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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之间 发生交换反应来进行分离的方法 可用来分离带不同电荷的离子 可用以分离带相同电荷的离子 富集微量或痕量组分 制备纯物质 缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解决某些比较复杂的分离问题. 离子交换分离法 / 离子交换树脂. 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： （ 1 ） 有网状结构且骨架上有可以与被交换离子起交换作用的活性基团
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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之间 发生交换反应来进行分离的方法 可用来分离带不同电荷的离子 可用以分离带相同电荷的离子 富集微量或痕量组分 制备纯物质 缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解决某些比较复杂的分离问题
离子交换分离法/ 离子交换树脂 • 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： （1）有网状结构且骨架上有可以与被交换离子起交换作用的活性基团 （2）难溶于水、酸和碱，对有机溶剂、氧化剂、还原剂和其它化学试剂具有一定的稳定性。对热也较稳定。
离子交换分离法/ 离子交换树脂 • 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
离子交换分离法/ 离子交换树脂 • 阴离子交换树脂 • 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 -
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/ 离子交换树脂 • 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
离子交换分离法 / 离子交换分离操作 （一）树脂的选择、预处理和装柱 （二）交换过程 （三）洗涤过程 （四）洗脱过程 （五）树脂再生
离子交换分离法/ 操作方法 树脂的选择、预处理和装柱 1. 树脂的选择 树脂的种类、粒度（80—100目） 2. 树脂的预处理 晾干研磨、过筛 水浸泡溶胀（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 （可以继续使用NaCl或NH4Cl溶液处理） 3. 装柱 L：10—30cm。i.d：1cm 细长的柱子比粗短的柱子分离效果好
离子交换分离法/ 交换过程 • 交换过程：将欲分离的试液缓慢注入交换柱内，并以一定的流速由上向下流经柱子进行交换。 • 始漏量：随着试液不断地流经柱子，交换了的树脂层越来越厚，继续加试液于交换柱中，则流出液中开始出现末被交换的离子．此时交换过程达到了“始漏点”，被交换到柱上的离子的量(mmol)称为该交换柱在此条件下的“始漏量”。 • 交换容量与始漏量：交换柱的总交换容量大于始漏量。（由于达到始漏点时，柱上还有未交换的树脂）。
离子交换分离法/ 交换过程 • 交界层：部分被交换的树脂层称为交界层
离子交换分离法/ 洗涤过程 • 洗涤过程： 将离子交换树脂柱上的残留试液（包括未与树脂发生交换作用的物质）及被树脂交换出的离子洗去的过程。 • 洗涤剂1。不含试样 其它成分及酸度与试样溶液相 同的“空白”试液 洗涤剂 2。水
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。
离子交换分离法/ 洗脱(淋洗)过程 • V1：开始流出被交换上离子的洗脱液体积。 • V2：流出的洗脱液中检测不到被交换离子的洗脱液体积 阳离子交换树脂，常用 HCI 溶液作为洗脱液 阴离子交换树脂，则常用 HCI 、 NaCI 或 Na0H 溶液作洗脱液
离子交换分离法/ 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。
离子交换分离法/ 离子交换色谱法 • 阳离子交换树脂的亲和力 • 强酸型 a. 不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。 例如：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV） b. 当离子价态相同时．亲和力随着水合离子半径减小而增大。 例如；Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜Ag+＜Tl+ c. 二价离子的亲和力顺序：UO22+＜Mg2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜Cd2+＜Ni2+＜Ca2+＜Sr2+＜Pb2+＜Ba2+ 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。
离子交换分离法/ 离子交换色谱法 • 强碱型常见阴离子的亲和力顺序为： F-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO-＜C1-＜NO2-＜CN-＜Br-＜C2O42-＜ NO3-＜HSO42-＜I-＜CNS -＜ClO4- • 弱碱型常见阴离子的亲和力顺序为： F-＜C1-＜Br-＜I-＜CH3COO-＜Mo052-＜P043-＜AsO43-＜NO3-＜酒石酸根离子<CrO42-＜SO42-＜OH-
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。
离子交换分离法/ 离子交换色谱法 • Li+，Na+，K+离子洗脱（淋洗）曲线 由于离子间交换亲和力的差异往往较少，单独依靠交换亲和力的差异来分离离子比较困难，如果采用某种配合剂溶液作洗脱液、则结合洗脱液的配位作用可使分离作用进行得较好
离子交换分离法/ 离子交换树脂 • 氧化还原离子交换树脂 • 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
