离子交换分离法.
9第四章 离子交换分离法
氧化还原型 硫醇基，对苯二酚基 等
12
表4－3不同用途的树脂代号 牌号 特殊用途 n 核级树脂 SC 电子级树 脂 FC 食品级树 浮动床 脂 MB 混合床 凝结水混床 MBP P 凝结水单床 三层床混床 TR 用途 软儿床 双层床 牌号 -NR -ER -FR
13
离子交换树脂命名示例： 如D001×7MB-NR：表示大孔型苯乙烯系强酸性阳 离子混床用核级离子交换树脂 D301 ：表示大孔苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂
26
将②代入①得： [Cl-]外2 ＝ [Cl-]内2 + [Cl-]内 [R-]内… …③ 即[Cl-]外≫ [Cl-]内 [Na+]内≫ [Na+]外
即阳离子可进入阳离子交换树脂膜中进行交换， 阴离子则不能。
27
4.2.3 离子交换树脂的亲和力
（1）离子交换平衡：
R－A+ + B+ ⇌ R—B+ + A+
选择性好, 可分离各种有机碱及氨基酸。但对 H+亲合力大,不适用于强酸溶液。易用酸洗脱。
7
2、 阴离子交换树脂: 含碱性活性交换基团 强碱型： 弱碱型： R —N(CH3)3Cl R —NH2 ， R—NHCH3 pH= 0-14 pH =0-7
R—N(CH3)2
pH < 9.5
对OH-亲和力大，不易在碱性溶液中使用。
100 (cV） O H (cV)H C l Na 25 交换容量＝ m树脂( g ) 100 0 .1 1 0 0 0 .1 1 2 .5 2 5 5 ( mmol.g 1 ) 1
24
4.2离子交换分离法的基本原理
4.2.1离子交换的基本理论－唐南理论
离子交换分离法
• 交联度和交换容量
a．交联度： • 树脂中所含交联剂(如二乙烯苯)的质量百分率，就是树脂的交联度。 • 树脂的交联度小，则对水的溶胀性能好，网眼大，交换反应速度快； 交换的选择性差；机械强度也差。 • 树脂的交联度一般4％一14％为宜。 b. 交换容量 ： • 交换容量是指每克干树脂所能交换的物质的量 (mmol/g)，一般树脂的 交换容量位3—6 m mol /g。 • 它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。 • 交换容量可以用实验的方法测得。 • 弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关
下叶
上叶
离子交换分离法 / 洗脱(淋洗)过程
• 洗脱(淋洗)过程： 将交换到树脂上的离子，用洗脱剂(或淋洗剂)置换 下来的过程，是交换过程的逆过程。 • 洗脱曲线(淋洗曲线)： 以流出液中该离子浓度为纵坐标，洗脱液体积为 横坐标作图，可得到洗脱曲线。 • 几种离子同时被交换在柱上，洗脱过程也就是分 离过程： 亲和力小的离子先被洗脱而亲和力最大的离子后 被洗脱。
下叶
上叶
离子交换分离法 / 离子交换色谱法
• Li+，Na+，K+的分离：
（1）含有Li+，Na+，K+的混合溶液通过强酸型阳 离子交换树脂柱，三种离子都被树脂吸附。 （2）用0.1mol/L的HCl淋洗，三种离子都被洗脱。 （3）根据树脂对这三种离子亲和力的不同，淋洗曲 线见下页图。 （4）将洗脱下来的Li+，Na+，K+分别用容器收集 后进行测定。
下叶
上叶
离子交换分离法 / 离子交换树脂
• 螯合离子交换树脂
• 树脂含有特殊的活性基团，可与某些金属离子形成螯合物， 适用于分离富集金属离子或某些有机化合物 • 树脂的特点是选择性高 • 交换容量低 • 制备难度大，成本高
离子交换分离法(一)
