离子交换分离的试验技巧及研究方法
第六节 离子交换分离法
2. 磨碎与筛选
树脂粒度小，表面积大，分离效率 高，但阻力大，流速慢。要根据分离的 实际情况合理选择粒度大小。市售10～ 40目、50～100目或100～200目。分析 分离80～120目，离子色谱200～400目。 有干磨或湿磨，注意粒度范围不宜太宽。
3. 树脂的预处理
凝胶型树脂都需要经过浸泡后才能使
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， 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。
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 力越大。
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：
然后将流出液中的
SO
2 4
沉淀为BaSO4
进行测定。
2. 相同电荷离子的分离—离子交换色 谱分离法
如果有几种性质相近且带相同电荷的离子 同时被交换在柱上，可选择合适的洗脱剂， 将它们逐一洗脱并分离。这种方法称为离 子交换色谱分离法。所用的洗脱剂应该使 几种离子对树脂的亲和力有较显著的差异。 这些洗脱剂通常是络合剂或是用不同浓度 的酸或是两者同时使用。
无机离子交高 高 换价 价剂金 金属 属磷 水酸 合盐 氧 离子交换有剂机离子交大 凝 换孔 胶 剂型 型
离子交换平衡及分离
离子交换平衡及分离离子交换分别法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换作用而使离子分别的办法。
早期的离子交换剂是硅铝酸盐沸石，现在最常用的是树脂的离子交换剂，这种离子交换剂呈球形小颗粒，强度大，很稳定，酸碱和氧化剂对它不起作用，具有较大的交换容量。
离子交换办法广泛地应用于无机物质和有机物质的分析中，成为分析化学中常用的重要分别手段。
12.5.1离子交换平衡及分别离子交换技术是按照某些溶质能解离为阳离子或阴离子的特性，利用离子交换剂与不同离子结合力强弱的差异，将溶质临时交换到离子交换剂上，然后用合适的洗脱或再生剂将溶质离子交换下来，使溶质得到分别、浓缩或提纯的操作技术。
离子交换操作属于液固非均相蔓延传质过程，所处理的溶液普通为水溶液，多相操作使分别变得简单。
离子交换可看作是溶液中的被分别组分与离子交换剂中一可交换离子举行离子置换反应的过程。
其挑选性高，而且离子交换反应是定量举行的，即离子交换树脂吸附和释放的离子的物质的量相等。
离子交换剂用法后性能将逐渐消逝，需用酸、碱、盐举行再生处理才干复原用法。
离子交换技术具有很高的浓缩倍数，操作便利，效果突出。
但生产周期长，成品质量有时较差，其生产过程中的pH变幻较大，故不适于稳定性较差的物质分别，在挑选分别办法时应予考虑。
12.5.1.1离子交换平衡离子交换过程是离子交换剂中的活性离子与溶液中的溶质离子举行交换反应的过程，这种离子的交换是按化学计量比举行的可逆化学反应过程。
当正、逆反应速度相等时，溶液中各种离子的浓度不再变幻而达平衡状态，即称为离子交换平衡。
若以L、S分离代表液相和固相，以阳离子交换反应为例，则离子交换反应可写为：其反应平衡常数可写为：式中，[A]、[B]分离为液相离子An+、B+的活度，稀溶液中可近似用浓度代替，mmol/mL;[RA]、[RB]分离为离子交换树脂相的离子An+、B+的活度，在稀溶液中可近似用浓度代替，mmol/g干树脂；KAB为反应平衡常数，又称为离子交换常数。
第六章 离子交换分离技术
