剂的选择等因素有关。
因此，在进行离子交换层析实验时，需要根据具体情况进行优化条件，以达到较好的分
离效果。
总的来说，离子交换层析是一种常用的离子分离和富集技术，通过固体材料与溶液中离子之间的交换作用，实现离子的分离和富集。
其原理基于离子之间的相互作用力以及交换基团的选择性，通过调控条件和洗脱剂，达到对离子的有效分离。
高级生化-离子交换分离
1
2.1 原理： ——生物大分子电荷性不同，与离子交换层析 介质的离子基团间的作用力强弱也存在差异； 当使用高浓度盐溶液进行洗脱时，与离子交换 层析介质结合力弱的待分离分子先被洗脱下来， 而结合力强的分子后被洗脱下来，从而达到分 离纯化的目的。 优点： ——离子交换层析的处理量大、操作简单、价 格低廉、纯化后的生物大分子能很好地保持生 物学活性，因此广泛应用于生物大分子的分离 纯化工作中。
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• 离子交换剂应满足的基本条件有: ①有高度的不溶性.即在各种溶剂中不发生溶解; ②有疏松的多孔结构或巨大的表面积,使交换离 子能在交换剂中进行自由扩散和交换; ③有较多的交换基团; ④ 有稳定的物理化学性质.在使用过程中,不因 物理或化学因子的变化而发生分解和变形等现 象.
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阴离子交换剂： ——固定相基团带正 电荷的时候，其可交 换离子为阴离子，如 一N(CH3)OH(强碱型) 或NH3OH(弱碱型)， 可解离出OH－， 阳离子交换剂： ——其可用来与流动 相交换的离子为阳离 子，功能团主要是－ SO3H及－COOH。 离子交换色谱主要用于 可电离化合物的分离， 例如，氨基酸自动分 析仪中的色谱柱，多 肽的分离、蛋白质的 分离，核苷酸、核苷 和各种碱基的分离等。
• 关于离子交换剂的处理,再生和转型 • 取适量的固体离子交换剂先用水浸泡,待充分膨胀 后加大量的水悬浮除去细颗粒,尔后改用酸碱浸泡, 以便除去杂质和使其带上需要的反离子. • 疏水性离子交换剂可以用2-4倍的2mol/L NaOH或 2mol/L HCl溶液处理;而亲水性离子交换剂则只能 用0.5mol/L NaOH和0.5mol/L NaCl混合溶液或 0.5mol/L HCl处理(室温下处理30分钟) . • 酸碱处理的次序决定了离子交换剂携带反离子的 类型.在每次用酸(或碱)处理后,均应先用水洗涤至 近中性,再用碱(或酸)处理.末了用水洗涤至中性,经 缓冲液平衡后即可使用或装柱.
第七章 离子交换分离技术-2014
代号 4 5 6
骨架分类 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
001×7苯乙烯系强酸性离子交换树脂
用于：硬水软化、脱盐水、纯 水制备、稀有元素分离、分离 和提取氨基酸制糖、制药可作 为催化剂和脱水剂
– 国内外离子交换树脂相应牌号对照
704 = 311×2
717 = 201×7 732 = 001×7 711 = 201×4 703 = D311 HD42 = 001
• 当有机溶剂存在时，常常会使对有机离子 的选择性降低，而容易吸附无机离子。 • 原因：离子溶剂化程度降低；影响离子的 电离度，使它减小，尤其是有机离子，影 响更显著。
第三节 离子交换原理
• 一、离子交换平衡
• m1为反离子［U］浓度为1时溶质X的分配系数.
bRU aX aRX bU
• 离子树脂交换容量的测定一般以无机离子 进行。 • 测定方法：可先将树脂处理成氢型。称几 克树脂，测其含水量，同时称取若干克树 脂，加入一定量的标准NaOH溶液静置一昼 夜(强酸性树脂)或数昼夜(弱酸性树脂)后， 测定剩余NaOH的毫摩尔数，就可求得总交 换容量。
7. 离子交换树脂的吸附选择性
3. 膨胀度
• 膨胀系数与树脂的交联度有关。 • 取10~15 ml烘干树脂放入量筒中，加入欲 试验的试剂，通常是水，不时摇动，24 h 后，测定树脂体积。前后体积之比，称为 膨胀系数。
4. 湿真密度
• 取处理成所需形式的湿树脂，在布氏漏斗 中抽干。迅速称取W2(一般2~5 g)抽干树脂， 放入比重瓶中加水至刻度称重W3。湿真密 度按下式计算（比重瓶充满水时重W1）。 • γ（湿真密度）＝W2/(W1-W3)
历史回顾
• 1814年英国Thompson和Way发现铵离子 与土壤中钙离子的交换现象开始的 • 1870年Lemberg的实验又证明离子交换过 程的可逆性和当量关系 • 软化水始于20世纪初期，德国化学家Gens 应用沸石软化水及处理蔗糖浆以除去钙离 子 • 1935年Adams和Holmes合成了酚醛型离 子交换树脂
第七章 层析分离技术(3)离子交换层析
影响因素
操作要点
思考题
1. 离子交换层析的基本原理是什么？常用的离子交换 剂有哪几类？ 2. 影响离子交换色谱的因素有哪些？如何通过简易的 方法确定离子交换色谱的初始pH和离子强度？ 3. 离子交换层析的洗脱方式有几种？分别在什么情况 下适合? 4．离子交换剂交换容量的基本含义是什么？交换容量 烦哪几种？影响有效交换容量的因素有哪些？
首先要保证各个待分离物质（如蛋白质）的稳定。 其次是要使各个待分离物质与离子交换剂有适当 的结合，并尽量使待分离样品和杂质与离子交换 剂的结合有较大的差别。 另外注意平衡缓冲液中不能含有与离子交换剂结 合力强的离子，否则会大大降低交换容量，影响 分离效果。
2.上样
