13离子交换色谱
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大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
2.1.3 树脂的性质
（1）外型
颜色：白、黄、黑和褐。 形状：大多为球形。 大小：通常用树脂在水中膨胀后通过筛的大小表示。
（2）溶胀性
离子交换树脂在水中会发生体积的膨胀。
（3）密度
表观密度：指树脂在交换wk.baidu.com中的装填密度。
⑷交联度
合成树脂中所用的交联剂在原料总重量中所占的百分 比称为树脂的交联度，一般为2-16％ 。
CH2-CH2 CH2-CH2 CH2-CH2 CH2-CH2-CH2-CH2
CH2-CH2 CH2-CH2
离子交换的推动力
根据树脂所带的可交换的离子性质，离子交换树脂大体上可分为 阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
骨架上的活性离子可扩散到溶液中；溶液中的同类型离子也能扩 散到骨架的网格或孔内。
当这两种离子浓度差较大时，就产生一种交换的推动力，使它们 之间产生交换作用。 浓度差越大，交换速度越快。
特性
R﹣NR3OH ＝ R﹣NR3＋ + OHˉ
❖ 淡黄色的球状颗粒； ❖ 对强酸根和弱酸根都能交换； ❖ 对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定； ❖ 在酸性、碱性溶液中都能使用，交换容量不受溶液中pH值影响。
⑵ 弱碱性阴离子交换树脂
这类树脂含弱碱性基团，如伯胺基 (-NH2) 、仲胺基(-NHR) 或叔氨基(-NR2) ，它们在水中能解离出OH- ，但解离能 力较弱，受pH影响较大，在碱性环境中的解离度受到抑 制，故交换能力差，只能在pH＜7的溶液中使用。
2. 离子交换剂的结构与类型
离子交换剂的组成
目前在生产中常用的离子交换剂主要有离子交换树脂和多 糖基离子交换剂，都是由3部分组成：
①不溶性载体，由高分子化合物构成的不溶于水、酸和碱， 也不溶于普通有机溶剂、化学性质稳定的网络状骨架；
②功能基团，大量与载体连接、不能自由移动的活性基团； ③可交换离子，在功能基团上携带的可移动的活性离子。
2.1.4 四种基本类型树脂的实用型
1）将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠 型树脂；避免了溶液PH值下降和由此产生的副 作用，如对设备的腐蚀。进行再生时，用盐水 而不用强酸。
（5）交换容量
每克干树脂所含活性基团的物质的量，而实际 交换容量是指在实验条件下，每克干树脂能交 换离子的物质的量。
称取干树脂1克，置于250mL锥形瓶中、准确 加入0.1mol/LNaOH标准溶液100mL，振荡后 放置过夜，用移浓管吸取上层清液25mL，加酚 酞指示剂1滴，用0.1mol/L标准HCl溶液滴定至 红色消失，设用去标准HCl溶液14mL，树脂的 交换容量可以计算为5.6 mmol/g。
1. 概述
1.3 基本原理
离子交换分离技术是基于不溶性高分子化合物作为色 谱介质的一种分离方法。离子交换分离法是基于物质在 固相与液相之间的分配。通过分子中的活性离子将溶液 中带相反电荷的物质吸附在离子交换剂上，然后用适当 的洗脱溶剂将吸附物质再从离子交换剂上洗脱下来，从 而达到目的产物的分离、浓缩和纯化的目的。
这类树脂的活性基团为磺酸基团（—SO3H）和次甲 磺酸基团（—CH2SO3H）。它们都是强酸性基团，能 在溶液中解离出H+。树脂中的 H+与溶液中的其他阳 离子（如Na+）交换，从而使溶液中的Na+被树脂中的 活性基团SO3-吸附。
特点： 强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
❖ 淡黄色球状颗粒； ❖ 化学稳定性好，耐磨性好； ❖ 在酸性、碱性和中性介质中都可使用； ❖ 交换反应速度快； ❖ 无机、有机阴离子均可交换。
2.1 离子交换树脂
离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分子聚 合物。网状结构的骨架部分一段很稳定，不溶于酸、 碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有许多可被交换 的活性基团。
目前最常用的离子交换树脂是苯乙烯—二乙烯苯的聚合物，示 意图为：
CH=CH2
+
CH=CH2 CH=CH2
CH2 -CH2-CH2-CH2 - CH2-CH2
⑵ 弱酸性阳离子交换树脂
这类树脂的活性基团主要有羧基（ —COOH ）和酚羟 基（ —OH ），它们都是弱酸性基团，解离度受pH的 影响很大。