骨架（载体）：惰性、不溶、三维立体结构
构 成
活性基团：与载体相连、不能移动，功能基团
可交换离子(活性离子)：与功能基团带相反
电荷、可移动
离子交换现象方程式：
R-X+ + Y+
R-Y+ + X+
R-: 阳离子交换剂的功能基团和载体
X+: 平衡离子
Y+: 交换离子
离子交换过程是可逆的
氢型阳离子交换树脂与Na+的交换 羟型阴离子交换树脂与Cl-的交换
7. 树脂物理结构的影响 树脂的交联度增加，交换选择性增加。
大分子的吸附----应减小交联度 无机小离子不受空间因素的影响----控制交联度， 将大分子和无机小离子分开（分子筛方法）
8. 树脂与离子间的辅助力
凡能与树脂间形成辅助力如氢键、范德华力等 的离子，树脂对其吸附力就大。
辅助力常存在于被交换离子是有机离子的情况 下：有机离子的相对质量越大，形成的辅助力越 多，树脂对其吸附力越大。
（7）离子浓度：浓度 < 0.01 mol/L时，交换速度与 离子浓度成正比。到达一定浓度后，速度不再随浓度 上升。
四、离子交换操作方法 （一）离子交换树脂和操作条件的选择 （二）离子交换树脂的处理、转型、再生与保存 （三）基本操作方法
（一）离子交换树脂和操作条件的选择
1. 离子交换树脂的选择 （1）对阴阳离子交换树脂的选择：
四类树脂性能的比较
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
（二）命名
规定： ①离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成:
第一位数字代表产品的分类；第二位代表骨架； 第三位代表微顺序号。(101页表格) ②凝胶型离子交换树脂须标明载体的交联度 ③大孔型离子交换树脂须在型号前加字母“D”
离子交换色谱 生物碱
离子交换色谱生物碱
离子交换色谱是一种常用的色谱技术，可以用于分离和纯化生物碱和其他有机化合物。
下面是对离子交换色谱在生物碱分离方面的详细说明：
1. 原理：离子交换色谱主要基于离子交换剂与样品中离子之间的相互作用进行分离。
离子交换剂是一种具有可交换离子基团的树脂，能够与样品中的离子发生交换。
在分离过程中，样品中的离子会根据其带电情况和极性被不同的离子交换剂所吸附，从而实现分离。
2. 实验流程：在生物碱的离子交换色谱分离中，一般会首先将生物碱样品溶解在合适的溶剂中，然后通过输液泵将样品溶液注入色谱柱中。
色谱柱中填装有离子交换剂，样品中的离子会与离子交换剂发生交换，根据不同的带电情况和极性被吸附在不同的位置。
随后，用洗脱液将不同离子洗脱下来，收集各个峰的洗脱液即可得到各个组分。
3. 影响因素：离子交换色谱的分离效果受到多种因素的影响，包括样品的溶解性、离子交换剂的性质、流动相的组成和流速、实验条件等。
其中，样品的溶解性和离子交换剂的性质对分离效果的影响尤为显著。
在实验中需要根据实际情况选择合适的溶剂和离子交换剂，以获得最佳的分离效果。
4. 应用范围：离子交换色谱在生物碱的分离中具有广泛的应用，可以用于分离和纯化各种类型的生物碱，如喹啉类、嘌呤类、有机胺类等。
同时，离子交换色谱还可以用于其他有机化合物的分离和
纯化，如黄酮类、酚类等。
离子交换色谱是一种有效的分离技术，可以用于生物碱和其他有机化合物的分离和纯化。
在实际应用中需要根据实验条件和样品性质选择合适的溶剂和离子交换剂，以获得最佳的分离效果。
离子交换色谱法的分离原理和操作步骤
离子交换色谱法的分离原理和操作步骤离子交换色谱法（Ion Exchange Chromatography）是一种常用的高效分离技术，广泛应用于药物研究、生物化学和环境监测等领域。