离子交换层析上样时应注意样品液的离 子强度和pH值， 上样量应根据柱内离子交换剂的交换容 量决定，不宜过大，从而得到较好的分 离效果。
洗脱方式：分步洗脱 (stage elution)
7.3 离子交换层析
小结
基本原理及特点
离 子 交 换 层 析
强碱性阴离子交换剂（如：Q型、QAE型） 弱碱性阴离子交换剂（如：DEAE型） 离子交换剂的种类 强酸性阳离子交换剂（如：SP型、S型） 弱酸性阳离子交换剂（如：CM型）
离子交换剂的选择 层析柱的尺寸 缓冲液的种类 pH的影响 离子强度 层析流速 平衡缓冲液 上样 洗脱缓冲液 洗脱速度
7.3 离子交换层析
三、离子交换色谱的影响因素
1. 离子交换剂的选择 2. 层析柱的尺寸 3. 缓冲液的种类 4. pH的影响 5. 离子强度 6. 层析流速ຫໍສະໝຸດ 1. 离子交换剂的选择
（1）交换剂基质的选择：
离子交换法原理
离子交换法原理
离子交换法是一种常用的分离和纯化离子的方法，它基于固体与溶液中离子之
间的相互作用。
离子交换法的原理可以用来处理水质、分离有机物、纯化生物分子等多种应用领域。
首先，让我们来了解一下离子交换法的基本原理。
离子交换法的核心是离子交
换树脂，它是一种高分子化合物，具有大量固定的离子交换基团。
当溶液中的离子通过离子交换树脂时，固定在树脂上的离子会与溶液中的离子发生交换，从而实现离子的分离和纯化。
离子交换树脂通常具有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两种类型。
阳离子交
换树脂上的固定基团是阴离子，它们可以与溶液中的阳离子发生交换；而阴离子交换树脂上的固定基团是阳离子，它们可以与溶液中的阴离子发生交换。
通过选择合适的离子交换树脂，可以实现对不同类型离子的选择性吸附和分离。
离子交换法的原理可以用来处理水质。
例如，通过阳离子交换树脂可以去除水
中的钙、镁等金属离子，从而软化水质；通过阴离子交换树脂可以去除水中的硝酸盐、氯离子等阴离子，从而净化水质。
此外，离子交换法还可以用来分离有机物。
例如，通过选择性吸附和洗脱的方法，可以实现对有机物的纯化和分离。
在生物制药领域，离子交换法也被广泛应用于蛋白质、核酸等生物分子的纯化和分离。
总之，离子交换法是一种重要的分离和纯化技术，它基于离子交换树脂与溶液
中离子之间的相互作用，实现对离子的选择性吸附和分离。
离子交换法在水质处理、有机物分离、生物分子纯化等领域具有广泛的应用前景，为我们的生产生活带来了诸多便利。
希望通过本文的介绍，读者能够对离子交换法的原理有所了解，并在实际应用中加以运用。
离子交换法的原理
离子交换法的原理离子交换法是一种常用的分离和纯化离子的方法，其原理是利用离子交换树脂对溶液中的离子进行交换，从而实现离子的分离和纯化。
离子交换树脂是一种具有固定正或负电荷的高分子化合物，通过与溶液中的离子发生化学反应，使得原来在树脂上的离子被替换成溶液中的其他离子，从而实现离子的分离和纯化。
离子交换法的原理可以简单地理解为树脂上的固定离子与溶液中的离子进行交换。
当溶液中的离子与树脂上的离子之间的亲和力更强时，就会发生离子交换。
在这个过程中，树脂上的离子会被溶液中的离子替换下来，从而实现了离子的分离和纯化。
离子交换法的应用非常广泛，常见的应用包括水处理、生物制药、食品加工等领域。
在水处理中，离子交换法可以用来去除水中的硬度离子，降低水的硬度，提高水的质量。
在生物制药中，离子交换法可以用来纯化蛋白质、去除杂质离子，提高药物的纯度。
在食品加工中，离子交换法可以用来去除食品中的杂质离子，提高食品的质量。
离子交换法的原理虽然简单，但是在实际应用中需要根据不同的离子和树脂的性质进行选择和设计。
树脂的选择需要考虑树脂的交换容量、选择性、稳定性等因素，以及溶液中离子的浓度、种类等因素。
同时，离子交换法的操作条件也需要进行优化，包括溶液的pH值、温度、流速等因素。
总之，离子交换法作为一种常用的离子分离和纯化方法，其原理是利用离子交换树脂对溶液中的离子进行交换，从而实现离子的分离和纯化。
在实际应用中，需要根据不同的离子和树脂的性质进行选择和设计，并优化操作条件，以实现最佳的分离和纯化效果。
离子交换法在水处理、生物制药、食品加工等领域有着重要的应用，对提高产品质量、保障人类健康具有重要意义。
离子交换法的工作原理
离子交换法的工作原理离子交换法（Ion Exchange）是一种分离技术，它能够通过将溶液中一些离子与固体材料上的同种离子交换，在溶液中提取出需要的离子，可用于水处理、糖化、化学分析等领域。
离子交换法工作原理是基于固体材料与溶液中的离子进行反应，形成交换反应。
通俗地讲，达到与溶液相平衡时，溶液中的某种离子会与固体材料上的相同能量等离子体发生吸附，而背景中的其他部分则不会。
这里的固体材料常常称为“树脂”。
离子交换树脂是一种能在水中交换离子的多孔材料。
它是由无定型聚合物材料（如聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯醇等）制成的，通过化学反应，上面带有功能基团，可选择性地吸附溶液中的离子。
这些树脂通过浸渍物料（如二羧甘氨、氨基甲酸氢盐、十六烷基三甲基溴化铵等）而产生特定酸度，这可以帮助它们特异性地吸收溶液中想要选择的离子。
离子交换树脂的选择因物质而异，可为阳离子或阴离子。
阳离子交换树脂上有功能基团，如磺酸树脂和卤素树脂等，一般用于吸附正电荷离子，如钠、钾、钙等。
阴离子交换树脂具有硫酸树脂、氢氧化物树脂等功能基团，可选择性地吸附阴离子，如氯离子、硝酸根等。
引入离子交换树脂的离子交换器又被称为离子交换柱。