离子交换分离法（一）离子交换分别(ionexchangeseparation)是利用离子交换剂与试液中的离子之间发生交换作用举行分别的办法，是分析化学中重要的分别办法之一。
离子交换分别法的分别效果很高，常用于富集微量的元素、除去干扰元素以及分别性质相近的元素等，还可以用来制备纯化去离子水。
但离子交换分别操作较棘手，周期较长。
离子交换剂的种类无数，主要分为无机离子交换剂和有机离子交换剂两大类。
目前分析化学中应用较多的是有机离子交换剂，即离子交换树脂(ionexchangeresin)。
一、离子交换树脂及其性能 1．离子交换树脂的种类与结构 (1)离子交换树脂的种类离子交换树脂是一种具有网状结构的高分子聚合物，性质稳定，难溶于普通溶剂。
树脂网状结构的骨架上带有活性基团(交换基团)，可以与溶液中的离子发生交换。
依所含可交换的活性基团及其酸碱性强弱的不同，离子交换树脂可以分成以下四类：阳离子交换树脂{嚣篙藿嚣喜季萎曩藉誓阴离子交换树脂{雾蓑篆器霎季篓曩署鉴阳离子交换树脂带有酸性的活性基团，其中的阳离子可被溶液中的阳离子所交换，假如活性基团是强酸性的一S03H，则R—SO3H树脂为强酸性阳离子交换树脂；假如活性基团是一COOH和一OH等弱酸性基团，则RCOOH和ROH为弱酸性阳离子交换树脂。
阴离子交换树脂带有碱性的活性基团，其中的阴离子可被溶液中的阴离子所交换，假如碱性的活性基团是季铵基闭=N一，如R—N(CH3)3OH，则为强碱性阴离子交换树脂；假如活性基团是其他碱性较弱的氨基如R—NH2等，则为弱碱性阴离子交换树脂： (2)离子交换树脂的结构以常用的聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂为例。
这类树脂是一种由苯乙烯和二乙烯苯经聚合和磺化而成的带有一SO3H的高聚物。
从图20—3所示的结构可以看出，在高聚物中有无数长的碳链，而碳链之间又通过苯环相连，形成了网状结构。
其中的磺酸基一SO3H是离子交换树脂中的活性基团，溶液中的阳离子可以蔓延到网状结构的内部，同活性基团中的H+举行交换。
样品处理分离技术—离子交换分离法(分析制样技术课件)
单位质量树脂所含的非游离水分的多少，一股用百分数表示。 树脂产品固有的性质之一。
分析制样技术
因素
类别
结构
酸碱性
交联度
交换容量
离子形态
01 物理性质
分析制样技术
链的断裂、孔结构的变化、交换容量的下降等
含水量
树脂含水量的变化反映出树脂内在质量的变化
01 物理性质
分析制样技术
(3)溶胀性
结 构
（2)
与网络骨架以共价键相连的活性基团，不能自由移动 （通常用M表示）
（3)
与活性基团以离子键联结的可移动的活性离子 (即可交换离子，如H+、OH-等)
离子交换树脂的结构
与酸、碱、某 些有机溶剂和 单体 一般弱氧化物 都不起作用， 对热也较稳定。
网状结构的高分子聚合物
聚苯乙烯型树脂
交联剂
骨架
H
H
H
H
H
H
离子交换过程
03 步骤3：加入料液进行离子交换
分析制样技术
C0 C0 C0 C0 C0
○ 未交换
A BCDE
C
C0
c
f
e
d
+ 未交换
0
abc
h
V
交换柱中离子浓度分布规律和流出液中离子浓度变化曲线
04
步骤4：洗涤
研磨、过筛 使粒度符合要求。
树脂粒度不足时
浸泡 使树脂充分溶胀。
减少杂质。 净化
01 步骤1：树脂预处理
分析制样技术
新树脂
去离子水浸泡24小时
倾去水后洗至澄清
去离子水洗涤至中性
3~5mol/L的盐酸溶液浸泡24~48小时
离子交换分离法
四、离子交换分离法离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应而使离子分离的方法。
离子交换分离法分离效果好，交换容量大，设备简单，不仅是分析化学中的常用分离方法，也是工业生产中的常用提纯方法。