2.1.2 阴离子交换树脂
⑴ 强碱性阴离子交换树脂 这类树脂的活性基团多为季铵基团（—NR3OH），能在水 中解离出OH-而呈碱性，且解离度基本上不受影响。
可分为阴离子类型和阳离子类型。
1. 概述
1.1 定义 离子交换色谱室利用离子交换树脂作为固定相， 以适宜的溶剂作为流动相，使溶质按它们的离 子交换亲和力的不同而得到分离的方法。
1.2 特点 优点：分离效率高，设备简单，操作不复杂，
树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。 缺点：分离周期长，耗时过多。
离子交换色谱
（ion exchange chromatography， IEC）
离子交换色谱
§1 概述 §2 离子交换剂的类型与结构 §3 离子交换色谱的操作过程
§5 应用
1. 概述
历史：早在古希腊时期人们就会用特定的黏土 纯化海水。算是比较早的离子交换法。这些黏 土主要是沸石。
离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用 的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应 生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在 骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸 性或碱性基团)而制成。
利用这种浓度差的推动力能使树脂上的可交换离子发生可逆交换 反应。
离子在树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似。
离子交换树脂的种类
强酸性阳离子交换树脂
阳离子交换树脂
弱酸性阳离子交换树脂
离子交换树脂
阴离子交换树脂
强碱性阳离子交换树脂 弱碱性阳离子交换树脂
特殊的离子交换树脂
2.1.1 阳离子交换树脂
⑴ 强酸性阳离子交换树脂
例如强酸性阳离子交换树脂:苯乙烯聚合而成为长的 链状分子，二乙烯苯把各链状分子联成立体型的网状 体。如果二乙烯苯在原料总量中占10%。则称该树脂 的交联度为10％。
交联度
树脂的交联度越大，机械强度越大，耐热性越 强。但交联度增大也使树脂的网孔变小，膨胀 性能与交换量也相应下降。
树脂的交联度越小，吸水膨胀性能越强，若网孔 内交换基团多，交换量也随之增高。但交联度小 的树脂机械强度小，不耐压力易变形，耐热性差。
2.1.3 树脂的性质
（1）外型
颜色：白、黄、黑和褐。 形状：大多为球形。 大小：通常用树脂在水中膨胀后通过筛的大小表示。
（2）溶胀性
离子交换树脂在水中会发生体积的膨胀。
（3）密度
表观密度：指树脂在交换wk.baidu.com中的装填密度。
⑷交联度
合成树脂中所用的交联剂在原料总重量中所占的百分 比称为树脂的交联度，一般为2-16％ 。
CH2-CH2 CH2-CH2 CH2-CH2 CH2-CH2-CH2-CH2
CH2-CH2 CH2-CH2
离子交换的推动力
根据树脂所带的可交换的离子性质，离子交换树脂大体上可分为 阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
骨架上的活性离子可扩散到溶液中；溶液中的同类型离子也能扩 散到骨架的网格或孔内。
当这两种离子浓度差较大时，就产生一种交换的推动力，使它们 之间产生交换作用。 浓度差越大，交换速度越快。
特性
R﹣NR3OH ＝ R﹣NR3＋ + OHˉ
❖ 淡黄色的球状颗粒； ❖ 对强酸根和弱酸根都能交换； ❖ 对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定； ❖ 在酸性、碱性溶液中都能使用，交换容量不受溶液中pH值影响。
⑵ 弱碱性阴离子交换树脂
这类树脂含弱碱性基团，如伯胺基 (-NH2) 、仲胺基(-NHR) 或叔氨基(-NR2) ，它们在水中能解离出OH- ，但解离能 力较弱，受pH影响较大，在碱性环境中的解离度受到抑 制，故交换能力差，只能在pH＜7的溶液中使用。
2. 离子交换剂的结构与类型
离子交换剂的组成
目前在生产中常用的离子交换剂主要有离子交换树脂和多 糖基离子交换剂，都是由3部分组成：
①不溶性载体，由高分子化合物构成的不溶于水、酸和碱， 也不溶于普通有机溶剂、化学性质稳定的网络状骨架；
②功能基团，大量与载体连接、不能自由移动的活性基团； ③可交换离子，在功能基团上携带的可移动的活性离子。
2.1.4 四种基本类型树脂的实用型
1）将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠 型树脂；避免了溶液PH值下降和由此产生的副 作用，如对设备的腐蚀。进行再生时，用盐水 而不用强酸。