离子交换柱是离子交换过程所需的装置，是等流法的重要组成部分，以及提高交换效率的主要设备之一。
当溶液通过离子交换柱时，离子交换树脂吸附某些离子，并将它们替换成环境中的其他离子，如水分子和氢氧化物离子。
在交换过程中，离子吸附的排斥掉的原离子被水洗去，并进一步淋洗并去除残留于树脂上的离子，以保持交换柱的活性。
在离子交换之前，树脂必须经过一系列的准备工作。
首先，树脂必须经过一个预处理过程，以提高其化学性质，增加它对特异离子的吸附能力。
此外，树脂还必须进行浸泡水或某种溶液，以使其达到最佳的吸附状态。
这种吸附液通常被称为反应剂。
随着反应剂被吸附和替换，离子吸附柱最终会到达饱和点，这意味着它不能再吸附更多的离子。
虽然离子交换法在处理水和其他化工过程中有许多应用，但它仅能有效地处理溶液中有限的种类的离子。
离子交换原理
离子交换原理离子交换是一种重要的化学过程，广泛应用于水处理、环境保护、化学分离、药物制造等领域。
本文将介绍离子交换的原理、应用以及相关技术。
离子交换是一种离子间相互转移的过程，通过固定相中的离子与溶液中的离子进行交换，在溶液中产生多种离子形态的分离和转移。
这一过程基于离子的电荷性质，涉及到离子的吸附、解吸和交换平衡。
离子交换的原理可以通过固定相与溶液中的离子之间发生相互作用来解释。
固体材料通常具有离子交换功能的特殊结构，如具有阴阳离子交换基团的树脂。
当溶液中的离子接触到固体材料表面时，离子交换基团可以与溶液中的离子发生反应，使溶液中的离子被固体材料吸附，并释放出与之反应的离子到溶液中。
离子交换的过程受到多种因素的影响，如离子交换材料的性质、溶液中的离子浓度、PH值、温度等。
这些因素的变化会影响离子交换平衡的位置和速率。
离子交换平衡一般分为吸附平衡和解附平衡两个过程，吸附平衡是指离子被吸附到固体材料上的过程，而解附平衡是指离子从固体材料解离到溶液中的过程。
离子交换在水处理中有广泛的应用，尤其是对水中的离子污染物进行去除。
水中的离子污染物包括镁、钙、铁、锌、铜、铝等金属离子，以及硝酸盐、磷酸盐等溶解性无机离子。
通过选择合适的离子交换材料，可以实现对特定离子的选择性吸附和去除。
离子交换在饮用水净化、工业废水处理、海水淡化等方面都起到了重要作用。
此外，离子交换也被广泛应用于化学分离和纯化过程中。
许多化学反应和制造过程需要纯净的溶液或溶剂，离子交换可以通过去除溶液中的杂质离子，实现对目标物质的分离和提纯。
例如，在制药工业中，离子交换被用于从混合物中分离和纯化生物分子、药物和降解产物。
此外，离子交换还可以用于催化剂的制备、电化学能量转换、离子选择性传感器等方面。
离子交换技术的发展为众多领域提供了重要的技术支持，对改善环境、提高生产效率、促进科学研究等方面具有重要意义。
总之，离子交换作为一种重要的化学过程，通过固定相中的离子与溶液中的离子进行交换，实现了离子的分离、纯化和转移。
离子交换法原理
离子交换法原理
离子交换法是一种常用的化学分离和净化技术，其原理是利用固体离子交换树脂对溶液中的离子进行选择性吸附和释放，从而实现对离子的分离和纯化。
离子交换法在水处理、化工、生物制药等领域有着广泛的应用。
离子交换树脂是离子交换法的关键材料，它通常是一种多孔的聚合物，具有大量的功能基团，如硫酸基、羧基、胺基等。
这些功能基团能够与溶液中的离子发生化学反应，形成离子交换，并将其固定在树脂表面上。
当溶液中的离子浓度超过树脂的吸附容量时，树脂会饱和，需要进行再生或更换。
离子交换法的原理是基于离子在树脂上的吸附和释放。
当溶液中的离子接触到离子交换树脂时，树脂上的功能基团会与离子发生化学反应，吸附到树脂表面上。
不同的离子具有不同的亲和力和选择性，因此可以通过选择合适的离子交换树脂，实现对目标离子的选择性吸附。
而当树脂饱和或需要释放已吸附的离子时，可以通过改变溶液的条件，如pH值、离子浓度等，来实现离子的释放，从而完成离子的分离和纯化。
离子交换法的应用非常广泛。
在水处理领域，离子交换法可以用于软化水、去除重金属离子、纯化饮用水等。
在化工生产中，离子交换法可以用于提纯化学品、分离有机物、废水处理等。
在生物制药领域，离子交换法可以用于分离蛋白质、纯化生物制剂等。
总之，离子交换法是一种非常有效的分离和净化技术，其原理简单而有效。
通过选择合适的离子交换树脂和调节操作条件，可以实现对目标离子的高效分离和纯化，为各个领域的生产和生活提供了重要的技术支持。
离子交换的原理
离子交换的原理
离子交换是一种通过将溶液中的离子与固体中的离子进行交换来实现水处理和分离纯化的方法。
离子交换通常使用具有离子化学特性的树脂作为固体相。
树脂中的固定离子可以与溶液中的离子进行交换，形成新的离子组合，从而使溶液中目标离子的浓度降低或完全被去除。
离子交换的过程可以理解为固体相中的离子与溶液中的离子发生竞争吸附的过程。
当固体相中的固定离子与溶液中的目标离子之间的亲和力更高时，目标离子会与固体相发生交换，并被固体相捕获。
一旦目标离子被固体相捕获，其浓度就会在溶液中减少。
离子交换的选择性取决于树脂固定离子与目标离子之间的亲和力。
不同的树脂具有不同的选择性，可以选择特定的树脂来去除溶液中的特定离子。
例如，阳离子交换树脂更喜欢吸附阳离子，而阴离子交换树脂则更喜欢吸附阴离子。
离子交换的过程可以通过调节溶液pH值和离子浓度来进行控制。
pH值的改变可以影响溶液中离子的电荷状态，进而影响与树脂的吸附和交换行为。
此外，在离子交换过程中，床体内固体相的饱和度也会影响交换效率和容量。
离子交换广泛应用于水处理领域，例如用于软化水、除去金属离子、去除有机物质等。