凡具有离子交换能力的物质均可称为离子交换剂。
天然的离子交换剂有粘土、沸石、淀粉、纤维素、蛋白质等，但目前更多使用的是合成的离子交换树脂。
离子交换树脂是带有活性基团的高分子聚合物，通常制成颗粒状球使用，其内部骨架部分呈网状结构，上面分布着大量的可交换基团。
例如，聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂就是苯乙烯和二乙烯苯聚合后磺化制得的聚合物。
在树脂的庞大结构中碳链和苯环组成了树脂的骨架，它具有可伸缩性的网状结构，其上的磺酸基是活性基团。
当这种树脂浸沦于溶液中时－SO3H的H＋与溶液中阳离子进行交换。
在苯乙烯和二乙烯苯聚合成具有网状骨架结构树脂小球中，二乙烯苯在苯乙烯长链之间起到"交联"作用。
因此，二乙烯苯称为交联剂。
通过磺化，在树脂的网状结构上引入许多活性离子交换基团----磺酸基团。
磺酸根固定在树脂的骨架上，称为固定离子，而氢离子可被交换，称为交换离子。
1. 离子交换剂的种类和性质（1）离子交换树脂阳离子交换树脂：a. 强酸型：活性基团-SO3H，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用。
b. 弱酸型：活性基团-COOH，-OH，在中性、碱性中使用。
阴离子交换树脂：a. 强碱型：活性基团为季胺基[-N(CH3)3Cl]，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用。
b. 弱碱型：活性基团为伯、仲、叔胺基，在中性和酸性中使用。
（2）特殊树脂a. 螯合树脂：含有特殊的活性基团，可以某些金属离子形成螯合物，在交换过程中能选择性地交换某些离子。
例如，氨羧基－[N(CH2COOH)2]螯合树脂b. 大孔树脂这类树脂具有大的孔径，可用于大分子的分离、富集.c. 纤维离子交换剂纤维离子交换剂是天然纤维素经化学改性而成。
第六章离子交换分离技术
第六章离子交换分离技术1.离子交换法是应用离子交换剂作为吸附剂通过静电引力吸附在离子交换器上，然后用洗脱剂洗脱下来从而达到分离、浓缩、纯化的目的。
现已广泛应用于生物分离过程在原料液脱色、除臭、目标产物的提取，浓缩和粗分离等方面发挥着重要作用。
2.离子交换法要使用离子交换剂，常用的离子交换剂有两种：使用人工高聚物作载体的离子交换树脂是使用多糖做载体的多糖基离子交换剂3.离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子聚合物。
4.离子交换树脂的构成：载体或骨架：功能基团；平衡离子或可交换离子5.离子交换反应是可逆的，符合质量作用定律6.离子交换树脂按照活性离子的分类树脂活性离子带正电荷，可与溶液中的阳离子发生交换，称为阳离子交换树脂树脂活性离子带负电荷，可以溶液中的阴离子发生交换，称为阴离子离子交换树脂7.离子交换树脂分离纯化物质主要通过选择性吸附（进行吸附时具有较强的结合力）和分步洗脱这两个过程来实现8.强酸性阳离子交换树脂洗脱顺序：酸性<中性<碱性9.离子交换树脂的分类方法有4种按树脂骨架的主要成分分：聚苯乙烯型树脂；聚苯烯酸型树脂；多乙烯多氨-环氧氯苯烷树脂；酚-醛型树脂；按骨架的物理结构来分：凝胶型树脂（微孔树脂，呈透明状态，高分子骨架）；大网格树脂（大树树脂，填充剂）；均孔树脂（等孔树脂）；按活性基团分类：阳离子交换树脂，对阳离子具有交换能力强酸性阳离子交换树脂：活性基团为硫酸基团（-SO3H）和次甲酸磺酸基团（-CH2SO3H）。
都是强酸性基团能在溶液中解离出H+。
弱酸性阳离子交换树脂：活性基团由羧基（-COOH）和酚羟基（-OH），交换能力差。