该技术的原理基于离子间的互相吸附和解吸作用，通过离子交换剂和淋洗缓冲液的选择实现目标物质的分离和纯化。
一、分离原理：离子交换色谱法的分离原理是基于离子交换剂与样品中离子的相互作用。
离子交换剂通常是具有固定电荷的树脂材料，其内部可以连接带正电（阴离子交换树脂）或带负电（阳离子交换树脂）的功能基团。
当样品中的离子进入色谱柱，会与离子交换剂表面的功能基团发生静电相互作用，发生互相吸附。
在离子交换色谱的过程中，树脂固定相上的离子交换剂与样品中的离子发生竞争吸附，较强的离子与树脂固定相发生更强的吸附，较弱的离子则发生较弱的吸附。
通过调整淋洗缓冲液的性质和浓度，可以改变离子交换剂与样品中离子的相互作用强度，实现对目标物的选择性吸附和解吸。
二、操作步骤：1. 样品预处理：将待检样品进行前处理，例如提取、浓缩和溶解等步骤，以获得适合分析的样品。
2. 样品加载：将样品通过进样口注入离子交换色谱柱中，尽量避免空气进入，以免影响分析结果。
3. 柱洗脱：通过在色谱柱上通入淋洗缓冲液，将非目标物质从固定相上洗脱。
淋洗缓冲液的性质和浓度需要根据目标物质的亲和性进行选择。
4. 目标物洗脱：通过改变淋洗缓冲液的性质和浓度，实现目标物质与固定相的离子交换。
通常，当淋洗缓冲液中的离子浓度增加时，目标物质与固定相之间的离子交换作用会减弱，从而实现目标物质的洗脱。
5. 柱平衡：在每次使用色谱柱之前，都需要进行柱平衡步骤。
通过使用柱平衡液将色谱柱进行适当的平衡，以确保每次实验结果的准确性和重现性。
6. 数据采集和分析：最后，用适当的检测器检测洗脱出的样品，并对数据进行采集和分析。
根据峰面积或峰高，可以定量分析目标物质的含量。
离子交换色谱法作为一种高效的分离技术，具有分析速度快、选择性高、分辨率好等优点。
离子交换分离技术的操作步骤和样品制备
离子交换分离技术的操作步骤和样品制备离子交换分离技术是一种常用的分离和纯化方法，它基于离子交换树脂对样品中离子的选择性吸附和释放效应。
本文将介绍离子交换分离技术的操作步骤和样品制备方法。
1. 离子交换树脂选择离子交换树脂的选择是离子交换分离技术的关键之一。
树脂种类繁多，根据离子交换位点的性质可分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
根据样品中的目标离子，选择相应的交换树脂，以实现对目标离子的选择性吸附。
2. 树脂的预处理选择合适的树脂后，需要对树脂进行预处理以保证其良好的分离效果。
预处理的方法包括酸洗、碱洗等。
一般来说，需要将树脂与浓度适宜的酸或碱溶液进行反复洗涤，以去除树脂表面上的杂质和不稳定性物质。
3. 样品准备在进行离子交换分离前，需要对样品进行适当的制备。
样品的制备包括溶解样品、稀释样品等。
在样品制备过程中，需要保证样品的稳定性和均匀性，以确保分析结果的准确性。
4. 样品进样样品制备完成后，将样品以适量的体积进样到装有离子交换树脂的柱子或其他装置中。
进样时需注意保持流速适中，避免样品的过量进入树脂层，影响离子交换的效果。
5. 确定进样量和流速进样量和流速的选择对离子交换分离的效果和分离时间有重要影响。
进样量过大会导致树脂饱和，过小则会降低分离效率。
流速过大会降低离子交换的效果，流速过小则会延长分离时间。
因此，在实际操作中，需要进行不同进样量和流速的优化实验，选择最佳参数。
6. 洗脱和回收目标离子进样量和流速确定后，根据样品中的目标离子和树脂的选择性，选择合适的洗脱剂洗脱目标离子。
洗脱剂的选择需考虑洗脱效果、分离度和后续分析的需求。
洗脱后的目标离子可以进一步进行浓缩或纯化，以满足后续应用的需要。
