离子交换分离

三种操作方法： （1）流洗展开法 （图4.1） （2）排代展开法 （图4.2） （3）前列法 （图4.3）
B
C
4.2 离子交换平衡
交换平衡就是指离子交换达到热力学平衡。 4.2.1 离子交换等温线
例如：A和B两种离子相交换，设 B对树脂的亲和力大于A，则B的 等温线如图4.4。 RMi－第i种离子在树脂中的平衡 浓度； N－湿树脂体积交换容量 (mmol/mL床体积） 因为：RMA + RMB = N cA + cB = c0
本章作业： p.97 思考题 1、2、3
本 章 结 束
本章目的及要求：
Leabharlann Baidu
（1）了解离子交换分离法的原理及其应用领域；
（2）掌握洗脱曲线和等温曲线的制作及应用； （3）了解离子交换平衡以及离子对树脂亲和性一般规律；
（4）了解高效离子交换色谱技术。
重点和难点： 重点：（1）离子交换分离法的原理及其影响因素 （2）高效离子交换色谱技术 难点：离子交换动力学以及离子交换色谱理论
c B cA c A cB ( ) c A cB cA
(c B
)
4.2.3 离子对树脂亲和性的一些规律
（1）树脂交联度越大，则选择性系数也越大 表4.1 某些离子在阳离子交换树脂上的选择系数 （2）在稀溶液中，树脂对离子的选择性随价态的增 加而增加。 如：Th4+>Ce3+>Ca2+>Na+ (3) 在稀溶液中，相同价态的选择性系数随水合离子半径的 减小而增加： 一价离子： 二价离子： Tl+>Ag+>Cs+>Rb+>NH4+>Na+>Li+ Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+ >Cu2+>Co2+>Zn2+>Mg2+>UO22+
（3）分配系数在所有塔板上都是常数；淋洗液进入不是连 续的，而是脉冲式的，其最小单位是塔板体积；所有组分 开始时都在“0”级塔板上，而且轴向扩散可以忽略。 （具体理论推导供参考，不再介绍）
4.5 高效离子交换色谱技术
High Performance Ion Exchange Chromatograph
在惰性的硅质或玻璃微球上，不是直接沉积一层离子交换 膜，而是沉积一层多孔微粒状的离子交换剂。
4.6 离子交换剂的应用
4.6.1稀土元素及贵金属的分离富集 4.6.2 水处理 4.6.3 湿法冶金 4.6.4 化学工业 氢气的净化；工业盐酸的提纯；从卤水及气田水中提 取硼酸；石油化工；常被作为工业催化剂（如甲基异丁基醚） 4.6.6 医药食品工业 4.6.7 环境保护
4.1 概述
离子交换分离法是目前最重要、应用最广的分离方法之一。
理 由：
（1）制备分离、分析分离、微量富集、未知化合物组成或 性质鉴定； （2）高效离子交换色谱的出现使传统的IES步入新阶段； （3）涉及领域广：在超钚元素的分离、稀土元素的分离分 析、氨基酸、核酸的分离等方面，取得了前所未有的成就。 涉及：核化学、放射化学、无机、生物、药物、环境等。
三价离子： La3+>Ce3+>Pr3+>Eu3+>Y3+>Sc3+ >Al3+
图4.6 离子大小及电荷对选择系数的影响
4.3 离子交换动力学
树脂表面
扩散 溶液本体
静止液膜
♠ 液膜扩散 ♠ 粒内扩散
4.4 离子交换色谱理论
（1） Martin 的平衡塔板理论 （2） Glueckauf 的速率塔板理论 平衡塔板理论的几点假设： （1）色谱柱是由许多“理论塔板”所组成。在每一级塔板 中，当流动相流入下一个塔板前，样品组分在固定相和流 动相之间的分配已达到热力学平衡； （2）任何时刻任意塔板内含有样品组分的量，必须小于淋 洗液组分的量。
HPIEC是HPLC的一个主要分支。 1968年Scott将该技术用于分析人体尿液，能分辨出140多 个峰，快速而准确地得到实验结果。
1976年Campbell D O和 Larsen N R 报道了该技术在强放 射性裂变产物以及超钚元素分离中的应用。
20世纪70年代以来，仪器的研制和生产获得蓬勃发展，高 压输液泵和单波长紫外检测器的出现，再加微机处理技术， 是现代液相色谱技术面目焕然一新。
C0保持恒量，所以曲线B和A互为倒像。
4.2.2 离子交换平衡常数
最重要的是： 选择系数、分配系数与分配比、分离因数 （1）选择系数 Selectivity Coefficient B对A的选择性系数：
ZA ZA ZA ZB [ B ] /[B] [ B ] [A] B KA ZB ZB ZA ZB [ A] /[A] [B] [ A]
流动相
溶剂贮存器 泵 梯度控制单元 自动进样装置 固定相 积分仪 馏分收集器 记录仪 数据系统
样品 温度控制器 温度控制器
进样器 色谱柱 检测器
HPLC装置方框图
高效离子交换剂：
改进：1、大小； 2、结构
（1）小颗粒多孔离子交换树脂 常用：聚苯乙烯－二乙烯苯树脂
粒径：几微米～几十微米
（2）薄膜型离子交换剂 在粒径几十微米的玻璃球表面，经过聚合沉积一层约1～ 2μm厚的离子交换膜，或经硅烷化处理，在表面直接接上 离子交换基团，组成化学键合相离子交换剂。 （3）多孔表面离子交换剂
（2）分配系数与分配比
ci 分配系数： i ci RM i 分配比：K i＝ ci
i与K i的关系： RM i ci (1 0 )
RM i ci (1 0 ) ci ci K i i (1 0 )
（3）分离因数 Separation Factor
B A