阴离子交换树脂：活性基团为碱性，对阴离子具有交换能力强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团（-NR3OH），能在水中解离出OH-而呈碱性弱碱性阴离子交换树脂：伯氨基（-NH2）仲氨基（-NHR）或叔氨基（-NR2），能在水中解离出OH-，但解离能力较弱，交换能力差以上4种树脂是树脂的基本类型，各种树脂的强弱最好用其活性基团的pK来表示11.大孔型离子交换树脂的特点载体骨架交联度高，有较好的化学和物理稳定性和机械强度孔径大表面积大，表面吸附强孔隙率大，密度小12.离子交换树脂的命名由3位阿拉伯数字组成：第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架，第三位数字微顺序号13.离子交换树脂的理化性能：交联度；交换容量；粒度和形状（色谱用50到100目树脂，一般提取纯化用20到60目树脂）；滴定曲线（是检验和测定离子交换树脂性能的重要数据）；稳定性；膨胀性（膨胀度）14.交换容量（名解）：是每克干燥的离子交换树脂或每毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数。
离子交换分离法
四. 干扰组分的分离
（1） 重量法测定硫酸根： 当有大量Fe3+存在时，产生严重的共沉淀现象，而 影响测定。用阳离子交换树脂消除Fe3+的干扰，测定流 出液中HSO4- 。 （2 ）比色法测定钢铁中的Al3+或铸铁中Mg2+： 大量Fe3+干扰测定。可将试样溶解于9M的HCl溶液中， 使Fe3+以FeCl42-形式存在，然后以阴离子交换树脂消除 Fe3+ 的干扰，测定流出液中Al3+和Mg2+ . （3） 碱滴定法测定硼镁矿中的硼使用阳离子交换树脂 消除矿石中阳离子的干扰，测定流出液中H3BO3。 26
交换基为酸性， 交换基为酸性，H+ 与阳离子交换
强酸型 弱酸型
阴离子交换树脂
交换基为碱性， 交换基为碱性，阴离 子发生交换
强碱型 弱碱型
螯合树脂 两性交换树脂
含有特殊螯合基团的树脂 电子交换树脂， 电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
7
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
交联度与交换容量
32
阴离子交换树脂 阳离子交换树脂 颗粒粗(目数小) 颗粒细(目数大)
（2）预处理 晾干 —— 研磨——过筛——浸泡/转型
水浸泡（1—2d）—— 2—3倍 2mol/L HCl浸泡（ 1—2d）—— 水洗至中性—— 得H+阳离子交换树脂或Cl-阴离子交换树脂
也可依需要用NaCl，NaOH，NH4Cl或 Na2SO4等浸泡，使之转为相应的类型。
特点： 特点：
（1）分离效率高 能用于带相反电荷离子分离， 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 （2）应用广 既可用于分离，又可用于富集， 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、 制备及蛋白质、核酸、酶等生物活性物的纯化 （3）分离过程周期长、耗时多 分离过程周期长、 所以仅用于解决分析中较困难的分离问题
离子交换分离法
二 乙 烯 基 苯 的 质 量 二 乙 烯 基 苯 和 苯 乙 烯 质 量 之 和 100%
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。
一般交联度4%～14%为宜
离子交换分离法
Ion exchange resins
离子交换树脂
带有活性基团的网状高分子聚合物
骨架
酚醛树脂
OH + C H =C H 2
交联剂
