第七章离子交换法
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树脂的交联度 交联度大，膨胀度小的树脂选择性较好。
树脂选择的参考
被分离物质 强碱 弱碱 强酸 弱酸
分子量大
树脂类型 弱酸型 强酸型 弱碱型 强碱型
交联度低
离子交换树脂的命名方法
四、离子交换树脂的制备
加聚法和缩聚法（依聚合方法分类） 加聚是指具有一个或一个以上双键的单体为原料，在分 散相中进行聚合；缩聚法是基于缩合反应的聚合过程；
有机离子交换剂分类
分类
功能基团
使 用 pH 范围
凝 阳 离 子 强酸性阳离子交换树脂 胶 交 换 树 弱酸性阳离子交换树脂 型脂 树 阴 离 子 强碱性阴离子交换树脂 脂 交 换 树 弱碱性阴离子交换树脂
脂 螯合（离子交换）树脂
氧化还原（离子交换）树脂
大 阳离子交 强酸性阳离子交换树脂 孔 换树脂 弱酸性阳离子交换树脂 型 阴离子交 强碱性阴离子交换树脂 树 换树脂 弱碱性阴离子交换树脂 脂 螯合（离子交换）树脂
将阴离子树脂水化后，如RN+(CH3)3OH-所联的OH-可交换阴离子
交换反应：R-N(CH3 ) 3+OH
+
NO3-
＝
R-N(CH3
)
+ 3
NO3
+
OH
-
R—NH2 + H2O＝ R—NH3+OH- + H +
R—NH3+OH- + SO42- ＝ (R—NH3+ ) 2SO4 + OH –
（3）螯合树脂
这类树脂含可逆的氧化还原基团，可与溶液中离子发生电子转 移反应，实现分离富集的作用 在树脂上进行氧化还原反应,而不引入杂质，提高产品纯度 （6）其它树脂（萃淋树脂、纤维交换剂等）
影响离子交换的主要因素
离子的水化半径 半径较小的离子易吸附
离子的化合价 化合价愈高愈易吸附
溶液的pH 要综合考虑树脂及被分离物质的酸碱稳定性
某些比较复杂的分离问题。
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、离子交换树脂的构成
离子交换树脂是一种不溶于酸碱和有机溶剂的网状结构的功 能高分子化合物.
具有三维空间离体结构的网络骨架 联接在骨架上的活性基团 活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）
对H+离子的亲合能力强，不适用于强酸溶液，易用酸洗脱，选择性高，适用于 分离强度不同的有机碱
（2）阴离子交换树脂（活性交换基团为碱性，用于交换溶液中的阴离子）
强碱型： RN(CH 3)3在中性、酸性、碱性溶液中都可使用
弱碱型：R-NH2 R-NHCH3 RN(CH3)2 对OH-亲和力大，不易在碱 性溶液中使用
离子交 换树脂
母体(骨架) 活性基团
固定离子 可交换离子
R —SO3 H
母体 固定离子 可交换离子
树脂的网络骨架
三、离子交换树脂的种类和性质
1、离子交换剂的种类 无机离子交换剂： （1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄 （2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物
有机离子交换剂——即离子交换树脂 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般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。 在网的各处都有许多可被交换的活性基团。
— S O 3H — COOH 或 — OH 季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 伯胺、仲胺或叔胺 — C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
— C O O H 或 — S O 3H 季 铵 碱 — N (C H 3)+O H -或 伯胺、仲胺或叔胺 磷酸三丁酯与苯乙烯— —二乙烯苯聚合物
CMC Cation Exchanger
例：常用的凝胶离子交换树脂 骨架为琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶，如sepharose、 sephadex，根据功能基团的不同，亦可分为阳离子交 换和阴离子交换树脂
命名方法：交换活性基团+骨架+原骨架编号 特点：除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛的功能，
提高了分离的效率 常用的葡聚糖凝胶离子交换树脂：CM-sephadex C-25、
DEAE-sephadex A-25等
（1）阳离子交换树脂（活性基团为酸性，用于交换溶液中的阳离子）
强酸型： n R一SO3H
n R一SO3H + Mn+＝(R一SO3- ) nM +n H + 适用于酸性、中性和碱性溶液 弱酸型： n R一COOH，R－OH n R一COOH + Mn+＝(R一COO ) nM + nH +
纤维交换剂 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
萃淋树脂
有机高分子大孔结构与 萃取剂的共聚物型树脂
— S O 3H — COOH Baidu Nhomakorabea — OH
1— 14 6— 14
季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 伯胺、仲胺或叔胺
0— 12 0— 9
— C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
含氧化或还原基团
弱酸—弱 碱
—
1— 14 6— 14 0— 12 0— 9
弱酸—弱 碱
交换容量
（干） m m ol/g
4— 5 9
2.5— 4 5— 9
4— 5 —9 3— 4 —5
例：常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素（CMC)、二乙基
氨基乙基(DEAE)纤维素
DEAE anion exchanger
树脂含有特殊的活性基团，可与某些金属离子形成螯合物，既可 以形成离子键，又可以形成配位键，适用于分离富集金属离子或 某些有机化合物树脂的特点：①是选择性高②交换容量低③制备 难度大，成本高
（4）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200Å—1000Å，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。 （5）氧化还原树脂：
第七章 离子交换层析
ion exchange chromatography
一、基本概念
利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进 行分离的方法。是一种固—液分离法。
离子交换分离法特点： （1）分离效率高 （2）适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带相
同电荷或性质相近的离子之间的分离 （3）适用于微量组分的富集和高纯物质的制备 （4）方法的缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解决