它也被用于分离纯化化学品、生物制品和药物等领域。
离子交换的原理简单有效，具有广泛的应用前景。
离子交换色谱法的分离原理和操作步骤
离子交换色谱法的分离原理和操作步骤离子交换色谱法（Ion Exchange Chromatography）是一种常用的高效分离技术，广泛应用于药物研究、生物化学和环境监测等领域。
该技术的原理基于离子间的互相吸附和解吸作用，通过离子交换剂和淋洗缓冲液的选择实现目标物质的分离和纯化。
一、分离原理：离子交换色谱法的分离原理是基于离子交换剂与样品中离子的相互作用。
离子交换剂通常是具有固定电荷的树脂材料，其内部可以连接带正电（阴离子交换树脂）或带负电（阳离子交换树脂）的功能基团。
当样品中的离子进入色谱柱，会与离子交换剂表面的功能基团发生静电相互作用，发生互相吸附。
在离子交换色谱的过程中，树脂固定相上的离子交换剂与样品中的离子发生竞争吸附，较强的离子与树脂固定相发生更强的吸附，较弱的离子则发生较弱的吸附。
通过调整淋洗缓冲液的性质和浓度，可以改变离子交换剂与样品中离子的相互作用强度，实现对目标物的选择性吸附和解吸。
二、操作步骤：1. 样品预处理：将待检样品进行前处理，例如提取、浓缩和溶解等步骤，以获得适合分析的样品。
2. 样品加载：将样品通过进样口注入离子交换色谱柱中，尽量避免空气进入，以免影响分析结果。
3. 柱洗脱：通过在色谱柱上通入淋洗缓冲液，将非目标物质从固定相上洗脱。
淋洗缓冲液的性质和浓度需要根据目标物质的亲和性进行选择。
4. 目标物洗脱：通过改变淋洗缓冲液的性质和浓度，实现目标物质与固定相的离子交换。
通常，当淋洗缓冲液中的离子浓度增加时，目标物质与固定相之间的离子交换作用会减弱，从而实现目标物质的洗脱。
5. 柱平衡：在每次使用色谱柱之前，都需要进行柱平衡步骤。
通过使用柱平衡液将色谱柱进行适当的平衡，以确保每次实验结果的准确性和重现性。
6. 数据采集和分析：最后，用适当的检测器检测洗脱出的样品，并对数据进行采集和分析。
根据峰面积或峰高，可以定量分析目标物质的含量。
离子交换色谱法作为一种高效的分离技术，具有分析速度快、选择性高、分辨率好等优点。
离子交换法的原理
离子交换法的原理离子交换层析分离蛋白质是根据在一定ph 条件下，蛋白质所带电荷不同而进行的分离方法。
常用于蛋白质分离的离子交换剂有弱酸型的羧甲基纤维素(cm纤维素) 和弱碱型的二乙基氨基乙基纤维素(deae纤维素)。
前者为阳离子交换剂，后者为阴离子交换剂。
离子交换层析(ion-exchange chromatography,iec) 是在生物大分子提纯中得到最广泛应用的方法之一。
年，thompson等人在研究土壤碱性物质互换过程中辨认出色谱法现象。
上世纪40年代，发生了具备平衡互换特性的聚苯乙烯色谱法树脂。
50年代，色谱法层析步入生物化学领域，应用于氨基酸的分析。
色谱法层析就是生物化学领域中常用的一种层析方法，广为的应用于各种生化物质例如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的拆分提纯。
常用的色谱法剂存有:色谱法纤维素、色谱法葡聚糖和色谱法树脂。
离子交换层析中，基质是由带有电荷的树脂或纤维素组成。
带有负电荷的称之阳离子交换树脂;而带有正电荷的称之阴离子树脂。
离子交换层析同样可以用于蛋白质的分离纯化。
由于蛋白质也有等电点，当蛋白质处于不同的ph条件下，其带电状况也不同。
阴离子交换基质结合带有负电荷的蛋白质，所以这类蛋白质被留在柱子上，然后通过提高洗脱液中的盐浓度等措施，将吸附在柱子上的蛋白质洗脱下来。
结合较弱的蛋白质首先被洗脱下来。
反之阳离子交换基质结合带有正电荷的蛋白质，结合的蛋白可以通过逐步增加洗脱液中的盐浓度或是提高洗脱液的ph值洗脱下来。
预处理和装柱对于离子交换纤维素要用流水洗去少量碎的不易沉淀的颗粒，以保证有较好的均匀度，对于已溶胀好的产品则不必经这一步骤。
溶胀的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成为带h+或oh-的交换剂型。
阴离子交换剂常用"碱-酸-碱"处理，使最终转为-oh-型或盐型交换剂;对于阳离子交换剂则用"酸-碱-酸"处理，使最终转为-h-型交换剂。
《离子交换分离法》课件
化学键合法
将具有特定功能的有机物通过化学 键合作用固定在载体上，制备成具 有特定功能的离子交换剂。
离子交换剂的性能指标
交换容量
指单位质量的离子交换剂所 能交换离子的量，是衡量离 子交换剂性能的重要指标之 一。
在食品工业中的应用
食品添加剂生产
离子交换分离法可用于生 产食品添加剂，如柠檬酸 、苹果酸等，提高产品质 量和纯度。
果汁和乳制品加工
在果汁和乳制品加工过程 中，离子交换分离法可用 于去除杂质离子，提高产 品的口感和品质。
食品包装材料处理
离子交换分离法可用于食 品包装材料的处理，去除 其中的有害物质，提高食 品安全。
《离子交换分离法 》ppt课件
目 录
• 离子交换分离法简介 • 离子交换剂 • 离子交换分离法的基本操作 • 离子交换分离法的应用实例 • 离子交换分离法的优缺点及发展前景
01
CATALOGUE
离子交换分离法简介
离子交换分离法的定义
离子交换分离法是一种利用离子交换 剂与溶液中的离子进行可逆交换，从 而实现离子或离子的混合物分离的方 法。
选择性
指离子交换剂对不同离子的 选择性差异，通常用某一离 子的交换容量与另一离子的 交换容量的比值来表示。
平衡速度
指离子交换剂与溶液中的离 子达到平衡状态所需的时间 ，是衡量离子交换剂性能的 重要指标之一。