7. 实验结束和设备清洗离子交换分离实验结束后，需要对装置和仪器进行彻底清洗，避免后续实验的干扰和交叉污染。
常见的清洗方法包括用去离子水或其他适当的溶液进行反复洗涤。
在实际的离子交换分离实验中，操作步骤和样品制备方法的选择需根据具体的分离要求和实验条件灵活调整。
离子交换分离操作技术
离子交换分离操作技术离子交换分别方式可分为静态和动态两类。
静态交换是将溶液和离子交换剂共同放入容器，利用振荡、搅拌等方式令它们充分接触。
达到平衡后，用倾析、过滤或离心等办法使固液两相分别，然后分离处理。
这种操作属于单次平衡，分别效率不高，目前只在测定分配系数等试验讨论中能够用到。
动态交换是指溶液与离子交换剂发生相对移动的分别方式。
可见，离子交换色谱法就属于这种分别方式。
动态交换属于多次平衡，分别效率高，可延续化操作，应用较广。
因此，下面就重点介绍动态交换的操作步骤。
(1)树脂的挑选和处理在分别和富集前应首先按照分别的对象和要求挑选适当类型和粒度的树脂。
市售的树脂颗粒大小往往不够匀称，故用法前应该先过筛以除去太大和太小的颗粒，也可以用水溶胀后用筛在水中选取大小一定的颗粒备用。
普通商品树脂都含有一定量的杂质，故在用法前还必需举行净化处理。
对强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂，通常用4 mol/L HCl溶液浸泡1～2天，以溶解各种杂质，然后用蒸馏水洗涤至中性，浸入水中备用。
这样就得到在活性基团上含有可被交换的H+的氢型阳离子交换树脂或可被交换的Cl-的氯型阴离子交换树脂。
(2)装柱举行离子交换通常在离子交换柱中举行。
离子交换柱普通用玻璃制成，装柱时，在交换柱弥漫水的状况下，把经准备处理的树脂装入柱中，可小扣柱子使其装实，并防止树脂中夹有气泡。
始终保持液面高于树脂层，防止树脂干裂。
12-6所示，可保证树脂向来泡在液面下，不会进入气泡，但流速慢，还会使色谱峰稍有增宽。
图12-6 离子交换柱而图12-7的装置容易，但应注重勿使树脂层干枯而混入气泡。
图12-7 离子交换柱 (3)柱上分别将欲分别的试样溶液缓慢注入柱内，从上到下流经交换柱举行交换作用。
若试液中有几种离子同时存在，则亲和力大的离子先被交换到柱上，亲和力小的离子后被交换。
交换完成后，用蒸馏水或不含试样的空白溶液洗去残留的试液以及交换出来的离子。
《离子交换分离法》课件
化学键合法
将具有特定功能的有机物通过化学 键合作用固定在载体上，制备成具 有特定功能的离子交换剂。
离子交换剂的性能指标
交换容量
指单位质量的离子交换剂所 能交换离子的量，是衡量离 子交换剂性能的重要指标之 一。
在食品工业中的应用
食品添加剂生产
离子交换分离法可用于生 产食品添加剂，如柠檬酸 、苹果酸等，提高产品质 量和纯度。
果汁和乳制品加工
在果汁和乳制品加工过程 中，离子交换分离法可用 于去除杂质离子，提高产 品的口感和品质。
食品包装材料处理
离子交换分离法可用于食 品包装材料的处理，去除 其中的有害物质，提高食 品安全。
《离子交换分离法 》ppt课件
目 录
• 离子交换分离法简介 • 离子交换剂 • 离子交换分离法的基本操作 • 离子交换分离法的应用实例 • 离子交换分离法的优缺点及发展前景
01
CATALOGUE
离子交换分离法简介
离子交换分离法的定义
离子交换分离法是一种利用离子交换 剂与溶液中的离子进行可逆交换，从 而实现离子或离子的混合物分离的方 法。
选择性
指离子交换剂对不同离子的 选择性差异，通常用某一离 子的交换容量与另一离子的 交换容量的比值来表示。
平衡速度
指离子交换剂与溶液中的离 子达到平衡状态所需的时间 ，是衡量离子交换剂性能的 重要指标之一。