活性基团 酸性基团
—SO3H 碱性基团 —COOH
离子交换分离法
C H =C H 2
—N+R3 —NR2
特殊基团
聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂 R-SO3H + M+ = R-SO3M + H+
弱碱型
—N+H3 OH—N+H2R OH-
pH < 4
—N+HR2 OH-
含有特殊螯合基团的树脂
两性交换树脂 电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
离子交换分离法
强碱型阴离子树脂
弱酸型阳离子树脂
离子交换分离法
弱碱型阴离子树脂
交联度与交换容量
（1）交联度 树脂在合成中分子间相互连成网状结构称之“交联”
SO 3H
CH2 CH CH2
离子交换分离法
SO 3H
活性基 团
离子交换树脂的分类
阳离子交换树脂
交换基为酸性，H+与 阳离子交换
强酸型 弱酸型
依据活性基团分类
—SO3H —COOH —OH
使用 pH 范围 pH > 2 pH > 6
第六章离子交换分离法
第六章离子交换分离法一、本章的教学目的与要求了解离子交换分离法的原理及应用二、授课主要内容§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类1.离子交换树脂的性能和作用2.离子交换树脂的分类§6—2 离子交换的基本理论§6-3 离子交换分离操作方法1．离子交换树脂选择2．树脂的处理市售的树脂，其粒度往往不均匀或粒度太小或不符合要求，或含有杂质，使3．仪器装置§6—4 柱上离子交换分离法§6—5 离子交换分离实例1、去离子水的制备2、试样中总盐量的测定3、干扰组分的分离4、痕量组分的富集§6—6 离子交换层析法一．原理：二．分离条件的选择三．应用示例三、重点、难点及对学生的要求掌握离子交换分离法的原理及分离条件的选择四、主要外语词汇ion change resin; cation resin; anion resin五、辅助教学情况（多媒体课件）六、复习思考题习题：1、离子交换树脂的作用、性能和分类2、子交换树脂的分类3、离子交换树脂选择如何利用离子交换树脂进行去离子水的制备、试样中总盐量的测定、干扰组分的分离、痕量组分的富集4、什么是树脂的交联度？如何表示？七、参考教材references《工业分析》机械工业出版社、重庆大学出版社，1997年，第一版《分离及复杂物质分析》邵令娴编，化学工业出版社，1984年，第一版第六章离子交换分离法沸泡石软化水，Ca2++2Na+Z═2Na++Ca2+Z2 (1905年)，用亚硫酸钠处理过的纸浆纤维上结合了磺酸基团而具有交换能力。
§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类一、离子交换树脂的性能和作用离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有网状结构的骨架部分，树脂骨架十分稳定，对酸碱有机溶剂及一般弱的氧化剂不起作用，对热稳定，骨架上结合着许多可以交换的基团，如－SO3H、－COOH、季胺基、≡NOH等。
如聚苯乙烯酸基阳离子交换树脂，用苯乙烯和二乙烯基苯所得的聚合物经硫酸磺化制得。
第十章 离子交换法分离
第二节 离子交换树脂的理化性能和测定 1、离子交换树脂的理化性能 （对离子交换树脂的要求） （1）外观 树脂为半透明的物质，颜色与性能关 系不大，交换过程会有变化，浅色为宜。 球形，可减少流体阻力。 粒度大小为20~60目，颗粒大小会影响 交换能力：过小，增加流体阻力；过大， 交换速度降低。