再生性能
指离子交换剂在使用过程中 经过多次再生后性能的保持 能力，是衡量离子交换剂性 能的重要指标之一。
05
CATALOGUE
离子交换分离法的优缺点及发展前景
离子交换原理
离子交换原理
离子交换是一种重要的化学过程，可以用来除去水中的离子。
它基于固体材料（通常是一种特殊的树脂）与水中的离子之间发生相互作用，并以特定方式交换。
这种过程可以通过分子间吸附、螯合、离子交换等方式进行。
离子交换的原理是基于固体材料表面的活性位点与溶液中的离子结合和释放。
这些活性位点通常是树脂中的功能基团，如硫酸基、胺基等。
当水中的离子与树脂表面的功能基团发生吸附时，它们会被树脂上的其他离子所取代。
这种离子之间的交换过程是可逆的，即树脂可以释放吸附的离子，并与新的离子重新吸附。
这样就实现了离子在树脂和水之间的交换。
离子交换的选择性是通过选择树脂的功能基团来实现的。
不同的功能基团对不同的离子具有不同的亲和力，因此可以选择性地去除特定类型的离子。
例如，选择带有酸性功能基团的树脂可以去除阳离子，而选择带有碱性功能基团的树脂可以去除阴离子。
离子交换在水处理领域中得到了广泛应用，用于去除水中的硬度离子（如钙、镁离子）和污染物离子（如铅、铜、镍离子等）。
此外，离子交换还用于制备高纯度的化学物质，如药物、食品和化妆品中所使用的纯净水。
总的来说，离子交换是一种重要的水处理技术，通过固体材料与水溶液中的离子之间的相互作用，实现离子的选择性吸附和交换。
它在环保及工业生产中具有广泛的应用前景。
离子交换法原理
离子交换法原理离子交换法是一种重要的化学分离技术，它通过固体吸附剂对溶液中的离子进行交换，实现了离子的分离和提纯。
离子交换法在水处理、化工、生物制药等领域有着广泛的应用，其原理和操作方法对于提高产品质量、节约能源和资源具有重要意义。
离子交换法的原理主要是利用固体吸附剂上的离子交换基团与溶液中的离子发生化学反应，从而实现溶液中离子的选择性吸附和脱附。
固体吸附剂通常是一种多孔材料，其表面上带有带电的功能基团，如阴离子交换基团和阳离子交换基团。
当溶液中的离子进入固体吸附剂的孔隙时，它们会与固体吸附剂表面上的离子交换基团发生离子交换反应，从而被固定在固体吸附剂上。
当需要脱附时，可以通过改变溶液的pH值或者使用含有更强亲和力的离子溶液来实现离子的脱附。
离子交换法的原理可以用化学方程式来描述。
以阴离子交换剂为例，其功能基团通常是含有氧原子的阴离子，如-OH、-COOH等。
当溶液中的阳离子进入固体吸附剂的孔隙时，它们会与固体吸附剂表面上的阴离子交换基团发生反应，形成固定在固体吸附剂上的阴离子。
而固体吸附剂上原本的阴离子则会进入溶液中，实现了离子的交换。
同样的原理也适用于阳离子交换剂。
离子交换法的原理还包括选择性吸附和脱附。
选择性吸附是指固体吸附剂对特定离子有较强的亲和力，从而实现对特定离子的吸附和分离。
而脱附则是指通过改变条件，如溶液的pH值或者使用其他离子溶液，使固体吸附剂上的离子发生交换，从而实现离子的脱附和固定。
总的来说，离子交换法是一种通过固体吸附剂上的离子交换基团与溶液中的离子发生化学反应，实现离子的选择性吸附和脱附的化学分离技术。
它的原理简单清晰，操作方便灵活，可以实现对溶液中离子的高效分离和提纯。
在实际应用中，离子交换法可以根据不同的离子交换剂和操作条件，实现对不同离子的选择性吸附和脱附，从而满足不同行业的需求。
总的来说，离子交换法的原理清晰简单，操作方便灵活，具有广泛的应用前景。
它在水处理、化工、生物制药等领域有着重要的应用价值，对于提高产品质量、节约能源和资源具有重要意义。
离子交换色谱法的分离原理
离子交换色谱法的分离原理
一、离子交换
离子交换色谱法的基础是离子交换过程。
在这个过程中，固定相上的离子与流动相中的离子进行可逆的交换。
固定相上的离子与流动相中的离子进行交换时，它们会根据电荷和亲和力的差异进行选择性地结合或分离。
二、吸附与洗脱
在离子交换色谱法中，被分析的离子首先被固定相吸附。
随着流动相的通过，被吸附的离子逐渐被洗脱下来。
洗脱的速率取决于被分析离子与固定相的相互作用强度。
通常，亲和力越强的离子越难以被洗脱，而亲和力较弱的离子则更容易被洗脱。
三、离子间的相互作用
在离子交换色谱过程中，被分析的离子与固定相和流动相中的其他离子之间存在着相互作用。
这些相互作用包括：电荷相互作用、络合反应、疏水相互作用等。
这些相互作用会影响离子的吸附和解吸行为，从而影响最终的分离效果。
在电荷相互作用中，同号电荷离子间的排斥作用和异号电荷离子间的吸引作用会影响离子的洗脱顺序。
在络合反应中，一些金属离子可能与固定相或流动相中的配位体形成络合物，影响它们的吸附和解吸行为。
疏水相互作用则涉及到离子与固定相或流动相间的非极性相互作用，这种相互作用通常在反相离子交换色谱中较为重要。
通过控制实验条件，如流速、盐浓度、pH值等，可以调整这些相互
作用，从而实现特定离子的有效分离。
简述离子交换层析原理
简述离子交换层析原理离子交换层析是一种常用的分离和纯化技术，基于离子交换剂与待分离物质之间的相互作用来实现分离的原理。
它是通过将混合物溶液通过含有离子交换树脂的柱子或床层，利用离子交换剂与待分离物质之间的亲和力差异，实现目标物质的吸附和洗脱分离的过程。
离子交换层析的原理可以从以下几个角度来解释：1. 离子交换剂，离子交换层析中的关键是离子交换剂，它通常是一种高分子化合物，具有含有固定电荷的功能基团，如阴离子交换树脂上的正电荷基团或阳离子交换树脂上的负电荷基团。
这些功能基团能够与待分离物质中的离子发生相互作用。