再生性能
指离子交换剂在使用过程中 经过多次再生后性能的保持 能力，是衡量离子交换剂性 能的重要指标之一。
05
CATALOGUE
离子交换分离法的优缺点及发展前景
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知识与经验离子交换分离的试验技巧及研究方法周锦帆1,王 慧2,吴 骋2,俞 璐2,王国新2(1.检验检疫科学编辑部,北京100022; 2.常熟出入境检验检疫局,常熟215500)中图分类号:O652.63 文献标志码:B 文章编号:1001-4020(2010)08-0960-03复杂物质的分离,首选的分离方法是离子交换[1],已被分析化学工作者公认。
文献[2]已报道过采用阴离子交换树脂在1mo l L-1盐酸溶液中可选择性分离金,然后用原子吸收光谱法测定,该方法已被国内进口铜精矿企业及检验检疫实验室普遍采用。
在本文中主要介绍离子交换分离的试验技巧及研究方法。
1 离子交换分离的优点树脂商品化数十年,质量可靠,费用小;分离操作简便,采用小型离子交换柱进行分离,分离速度快;不使用有毒有害的有机萃取剂及溶剂,环境污染小;离子交换树脂性能稳定,可再生长期反复使用。
2 离子交换分离的方法以下3种情况:阳离子与阳离子,阳离子与阴离子,阴离子与阴离子都可进行离子交换分离。
离子交换分离方法的研究,通常要解决几个问题,树脂的种类,离子交换柱的大小,淋洗剂及其浓度的选择,以使其有效分离。
2.1 树脂种类的选择阳离子交换树脂用于阳离子与阴离子分离、阳离子与阳离子分离,最常用的是Bio-Rad AG50w-X8树脂。
阴离子交换树脂用于阳离子与阴离子分离,最常用的是Bio-Rad AG1-X8树脂。
萃淋树脂是使用粒径为150~180 m(80~ 100目)的CL-T BP树脂,用于Fe3+、UO2+2、铬( )的分离。
Chelex-100树脂是最有实用价值的螯合树脂,常用于微量重金属离子的分离,尤其是碱和碱土金属中重金属离子的分离。
收稿日期:2009-10-09活性氧化铝树脂可从其他阴离子中分离SO2-4、F-、PO3-4等离子。
建议少用泡沫塑料、巯基棉和活性炭作为吸附剂,因为它们的吸附容量小、不易再生、性能不稳定。
2.2 树脂粒径的选择离子交换树脂颗粒与分离效果及分离耗时有极大关系。
试验用的树脂过细,则流速很慢,如用38~ 75 m(200~400目)树脂,再加上淋洗液体积又大,则整个分离时间很费时,影响分析方法实用性。
试验用的树脂过粗180~300 m(50~80目),则分离效果较差。
从外观上,离子交换树脂选择应注意以下几点:(1)树脂的级别:若有可能,选用分析级,优点是粒径均匀、杂质少、灰分低。
(2)树脂的颜色:选用浅色树脂,以便观察有色金属离子的分离效果。
(3)树脂的粒径:若自己研磨,选用粒径为125~180 m(80~120目)的树脂;若使用商品树脂,则选用粒径为75~150 m(100~200目)的树脂。
2.3 树脂的预处理商品化的树脂在使用前需进行预处理,以处理阳离子交换树脂为例。
将100g市售阳离子树脂(经研磨后树脂粒径为150~180 m)或进口树脂(75~150 m)置于500mL烧杯中,加3mo l L-1盐酸溶液250m L,搅拌,放置2h,即可有效地洗去新树脂内的金属离子。
滤去液体,用去离子水300m L洗去滞留在树脂颗粒间的盐酸,滤去液体,重复一次,洗到pH值为1~2即可。
一般没有必要用有机溶剂处理树脂或用浓度小于4m ol L-1盐酸溶液长期浸泡树脂。