（2）交联度 大多数的树脂是由苯乙烯和二乙烯苯聚 合而成，交联度指二乙烯苯在树脂母体总 重中所占的质量分数。 树脂应具有一定的交联度，可使其不溶 于一般的酸、碱及有机溶剂。 交联度的变化，使树脂对各种不同大小 的离子具有选择通过的能力。
一、离子交换平衡 离子交换反应是可逆反应，不是在均相 溶液中进行的，而是在固态的树脂和水溶 液接触的界面间进行的。
设有一粒树脂放在溶液中，发生下列交 换反应： B+＋R-A R-B＋A+ 在水溶液中，由于树脂上的官能团A+与 溶液中的同类型离子B+之间的浓度差推动 而进行离子交换，当反应进行到一定程度 时，就达到离子交换平衡状态，使树脂上 和水溶液中都同时含有A+和B+两种离子。
1、强酸性阳离子交换树脂 含有强酸性活性基团，如-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸 基），能在溶液中离解H+而呈强酸性。 R.SO3H R.SO3-+H+ 树脂中的SO3-基团能吸附溶液中的 其它阳离子，使树脂中的H+与溶液中的 阳离子互相交换。 R.SO3-+Na+ R.SO3Na
（4）机械强度 反映树脂保持颗粒完整性的能力。 树脂在使用中由于受到冲击、碰撞、摩 擦以及胀缩作用，会发生破碎。因此，树 脂应具有足够的机械强度，以保证每年树 脂的损耗量不超过3%~7％。 树脂的机械强度主要取决于交联度和溶 胀率。交联度愈大，溶胀率愈小，则机械 强度越高。
§13-4 离子交换分离法
§13-4 离子交换分离法 四.离子交换分离操作
（五）树脂再生
树脂再生：将树脂恢复到交换前的形式．这个过程称为 树脂再生。有时洗脱过程就是再生过程。阳离子交换树 脂可用3mol/L盐 酸处理，将其转化为H+型；阴离于交换树脂可用l mol/L 氢氧化钠处理，将其转化成OH-型备用。
§13-4 离子交换分离法 五.离子交换分离法的应用
§13-4 离子交换分离法 二.离子交换剂的种类和性质
（一）离子交换剂的种类
1.凝胶树脂
遇水溶胀，水分子进入树脂的内部，产生孔 隙。内部孔径平均为20A—40A，适用于离子半径<10A的 无机离子化合物。树脂干燥后失去交换能力（无孔状态）， 必须在水中溶胀后使用。不适用于油类物质。
2.大孔树脂
树脂内部有永久微孔，无论是湿态或干态。 比凝胶树脂有更多、更大的孔道，表面积大，离子容易迁 移扩散，富集速度快。孔径平均为200A—1000A，适用于 无机、有机离子，特别适用于大分子物质的分离。可以应 用于水体系和非水体系。不需溶胀的情况下可以使用。耐 氧化、耐磨、耐冷热变化，具有较高的稳定性。
§13-4 离子交换分离法 二.离子交换剂的种类和性质
（一）离子交换剂的种类
3.阳离子交换树脂 n R一SO3H + Mn+＝(R一SO3 ) nM +n H + 适用于酸性、中性和碱性溶液
n R一COOH + Mn+＝(R一COO ) nM + nH +
弱酸性阳离子交换树脂对H+离子的亲合能力强，不适用于强酸 溶液，但同时易用酸洗脱,选择性高，适用于强度不同的有机碱。
d．稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小。 La3+＞Ce3+＞Pr3+＞Nd3+＞Sm3+＞Eu3+＞Gd3+ ＞Tb3+ ＞Dy3+＞Y3+＞Ho3+ ＞Er3+＞Tm3+ ＞Yb3+＞Lu3+＞Sc3+ 弱酸型：H+的亲和力比其它阳离子大，其它同强酸型。
离子交换分离方法ppt
强碱性阴离子交换树脂（强碱阴#717）
弱碱性阴离子交换树脂（弱碱阴#704 ） 混合型阴离子交换树脂（Pumutitu A）
交换树脂的 孔型差异
活泼基团的 碱性强弱
2.3 离子交换树脂的命名
1977年我国颁布的规范化命名法规定离子交换树脂的型号由3位阿拉伯数字组