2. 吸附与洗脱，当混合物溶液通过离子交换树脂时，离子交换剂上的功能基团与待分离物质中的离子发生吸附作用。
这些离子与离子交换剂之间形成化学键或静电作用力，使其被固定在树脂上。
通过改变溶液的条件，如改变pH值或离子浓度，可以改变离子交换剂与待分离物质之间的相互作用，从而实现洗脱目标物质的目的。
3. 选择性分离，离子交换层析的选择性分离依赖于离子交换剂的功能基团和待分离物质之间的亲和力差异。
不同的离子交换剂具有不同的功能基团，可以选择性地吸附目标物质。
例如，阴离子交换剂可以选择性地吸附带正电荷的离子，而阳离子交换剂可以选择性地吸附带负电荷的离子。
通过调整溶液的条件，可以控制目标物质的吸附和洗脱，实现分离纯化。
4. 应用范围，离子交换层析广泛应用于生物化学、制药、环境保护等领域。
它可以用于分离和纯化蛋白质、核酸、药物、金属离子等物质。
离子交换层析不仅可以实现单一组分的分离，还可以实现复杂混合物的分离。
总结起来，离子交换层析通过离子交换剂与待分离物质之间的相互作用，利用吸附和洗脱的原理实现分离纯化。
它具有选择性分离、广泛应用的特点，对于分离和纯化各种物质具有重要的意义。
离子交换分离原理及设备教学课件
结构
固定床离子交换器由交换剂层、 淋洗层和底部分布器组成，其中 交换剂层是离子交换反应发生的
主要区域。
应用
固定床离子交换器广泛应用于水 处理、湿法冶金、化学工业等领
域，可处理各种类型的溶液。
移动床离子交换器
原理
移动床离子交换器利用离子交换 剂颗粒在容器内连续移动，与溶 液进行接触和交换反应，实现离
环境保护、生物医药等。
随着人们对环境保护和资源利用 的重视程度不断提高，离子交换 分离技术的应用前景将更加广阔
。
未来，离子交换分离技术将继续 朝着高效、节能、环保的方向发 展，为人类社会的可持续发展做
出更大的贡献。
05
实验操作与注意事项
实验操作步骤
准备阶段
检查实验设备是否齐全，确保电 源、水源等正常工作。
离子交换分离原理 及设备教学课件
目 录
• 离子交换分离原理 • 离子交换设备 • 离子交换分离应用 • 离子交换分离技术发展 • 实验操作与注意事项
01
离子交换分离原理
离子交换剂
离子交换剂的定义
离子交换剂是一种不溶于水的固体物 质，其表面有活性基团，能进行离子 交换反应。
离子交换剂的分类
离子交换剂的作用
离子交换反应遵循质量作用定律，其反应速率与溶液中离子的浓度 和离子交换剂的活性基团有关。
离子交换反应的条件
离子交换反应需要在一定的pH值和离子强度条件下进行，同时需 要考虑离子的竞争吸附和反离子的影响。
离子交换选择性
1 2
离子交换选择性的定义
离子交换选择性是指离子交换剂对不同离子的吸 附能力差异，通常用选择性系数或选择性排序来 表示。
食品加工过程中需要大量用水，通过离子交换技术可以保证用
离子交换分离技术的操作步骤和原理
离子交换分离技术的操作步骤和原理离子交换分离技术（Ion Exchange Chromatography）是一种广泛应用于实验室和工业中的分离和纯化技术。
其操作步骤简便，原理清晰，被广泛应用于分析、制药、环境监测等领域。
离子交换分离技术的原理基于离子交换树脂的特性。
离子交换树脂具有一定的功能基团，能够与溶液中的离子发生化学反应。
在这一过程中，反应中的阳离子会与树脂上的阴离子基团结合，而阴离子与树脂上的阳离子基团结合。
通过这种离子交换反应，实现溶液中特定离子的分离与纯化。
离子交换分离技术的操作步骤主要包括样品准备、离子交换柱的装置、进样和洗脱等环节。
首先，样品准备是离子交换分离技术的重要一步。
样品通常需要被预处理，以便去除杂质和调整pH值等参数。
这可以通过过滤、酸碱调节、或其他化学反应来实现。
经过适当的样品准备后，样品溶液中的目标离子可以进一步分离和纯化。
其次，装置离子交换柱。
离子交换柱是离子交换分离技术操作中的核心设备，其内部充满了离子交换树脂。
常见的离子交换树脂有阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
在这一步骤中，需要将柱导通缓冲液，以达到最佳的性能。
缓冲液的选择取决于离子交换柱中离子交换树脂的功能基团及其性质。
接下来，进行样品的进样。
进样可以通过多种方式实现，比如通过注射器将样品溶液垂直滴入柱中。
进样时，溶液中的目标离子会与离子交换树脂中的功能基团发生离子交换反应。
这一步骤的快速和准确性对于最终的分离效果起着重要作用。
完成进样后，需要通过洗脱步骤将目标离子从离子交换树脂中解离出来。
合适的洗脱条件取决于样品的特性和离子交换树脂的性质。
洗脱可以通过改变溶液pH 值、离子浓度或引入竞争性离子来进行。
通过调节洗脱条件，目标离子可以从离子交换树脂上被洗脱下来，实现分离和纯化。
最后，为了保持离子交换柱的稳定和延长使用寿命，在操作完成后需要进行再生步骤。
再生根据离子交换柱的特性和实验需求而定，常见的再生方法包括酸碱洗脱、高浓度离子洗脱等。
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Key words for search ：
Extraction, Separation, Purification, Characteristics Supercritical fluid extraction Two-aqueous phase extraction Ion exchange resins Adsorption separation Membrane separation Chromatography separation Crystallization