树脂选择的参考
被分离物质 强碱 弱碱 强酸 弱酸
分子量大
树脂类型 弱酸型 强酸型 弱碱型 强碱型
交联度低
离子交换树脂的命名方法
四、离子交换树脂的制备
加聚法和缩聚法（依聚合方法分类） 加聚是指具有一个或一个以上双键的单体为原料，在分 散相中进行聚合；缩聚法是基于缩合反应的聚合过程；
有机离子交换剂分类
分类
功能基团
使 用 pH 范围
凝 阳 离 子 强酸性阳离子交换树脂 胶 交 换 树 弱酸性阳离子交换树脂 型脂 树 阴 离 子 强碱性阴离子交换树脂 脂 交 换 树 弱碱性阴离子交换树脂
脂 螯合（离子交换）树脂
氧化还原（离子交换）树脂
大 阳离子交 强酸性阳离子交换树脂 孔 换树脂 弱酸性阳离子交换树脂 型 阴离子交 强碱性阴离子交换树脂 树 换树脂 弱碱性阴离子交换树脂 脂 螯合（离子交换）树脂
将阴离子树脂水化后，如RN+(CH3)3OH-所联的OH-可交换阴离子
交换反应：R-N(CH3 ) 3+OH
+
NO3-
＝
R-N(CH3
)
+ 3
NO3
+
OH
-
R—NH2 + H2O＝ R—NH3+OH- + H +
R—NH3+OH- + SO42- ＝ (R—NH3+ ) 2SO4 + OH –
（3）螯合树脂
这类树脂含可逆的氧化还原基团，可与溶液中离子发生电子转 移反应，实现分离富集的作用 在树脂上进行氧化还原反应,而不引入杂质，提高产品纯度 （6）其它树脂（萃淋树脂、纤维交换剂等）
影响离子交换的主要因素
离子的水化半径 半径较小的离子易吸附
离子的化合价 化合价愈高愈易吸附
溶液的pH 要综合考虑树脂及被分离物质的酸碱稳定性
某些比较复杂的分离问题。
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、离子交换树脂的构成
离子交换树脂是一种不溶于酸碱和有机溶剂的网状结构的功 能高分子化合物.
具有三维空间离体结构的网络骨架 联接在骨架上的活性基团 活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）
对H+离子的亲合能力强，不适用于强酸溶液，易用酸洗脱，选择性高，适用于 分离强度不同的有机碱
（2）阴离子交换树脂（活性交换基团为碱性，用于交换溶液中的阴离子）
强碱型： RN(CH 3)3在中性、酸性、碱性溶液中都可使用
弱碱型：R-NH2 R-NHCH3 RN(CH3)2 对OH-亲和力大，不易在碱 性溶液中使用
离子交 换树脂
母体(骨架) 活性基团
固定离子 可交换离子
R —SO3 H
母体 固定离子 可交换离子
树脂的网络骨架
三、离子交换树脂的种类和性质
1、离子交换剂的种类 无机离子交换剂： （1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄 （2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物
有机离子交换剂——即离子交换树脂 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般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。 在网的各处都有许多可被交换的活性基团。
— S O 3H — COOH 或 — OH 季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 伯胺、仲胺或叔胺 — C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
— C O O H 或 — S O 3H 季 铵 碱 — N (C H 3)+O H -或 伯胺、仲胺或叔胺 磷酸三丁酯与苯乙烯— —二乙烯苯聚合物
CMC Cation Exchanger
例：常用的凝胶离子交换树脂 骨架为琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶，如sepharose、 sephadex，根据功能基团的不同，亦可分为阳离子交 换和阴离子交换树脂
命名方法：交换活性基团+骨架+原骨架编号 特点：除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛的功能，
提高了分离的效率 常用的葡聚糖凝胶离子交换树脂：CM-sephadex C-25、
DEAE-sephadex A-25等
（1）阳离子交换树脂（活性基团为酸性，用于交换溶液中的阳离子）
强酸型： n R一SO3H
n R一SO3H + Mn+＝(R一SO3- ) nM +n H + 适用于酸性、中性和碱性溶液 弱酸型： n R一COOH，R－OH n R一COOH + Mn+＝(R一COO ) nM + nH +
纤维交换剂 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
萃淋树脂
有机高分子大孔结构与 萃取剂的共聚物型树脂
— S O 3H — COOH Baidu Nhomakorabea — OH
1— 14 6— 14
季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 伯胺、仲胺或叔胺
0— 12 0— 9
— C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
含氧化或还原基团
弱酸—弱 碱
—
1— 14 6— 14 0— 12 0— 9
弱酸—弱 碱
交换容量
（干） m m ol/g
4— 5 9
2.5— 4 5— 9
4— 5 —9 3— 4 —5
例：常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素（CMC)、二乙基
氨基乙基(DEAE)纤维素
DEAE anion exchanger
树脂含有特殊的活性基团，可与某些金属离子形成螯合物，既可 以形成离子键，又可以形成配位键，适用于分离富集金属离子或 某些有机化合物树脂的特点：①是选择性高②交换容量低③制备 难度大，成本高
（4）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200Å—1000Å，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。 （5）氧化还原树脂：
第七章 离子交换层析
ion exchange chromatography
一、基本概念
利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进 行分离的方法。是一种固—液分离法。
离子交换分离法特点： （1）分离效率高 （2）适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带相
同电荷或性质相近的离子之间的分离 （3）适用于微量组分的富集和高纯物质的制备 （4）方法的缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解决