离子交换分离法（二）

1、离子交换分离法（二） 1交换过程 离子交换分别通常都是在垂直的交换柱上举行的。以nacl溶液通过磺酸型的氢式阳离子交换树脂为例。当nacl溶液流入交换柱时，首先与它接触的上层树脂中的h被na交换，有rso-3h+na+ rso3-na+h+ (20一20) 继续流人nacl溶液，na+不断与下层树脂中的h+发生交换。 当溶液中有几种阳离子同时存在时，则亲和力大的离子先被交换，亲和力小的离子后被交换。继续流人试液，已被交换的亲和力小的离子还会被亲和力大的离子交换出来，然后再与下层的离子交换树脂发生交换。 如含有相同浓度na+和ca2+的溶液，通过交换柱时先发生下列交换反应： 2rso-3h+ca

2、2+ (rso3-)2ca2+2h+ (2021) 流在最前面的溶液中ca2+浓度显著降低，越往下ca2+浓度越低，当ca2+浓度低到一定程度时，na2+也开头被交换。 2rso3na+ca2+ (rso3)2ca+2na (2022) 交换下来的na+随即又与下层树脂发生交换。所以带相同电荷的混合离子溶液通过交换柱时，每一种离子都集中在柱的某一区域，亲和力大的离子所处区域稍上一些，亲和力小的离子所处区域稍下一些，但是并未彻低分别。两种离子所处区域之间的部分是互相交混的，称为交界层。离子的亲和力越临近，交界层越宽。离子之间交错混合得越厉害。 2洗脱过程 洗脱过程(elutionprocess)

3、是指把交换在树脂上的离子从交换柱上洗脱下来的过程，也称淋洗过程。它是交换过程的逆过程。在分别1二作中，洗脱过程也是很重要的一个过程。 假如惟独一种离子被交换，洗脱过程就比较容易。例如用离子交换法分别fe3+和al3+可以在9mollhcl溶液中举行，此时形成fecl4-而al3+仍以阳离子形式存在。当试液通过阴离子交换树脂时，fecli-4被交换在柱上而al3+则随溶液流出。继续用9moilhcl溶液将柱上残留的母液及al3+所有洗下后，改用稀hcl溶液淋洗，使交换在树脂上的fecl2又转化为阳离子形式而被洗脱下来，达到分别的目的。这种使交换于树脂上的离子洗脱下来的淋洗溶液，称为洗脱液(elu

4、ent)，如上面所用的稀hcl溶液。 假如收集测定或在线(inline)测定流出的洗脱液中该交换离子的浓度，以洗脱液的体积为横坐标、离子浓度为纵坐标作图，就可以得到洗脱曲线(elutioncurve)204所示。图中曲线与横坐标所围的面积，即为从交换梓上洗脱下来的该离子的总量。 假如有几种离子交换在柱上，洗脱过程事实上就是继续分别的过程。最抱负的状况是洗脱液能挑选性地使其中一种离子转化为带相反电荷的离子，大大降低其与树脂的亲和力。若不能满足这个要求，起码应当使几种离子对树脂的亲和力有比较显著的差异。 当洗脱液流经交换柱时，交换上去的离子就被洗脱下来，接着又交换到下层树脂上去，随着洗脱液的流淌，

5、反复不断举行再洗脱和再交换，慢慢向下移动。亲和力大的离子移动的速度慢，亲和力小的离子移动的速度快。只要交换柱有足够高度，就可以将它们逐个从树脂上洗脱下来。亲和力最小的离子首先被洗脱下来，亲和力最大的离子最后才被洗脱下来，达到分别的目的。如分别mg2+、ca2+和sr2+时，可以先将它们交换在阳离子交换树脂柱上，然后用盐酸溶液将它们逐个洗脱下来，按mg2+、ca2+、sr2+次序流出交换柱。 采纳某种络合剂，往往能使金属离子与树脂亲和力的差异增大。例如，在分别be2+、mg2+、ca2+、sr2+时，用丙二酸铵作洗脱液，分别效果就十分抱负，参见图204。 这种对相同电荷的离子的分别办法常称为离子

6、交换色谱法。离子交换色谱法主要用于那些性质相像的元素之间的分别，如周期表中同族元素的分别、稀土元素之间的分别等。 3离子交换分别的操作 (1)树脂的挑选和预处理按照分别的对象挑选合适的树脂类型及颗粒大小。分别性质相近的元素时，普通采纳颗粒细小的树脂。此时，表面积增大，树脂颗粒之间的空隙变小，溶液不易从空隙中流过，因而离子更简单蔓延到树脂表面和树脂内部，与交换基团发生交换，提高分别的效果。常用的离子交换树脂是经80100筛目或100120筛目筛选。 用法前应对树脂举行预处理。商品树脂中普通含有少量的有机或无机杂质，需将树脂在水中浸泡12h左右，让其充分溶胀，多次漂洗后处理转型。对于强酸性阳离子交

7、换树脂，用35mollhci溶液浸泡使成氢式，将杂质交换出，用水漂洗，反复多次。对于0h式的强碱性阴离子交换树脂，先后用1mollhcl、水、05mollnaoh溶液和水处理。假如需要氯式树脂，再用hci和水处理。 (2)装柱离子交换柱要装填匀称才干有好的分别效果。普通先在柱内装水，再将处理好的树脂从柱顶缓慢加入，让树脂自由沉降，使柱内没有气泡，树脂层匀称全都。当树脂层达到所需高度以后，在树脂层上面保持一段水层，以防止树脂干枯。假如树脂不是所需要的型式，此时可再按照需要转化为合适的型式。 (3)交换将需要举行交换分别的溶液倾人交换柱，调整流速，使溶液中的离子能充分交换。接着用不含试样的空白溶液洗涤交换柱，使母液流出。 (4)洗脱交换柱洗涤后，用适当的洗脱剂举行洗脱，有时还可先后换用不同的洗脱剂以分离洗下不同的离子。洗脱过程的流速应按照详细