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离子交换树脂法是应用合成的离子交换树脂作为吸着剂， 离子交换树脂法是应用合成的离子交换树脂作为吸着剂， 将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上， 将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，然后用合适 的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、 的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。 提纯的目的。 离子交换法的特点是树脂无毒性且可以反复再生使用， 离子交换法的特点是树脂无毒性且可以反复再生使用，少 用或不用有机溶剂，因而具有设备简单、操作方便、 用或不用有机溶剂，因而具有设备简单、操作方便、劳动 条件较好的优点，成为提取抗生素药物的主要方法之一， 条件较好的优点，成为提取抗生素药物的主要方法之一， 已在多种抗生素生产中使用。 已在多种抗生素生产中使用。
2010-8-316Fra bibliotek1、离子交换树脂的基本概念 、
离子交换树脂是一种具有 网状立体结构的、 网状立体结构的、含有高分 子活性基团而能与溶液中其 他物质进行交换或吸着的聚 合物。 合物。其高分子活性基团一 般是多元酸或多元碱。因此， 般是多元酸或多元碱。因此， 从电化学的观点来看， 从电化学的观点来看，离子 交换树脂是一种不溶性的多 价电介质。 价电介质。
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四种树脂性能的比较
性能 阳离子交换树脂 强酸性 活性基团 pH影响 影响 盐稳定性 再生* 再生 交换速度 磺酸 无 稳定 3-4倍 倍 快 弱酸性 羧基 酸性中小 洗涤时水解 1.5-2倍 倍 慢 阴离子交换树脂 强碱性 季胺 无 稳定 3-5倍 倍 快 弱碱性 伯仲叔胺 碱性中小 洗涤时水解 1.5-2倍 倍 慢
期中考查作业
外文相关文献翻译（占总成绩 外文相关文献翻译（占总成绩15%） ）
文献检索网址： 文献检索网址： / / /science?_ob=MiamiSearc hURL&_method=requestForm&_btn=Y&_acct=C0000 53060&_version=1&_urlVersion=1&_userid=1489345& md5=563c1959b45e434364d6139b3cbd3fb2
（7）稳定性：化学稳定性和热稳定性。 ）稳定性：化学稳定性和热稳定性。 （8）滴定曲线：见下页图示。 ）滴定曲线：见下页图示。 （9）孔度、孔径、比表面积：孔度为单位重量 ）孔度、孔径、比表面积： 或体积树脂所含有的空隙体积。孔径和交联度、 或体积树脂所含有的空隙体积。孔径和交联度、 制孔剂有关。 制孔剂有关。
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聚苯乙烯—二乙烯苯磺酸阳离子树脂 聚苯乙烯 二乙烯苯磺酸阳离子树脂
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20
苯乙烯—二乙烯苯胺基阴离子交换树脂 苯乙烯 二乙烯苯胺基阴离子交换树脂
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21
丙烯酸—二乙烯苯系羧酸树脂 丙烯酸 二乙烯苯系羧酸树脂
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酚醛型树脂
脲醛树脂合成
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3.2 逐步共聚法（缩聚法） 逐步共聚法（缩聚法）
由两个或两个以上带有功能基的单体， 由两个或两个以上带有功能基的单体，通过功能基之间的 相互作用而进行反应。 般伴随有低分子物 般伴随有低分子物(如水或卤化 相互作用而进行反应。—般伴随有低分子物 如水或卤化 氢等)的析出 但亦有生成低聚物或不析出低分子物的。 的析出， 氢等 的析出，但亦有生成低聚物或不析出低分子物的。 缩聚法合成球形树脂通常以透平油或二氯苯作为分散介质 进行悬浮聚合制成。例如酚醛型、环氧丙烷-多烯多胺型 进行悬浮聚合制成。例如酚醛型、环氧丙烷 多烯多胺型 等的球型树脂的生产。 等的球型树脂的生产。 引入树脂活性基团的方法： 引入树脂活性基团的方法：一是单体本身作为功能基团 如丙烯酸、苯酚）； ）；二是合成共聚体后进行化学反应引 （如丙烯酸、苯酚）；二是合成共聚体后进行化学反应引 入功能基（磺化、氯甲基化-胺化等 胺化等）。 入功能基（磺化、氯甲基化 胺化等）。
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分离纯化工艺原理
孔维宝 kwbao@ 西北师范大学生命科学学院
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第七章 离子交换分离原理