2.4 小型离子交换柱用什么样的离子交换柱来实施离子交换分离,涉及离子交换分离的实用价值问题。
不同作者使用树脂量不同的离子交换柱,分离的效果差异很大,即树脂用量(树脂层高度和体积)的选择是离子交换分离实施的核心之一。
离子交换柱的设计,决定了分析方法的可靠性、实用性、可推广性、试剂用量和空白高低。
交换柱内树脂的量,应该用柱管的内径与树脂层的高度来表示,以说明树脂层体积。
树脂层的规格有1.2cm 15cm,1.2cm 10cm及小型离子交换柱0.6cm 6cm等。
树脂层为0.6cm 6cm的小型离子交换柱,树脂层体积为1.7m L,树脂干重约为0.8g,主要用于样品中微量元素的富集分离。
经验表明:90%以上的离子交换分离均可以用树脂量约为1.7mL的小型离子交换柱解决。
小型离子交换柱具有树脂层体积小、淋洗体积小、操作方便、可缩短离子交换分离时间、空白低、样品回收率高等优点。
较大型离子交换柱的树脂层为1.2cm 10cm,柱体积较大、树脂层体积为13mL,用于解决大量基体元素的分离,如用于0.2g钢中 g级14个稀土元素的分离。
可以吸附0.2g铁离子,待测微量稀土元素快速通过交换柱而得以分离。
2.5 离子交换柱的制备小型离子交换柱通常用5m L(或10mL)酸滴定管加工而成,柱上部有5cm长的18cm 50m m 的广口,10m L酸滴定管加工的离子交换柱常用于萃淋树脂柱的分离。
大型离子交换柱通常内径为1.2cm,长30cm,其上部8cm是直径2.8cm的广口。
为了得到好的精密度,尽可能选择内径相同的同一批交换柱。
交换柱不使用时,树脂层上部应保持一定量的水,且把交换柱的活塞拧紧,以免滴漏使柱内液体流干(因为流干时会有气泡进入树脂层,从而影响分离效果)。
2.6 离子交换柱的装柱及必备工具柱的下部先装约0.5cm腈纶纤维,以防止150~180 m(80~100目)树脂漏出。
腈纶纤维耐酸耐碱,可长期使用。
装柱时在柱的下部不允许用玻璃纤维,因为在重新装柱时玻璃纤维易破碎,并混入离子交换树脂中,即在树脂中有了玻璃纤维杂质。
对于树脂粒径小于180 m(100目)或装萃淋树脂(比重比普通树脂小)时,在树脂装柱后,树脂层上部应加0.5cm脱脂棉,以防止加入样液上柱后和淋洗时树脂明显向上漂浮。
30cm的不锈钢焊条做成的小钩子是装柱的必备工具,其用途是在重新装柱时,钩出柱内的腈纶纤维。
形状见图1。
图1 不锈钢小钩子Fig.1 Small stainless steel hook塑料直尺:测量树脂层高度。
一批离子交换柱其内径应完全相同,树脂层高度相差不超过0.3cm,目的是使一批离子交换柱分离流速一致、分离效果一致。
秒表:测流速。
如果采用150~180 m(80~ 100目)树脂,在分离时可将活塞开到最大,不必控制流速。
同一批交换柱进行分离,若装柱有经验,流速必然基本一致。
5mL或10mL移液管。
倒用的移液管的用途是吸出柱内过量的树脂,以及在加腈纶纤维和脱脂棉时将其稍稍压实。
2.7 装柱方法装柱以湿法装柱为好。
具体方法:先将交换柱(用滴定管加工而成)内装满水,打开活塞,在水通过交换柱的同时排去活塞下面的气泡,再加腈纶纤维,用移液管的平头把腈纶纤维稍压紧。
然后将离子交换树脂与水混匀,注入垂直放置的交换柱中,静置使其慢慢沉降至所需高度,这样制成的交换柱比较均匀,若加入树脂量过多,可用移液管倒过来将过多的树脂吸出。
装柱效果的检查:同一批离子交换柱,将活塞完全打开,其流速应非常接近。
2.8 常见离子交换柱装柱错误粒子的粒径为180~300 m(50~80目)时,分离效果差。
树脂用量过多,即使分离少量金属离子,所装的树脂量大于5m L,或10m L,使整个分离消耗的淋洗剂量增多,分离时间过长。