成，第一个数字代表产品的分类，第二个数字代表骨架，第三个数字为顺序
孔径极小
比表面积大，化学稳 凝胶型树脂 定性和力学性能较好， 吸附容量大易再生
大孔型树脂
离 子 交 换 树 脂
电离程度大，不受 强酸性阳离子交换树脂（强酸阳 1号） 溶液pH变化的影 电离程度受 影响大， 弱酸性阳离子交换树脂（弱酸阳 101） 响。pH pH1~14 都能 交换能力随pH的下降而 进行离子交换。 混合型阳离子交换树脂（强酸 42号）
活性离子：功能基团所带的相反电荷的可交换离子（可自由移动）
离子交换树脂通过交换和再生可以反复使用。
2.2 离子交换树脂分类
活泼基团性质 的不同 阳离子交换树脂 （含酸性基团 —SO3H等） 阴离子交换树脂 （含碱性基团 季铵基团等） 活泼基团的酸 性强弱
电离程度大，不受 溶液pH变化的影 电离程度受 pH影响大，交 响。 pH1~14 都能 换能力随pH的下降而降低， 进行离子交换。 随pH的升高而增强。
离子交换
离子交换概念：
离子交换分离是利用带有可交换离子（阴离子或阳离子）的不溶性 使溶液得以分
离的单元操作。
例如: R—H + Na+ ↔ R—Na + H+ 或 R—OH + Cl- ↔ R—Cl + OH离子交换分离法：以合成的离子交换树脂作为离子交换剂，溶液中的
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例如 Li+、Na+、K+ 水合离子的电荷相同，
但它们的水合离子半径依次减小，因此，
树脂对它们的亲和能力依次增强。实验证
明：在常温下，较稀的溶液（＜0.1mol/L）
中，树脂对不同离子的亲和力大致有如下
的顺序： （1）阳离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂对金属离子的亲和
力随离子价数的增加而增大，如
称为全交换容量，它是树脂的特征常数，
不随实验条件变化。在一定操作条件下，
实际测得的交换容量，称为工作交换容量，
或有效交换容量，其大小与溶液中离子的
浓度、树脂床的高度、流速、树脂粒度的
大小以及交换基团的类型等因素有关。
二、交换平衡和离子交换树脂的亲和力
离子交换树脂与电解质水溶液接触时
发生离子交换反应，即树脂中活性基团上
弱碱性阴离子交换树脂
OH
2 SO 4
2 CrO4
NO3
CH3COO
I Br Cl F
以上的顺序仅是一般的情况。在温度较高、
离子浓度较大、有络合剂存在或非水介质
慢。
（2）交换容量
指单位质量或单位
体积树脂所能交换离子相当于一价离
子的物质的量，mmol/g（干树脂）、
mmol/mL（湿树脂）。它决定于树脂 中活性基团的数目。交换容量用实验
方法测得，一般树脂的交换容量为
3～6mmol/g。 mmol/mL（湿树脂）
交换容量分为全交换容量和工作交换
容量。树脂所含可交换离子全部被交换，
如—CH2N (CH2COOH )2
氧化还原树脂
含氧化或还原基团
大 孔 型
—SO3H 强酸性阳离子 弱酸性阳离子 —COOH、—OH 强碱性阴离子 —N(CH3)3+OH 弱碱性阴离子 伯、仲、叔氨基
1～14 6～14 0～12 0～9
4～5 ～9 3～4 ～5
1.5～9nm，av. 2～4nm
Th
4
Al
3
Ca
2
Na
当离子价数相同时，亲和力随水合离子半 径的减小而变大
Li H Na
2 UO2
NH4
2
K Rb Cs Ag
2
Mg
2
Zn
2
Co
Cu
Cd
2
Ca
2
Ba
2
La
3
Ce
3
Pr
在一定条件下，K值的大小表示树脂对Mn+
交换能力的强弱，又称为树脂对离子的亲
和力或树脂对离子的选择性系数（Mn+对
H+）。亲和力越大，越容易交换。亲和力
的大小与离子的性质及溶液的组成有关。