1、离子交换树脂的基本概念 、 2、离子交换树脂的分类及理化性能（★） 、离子交换树脂的分类及理化性能（ 3、离子交换树脂的合成 、 4、离子交换过程的理论基础（★） 、离子交换过程的理论基础（ 5、 5、离子交换过程的选择 6、偶极离子吸着 、 7、大网格离子交换树脂 、 8、树脂和操作条件的选择及应用实例（★） 、树脂和操作条件的选择及应用实例（ 9、软水和无盐水制备 、 10、离子交换膜和电渗析 、 11、离子交换法分离蛋白质（★） 、离子交换法分离蛋白质（
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2.2 命名
1977年我国石化部颁布了新的 代号 年我国石化部颁布了新的 规范化命名法。 规范化命名法。离子交换树脂 0 的型号由三位阿拉伯数字组成。 的型号由三位阿拉伯数字组成。 第一位数字代表产品的分类， 第一位数字代表产品的分类， 1 第二位数字代表骨架，第三位 第二位数字代表骨架， 2 数字为顺序号，用以区别基团、 数字为顺序号，用以区别基团、 3 交联度等。 交联度等。分类代号和骨架代 号都分成7种 号都分成 种。
a1a2 RT ln = ns ( s s ) a1 a2
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2.3 离子交换树脂的理化性能
（5）含水量：每克干树脂吸收水分的数量称含 ）含水量： 水量，一般为0.3~0.7g。交联度高，含水量低。 水量，一般为 。交联度高，含水量低。 （6）视密度：湿视密度和真视密度。 ）视密度：湿视密度和真视密度。
湿视密度：单位体积湿树脂的重量（一般为 湿视密度：单位体积湿树脂的重量（一般为0.60.85 g/mL）。 ）。 真视密度： 真视密度：比重瓶法测得的单位体积湿树脂的重量 （1.1-1.4 g/mL）。 ）。
阿司匹林
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多烯多胺—环氧丙烷型树脂 多烯多胺 环氧丙烷型树脂
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4、离子交换过程的理论基础 、
4.1 离子交换平衡方程式
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RTln
a1 a2 a1 a2
1 Z1
1 Z1
1 Z2 1 Z2
= γ ns ( s s )
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实验设计部分
（占总成绩15%，每题 分） 占总成绩 ，每题50分
1、根据《化工制图》的有关知识，试设计一间药物分离工程 、根据《化工制图》的有关知识， 实验室，并对必要的设计做一解释说明（ 纸型）。 实验室，并对必要的设计做一解释说明（用A4纸型）。 纸型 2、唇形科植物丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)用于治疗心脑 、唇形科植物丹参 用于治疗心脑 血管疾病时，起作用的是丹参酮类和丹参酚酸两部分。 血管疾病时，起作用的是丹参酮类和丹参酚酸两部分。查阅 有关文献，根据这两种活性物质的理化特性， 有关文献，根据这两种活性物质的理化特性，试设计用萃取 法从丹参入药部分分离提取酮类和酚酸的工艺流程图（ 法从丹参入药部分分离提取酮类和酚酸的工艺流程图（按照 化工制图》专业绘图要求）， ），并对必要的步骤加以解释说 《化工制图》专业绘图要求），并对必要的步骤加以解释说 纸型）。 明（用A4纸型）。 纸型 绘图要求：手工绘制或 软件绘制。 绘图要求：手工绘制或AutoCAD软件绘制。 软件绘制
分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螯合性 两 性
氧化还原性
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系
乙烯吡啶系
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脲醛系 氯乙烯系
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国产离子交换树脂命名原则图示
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2.3 离子交换树脂的理化性能
）：一般为球形 （1）外观和粒度（颗粒度）：一般为球形，直径为 ）外观和粒度（颗粒度）：一般为球形，直径为0.2~1.2mm。 。 ）：以单位重量干树脂或单位体积湿树脂 （2）交换容量（交换当量）：以单位重量干树脂或单位体积湿树脂 ）交换容量（交换当量）： 能吸附一价离子的毫摩尔数表示。重量交换容量（ 干树脂） 能吸附一价离子的毫摩尔数表示。重量交换容量（mep/L.g干树脂） 干树脂 和体积交换容量（ 树脂）。 和体积交换容量（ mep/L.g树脂）。 树脂 （3）机械强度（不破损率 ）：经一定的磨损试验后，筛选得到的 ）：经一定的磨损试验后 ）机械强度（不破损率%）：经一定的磨损试验后， 完好数值的重量百分率。药品分离中一般要求95%以上。 以上。 完好数值的重量百分率。药品分离中一般要求 以上 ）：树脂从一种型转变为另一种型时体积增 （4）膨胀度（视膨胀率）：树脂从一种型转变为另一种型时体积增 ）膨胀度（视膨胀率）： 大的百分率。 大的百分率。 影响膨胀度的因素：交联度、活性基团的性质和数量、 影响膨胀度的因素：交联度、活性基团的性质和数量、活性离子 的性质、介质的性质和浓度、骨架结构。 的性质、介质的性质和浓度、骨架结构。