树脂用浓度大于6m ol L-1盐酸溶液浸泡,此时室内酸蒸气过大,树脂的洗涤效果并不比3mol L-1盐酸溶液好。
交换柱自制,活塞密封性差,常滴漏,树脂层内有空气,使交换柱不得不经常重装。
用玻璃纤维放在树脂层底,重装柱时,由于玻璃纤维破碎而混入树脂。
3 离子交换分离条件的快速确定 K d及其应用如何确定阳离子与阳离子、阳离子与阴离子分离时的淋洗剂浓度,以及把阳离子(或另一个阳离子)最后从柱上洗下,并使离子交换柱有效且方便地再生是离子交换分离最重要的核心问题。
Strelow[3]提出了在不同浓度盐酸介质中测定40多种金属离子的分配系数K d值。
根据Strelo w在不同酸体系中金属离子的K d值与此时在离子交换柱上的行为,提出了K d40法[2],随后又进一步提出了淋洗剂浓度速查表[4],即在1min内即知阳离子与阳离子分离的可能性及最合适淋洗剂浓度。
分配系数K d在离子交换分离中有极其重要的意义,它是在某一条件下,金属在离子交换树脂上吸附能力的标志。
K d的测定应采用Strelow[3]的方法:取干树脂2.5g于500m L烧杯中,加某浓度的酸230mL,加金属离子0.25m g,加某浓度的酸至250mL,搅拌24h,过滤。
测定滤液中金属离子的量,同时计算出吸附在树脂上金属离子的量(或将树脂灰化后测定),由下式计算某浓度酸时金属离子的K d:K d=c0-c e qc eqVm式中:c0为溶液中金属离子的初始浓度(m g L-1);c eq为吸附平衡时溶液中金属离子的浓度(m g L-1);V为溶液的体积(m L);m树脂的质量(g)。
通过测定分配系数[5],然后再确定元素的分离条件。
K d值大,表示在某介质某离子在该树脂上的吸附能力强,反之亦然。
K d>40,强吸附于树脂; K d<10,不吸附于树脂。
根据待分离元素和基体分配系数的差异,适当选择分离条件,可实现被测物与基体的有效分离。
由金属离子在不同酸介质得到的K d40和K d 10而组成的淋洗剂浓度速查表可快速确定金属离子在阳离子交换树脂上分离条件,即可知道不同金属离子分离合适的淋洗剂浓度,从而简化了离子交换分离条件探索研究过程。
例如:稀土与非稀土的阳离子交换分离,结果表明:在1.75mo l L-1盐酸溶液中,稀土元素的K d>40,定量吸附,而非稀土元素的K d<10,即不吸附,从而使稀土与非稀土得以分离。
4 离子交换分离的淋洗曲线离子交换分离的淋洗曲线,可以说明不同金属离子分离的全过程。
以流出液中离子浓度为纵坐标,洗脱液体积为横坐标作图,可得到淋洗曲线(洗脱曲线)。
有些教科书认为淋洗曲线的形状是图2中曲线1,事实上淋洗曲线应为图中曲线2,即淋洗时有个明显的拖尾现象,而不可能是曲线1。
通过观察淋洗曲线也可以考察到被分离元素的分离效果。
淋洗曲线上各元素的峰位置分得越开,则分离效果越好。
图2 淋洗曲线Fig.2 Elution curve5 离子交换分离效果的检查及离子交换分离常见错误用离子交换法将干扰因素分离后,应对分离效果进行检查[5],以便使研究者了解分离效果。
检查的方法如下:例如钢中微量稀土元素的分离,稀土元素是A m+,铁为基体元素。
分离方法是基体Fe3+与Cl-生成[FeCl4]-络阴离子吸附于阴离子交换树脂,而A m+(稀土)不吸附。
在采用离子交换柱分离后,应考察A m+的吸附和淋洗曲线,另外,还应考察分离以后A m+流出液中共存的Fe3+含量,即检查A m+和Fe3+的分离效果。
离子交换分离常见错误:(1)不同金属离子的分离,如果没有可靠的数据说明为什么采用某淋洗剂浓度,通常采用的淋洗剂浓度为整数。