（5）交换容量
每克干树脂所含活性基团的物质的量，而实际 交换容量是指在实验条件下，每克干树脂能交 换离子的物质的量。
称取干树脂1克，置于250mL锥形瓶中、准确 加入0.1mol/LNaOH标准溶液100mL，振荡后 放置过夜，用移浓管吸取上层清液25mL，加酚 酞指示剂1滴，用0.1mol/L标准HCl溶液滴定至 红色消失，设用去标准HCl溶液14mL，树脂的 交换容量可以计算为5.6 mmol/g。
1. 概述
1.3 基本原理
离子交换分离技术是基于不溶性高分子化合物作为色 谱介质的一种分离方法。离子交换分离法是基于物质在 固相与液相之间的分配。通过分子中的活性离子将溶液 中带相反电荷的物质吸附在离子交换剂上，然后用适当 的洗脱溶剂将吸附物质再从离子交换剂上洗脱下来，从 而达到目的产物的分离、浓缩和纯化的目的。
这类树脂的活性基团为磺酸基团（—SO3H）和次甲 磺酸基团（—CH2SO3H）。它们都是强酸性基团，能 在溶液中解离出H+。树脂中的 H+与溶液中的其他阳 离子（如Na+）交换，从而使溶液中的Na+被树脂中的 活性基团SO3-吸附。
特点： 强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
❖ 淡黄色球状颗粒； ❖ 化学稳定性好，耐磨性好； ❖ 在酸性、碱性和中性介质中都可使用； ❖ 交换反应速度快； ❖ 无机、有机阴离子均可交换。
2.1 离子交换树脂
离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分子聚 合物。网状结构的骨架部分一段很稳定，不溶于酸、 碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有许多可被交换 的活性基团。
目前最常用的离子交换树脂是苯乙烯—二乙烯苯的聚合物，示 意图为：
CH=CH2
+
CH=CH2 CH=CH2
CH2 -CH2-CH2-CH2 - CH2-CH2
⑵ 弱酸性阳离子交换树脂
这类树脂的活性基团主要有羧基（ —COOH ）和酚羟 基（ —OH ），它们都是弱酸性基团，解离度受pH的 影响很大。
2.1.2 阴离子交换树脂
⑴ 强碱性阴离子交换树脂 这类树脂的活性基团多为季铵基团（—NR3OH），能在水 中解离出OH-而呈碱性，且解离度基本上不受影响。
可分为阴离子类型和阳离子类型。
1. 概述
1.1 定义 离子交换色谱室利用离子交换树脂作为固定相， 以适宜的溶剂作为流动相，使溶质按它们的离 子交换亲和力的不同而得到分离的方法。
1.2 特点 优点：分离效率高，设备简单，操作不复杂，
树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。 缺点：分离周期长，耗时过多。
离子交换色谱
（ion exchange chromatography， IEC）
离子交换色谱
§1 概述 §2 离子交换剂的类型与结构 §3 离子交换色谱的操作过程
§5 应用
1. 概述
历史：早在古希腊时期人们就会用特定的黏土 纯化海水。算是比较早的离子交换法。这些黏 土主要是沸石。
离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用 的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应 生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在 骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸 性或碱性基团)而制成。
利用这种浓度差的推动力能使树脂上的可交换离子发生可逆交换 反应。
离子在树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似。
离子交换树脂的种类
强酸性阳离子交换树脂
阳离子交换树脂
弱酸性阳离子交换树脂
离子交换树脂
阴离子交换树脂
强碱性阳离子交换树脂 弱碱性阳离子交换树脂
特殊的离子交换树脂
2.1.1 阳离子交换树脂
⑴ 强酸性阳离子交换树脂
例如强酸性阳离子交换树脂:苯乙烯聚合而成为长的 链状分子，二乙烯苯把各链状分子联成立体型的网状 体。如果二乙烯苯在原料总量中占10%。则称该树脂 的交联度为10％。
交联度
树脂的交联度越大，机械强度越大，耐热性越 强。但交联度增大也使树脂的网孔变小，膨胀 性能与交换量也相应下降。
树脂的交联度越小，吸水膨胀性能越强，若网孔 内交换基团多，交换量也随之增高。但交联度小 的树脂机械强度小，不耐压力易变形，耐热性差。