1. 亲和力大小与离子性质的关系
亲和能力与水合离子的半径、电荷及 离子的极化程度有关。水合离子半径越小、
电荷越高、离子的极化程度越大，其亲和
2
Al
3
弱酸性阳离子交换树脂对H+的亲和力比其
它金属离子都大，其它阳离子的亲和力顺
序与强酸型阳离子交换树脂相似。
（2）阴离子交换树脂 强碱性阴离子交换树脂
2 Cr2 O 7
2 SO 4
I
HSO 4
NO3
2 CrO4
Br
NO2
CN Cl OH F CH3COO
10～500nm，av. 20～100nm
萃淋树脂
或萃取树脂，是一种含有
液态萃取剂的树脂，是以苯乙烯-二
乙烯苯为骨架的大孔结构和有机萃取
剂的共聚物，兼有离子交换和萃取的 功能。
纤维交换剂 将天然纤维上的羟基酯
制成阳或阴离子交换剂。纤维交换剂
化、磷酸化、羧基化、氨（胺）基化，
是开放性的长链，具有表面积大、孔
第六节 离子交换分离法
离子交换分离法是利用离子交换
剂与溶液中的离子发生交换反应使离 子分离的方法。离子交换分离法是基
于物质在固相与液相之间的分配。
这种方法的分离效果很高，可用
于带相同、相反电荷或性质相近的离 子之间的分离；还可用于微量组分的 富集。 此方法的缺点是操作麻烦，周期
长。所以，在分析化学中一般用它来
的离子与溶液中同电荷的离子互相交换，
活性基团上的离子进入溶液，溶液中的离
子与树脂进行交换（不同电荷的离子及不
电离的物质不会与树脂发生交换反应）。
例如：
nR
- + SO3 H
n+ +M
n+ + ( R SO3)nM + nH
( R COO)2Ca + 2H+
2R COOH + Ca2+
R NH2 + H2O
隙宽松、稳定性高，交换速度快、容
易洗脱、分离能力强等特点。主要用
于分离蛋白质、氨基酸、酶等，也可 用于分离富集无机离子。
2. 结构
离子交换树脂为具有网状结构的
高聚物。由两个部分组成：高分子
聚合物骨架；可被交换的活性基团。
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
SO3H
SO3H
SO3H
R NH3+OH+ SO42
R
+ NH3 OH
( R NH3+)2SO42+ 2OH
这种交换反应是可逆的，达到平衡时：
nR
- + SO3 H
n+ +M
n+ + ( R SO3)nM + nH
n
K
n [(R SO 3 ) n M ]re sin [H ]w n n [M ]w [R SO 3 H]resin
解决比较困难的分离问题。
离子交换剂
高价金属磷酸盐 无机离子交换剂 高价金属水合氧化物 凝胶型 有机离子交换剂 大孔型
一、离子交换树脂
1. 种类
有机离子交换剂是一种高分子固体化 在水、酸和碱中不溶，化学性质稳定，对
合物，又称离子交换树脂，具有网状结构。
有机溶剂、氧化剂、还原剂及其他化学试
剂基本不反应，通常在低于50℃下使用，
3. 性质 （1）交联度（树脂中所含交联剂的质
量百分率）
CH CH2 CH CH2 CH
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
SO3H
SO3H
SO3H
交联度小，则对水的溶胀性能好，
网眼大，交换速度快，但选择性差，
树脂的机械性能差。相反，交联度大，
网眼小，交换的选择性高，机械强度 高，但对水的溶胀性能差，交换速度
分为凝胶型和大孔型两大类
形 态
分 类
功 能 团
使用pH 交换容量 范 围 mmol/g（干树脂） 1～14 6～14 0～12 0～9 弱酸～ 弱碱 4～5 ～9 2.5～4 5～9
凝 胶 型
—SO3H 强酸性阳离子 弱酸性阳离子 —COOH、—OH 强碱性阴离子 —N(CH3)3+OH 弱碱性阴离子 伯、仲、叔氨基 螯合树脂