样品分离技术 离子交换分离法

第三章样品提取纯化分析单项技术3-1项目1样品提取技术3-2项目2样品纯化技术3-3项目3样品分离技术知识点3：离子交换分离法——结构及分类1、基本概念概念：离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换作用而进行分离的方法。

离子交换剂是具有离子交换能力的所有物质，通常指固体离子交换剂。离子交换剂可分为无机离子交换剂和有机离子交换剂。应用：离子交换技术已广泛地应用于分析测试中大量干扰元素的除去、微量元素的分离和富集、水及化学试剂的纯化等。离子交换分离法是现代分析化学中重要的化学分离技术之一。3.4.1离子交换剂的结构及分类2、有机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）3.4.1离子交换剂的结构及分类树脂的网络骨架3.4.1离子交换剂的基本结构、分类带有活性基团的网状高分子聚合物离子交换树脂的结构骨架活性基团交联剂酸性基团碱性基团—SO3H—COOH—N+R3—NR2特殊基团分类：阳离子交换树脂阴离子交换树脂特殊离子交换树脂酚醛树脂聚苯乙烯树脂3.4.1离子交换剂的结构及分类3、离子交换剂的分类阳离子交换树脂（含酸性基团）强酸型阳离子交换树脂、弱酸型阳离子交换树脂阴离子交换树脂（含碱性基团）。强酸型阴离子交换树脂、弱酸型阴离子交换树脂特殊离子交换树脂（含特殊基团）3.4.1离子交换剂的基本结构、分类（1）阳离子交换剂:对阳离子具有交换能力,活性基团为酸性(带负电).可分为强酸性和弱酸性阳离子交换剂。弱酸性阳离子交换剂在中性和碱性pH范围使用。3.4.1离子交换剂的基本结构、分类（2）阴离子交换剂:对阴离子具有交换能力,活性基团为碱性(带正电).强碱性和弱碱性阴离子交换剂.弱碱性阴离子交换剂在中性和酸性pH范围使用。弱碱性阴离子交换3.4.1离子交换剂的基本结构、分类（3）特殊离子交换树脂两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂；螯合树脂：树脂上含有具有螯合能力的集团，既可以形成离子键，又可以形成配位键；主要用于脱除金属离子；氧化还原离子交换树脂：能使某些离子发生氧化还原反应的离子交换树脂特殊离子交换树脂是指具有特殊活性交换基团的离子交换树脂3.4.1离子交换剂的基本结构、分类总结知识点3：离子交换分离法——树脂的性质3.4.2离子交换树脂的性质(1)外观：球形、颜色(白、黄、黑和褐)。粒度大小为16~60目>90%；机械强度：>90%；(2）溶胀性离子交换树脂在水中会发生体积的膨胀。3.4.2离子交换树脂的性质(3)密度表观密度：指树脂在交换柱中的装填密度。真密度：指树脂颗粒本身密度。（4）有效pH范围

离子交换树脂正常使用pH范围内进行交换工作，此范围就是树脂的有效pH范围，（5）离子交换容量：概念单位质量的干离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的物质的量(mmol)。意义：它是离子交换树脂工作性能指标，表达离子交换能力的大小。一般钠型树脂的交换容量为4.7mmol／（g干树脂）测定：先用（1～2）mo1/LHCl处理树脂使成氢型，取一定量处理过的树脂装入交换柱，用蒸馏水以（25～30）mL／min的流量清洗树脂层至中性。用1mo1/LNaCl溶液以（3～5）m／min流速通过树脂，流出液用标准NaOH溶液滴定（以甲基红或酚酞为指示剂）。然后折算成1L（或kg）树脂或每升湿树脂所消耗NaOH的物质的量，即为此树脂的交换容量。3.4.2离子交换树脂的性质

总结1、离子交换法2、离子交换剂组成：骨架活性基团分类阳离子交换剂阴离子交换剂特殊离子交换剂性能物理状态性能：外观、强度、密度、交联度化学工作性能：交换容量知识点3：离子交换分离法——操作方法

3.4.3离子交换分离法的操作1.树脂的选择和处理2.树脂装柱3.柱上交换4.洗脱（再生）1、树脂的选择和处理（1）、树脂的选择

必须考虑被分离物质带何种电荷及其电性强弱、分子的大小与数量，同时还要考虑环境中存在哪些其它离子和它们的性质。

3.4.3离子交换分离法的操作1、树脂的选择和处理研磨、过筛

使粒度符合要求浸泡

是其充分溶胀净化

减少杂质

3.4.3离子交换分离法的操作（2）、树脂的处理2、装柱（1）、工业设备： 固定床（间歇式交换） 流动床（连续交换）（塑料、钢制）（2）、实验设备：玻璃柱或有机玻璃

3.4.3离子交换分离法的操作

3.4.3离子交换分离法的操作实验室中：交换柱或滴定管

3.4.3离子交换分离法的操作实验室离子交换柱制备3、柱上交换交换反应：R-A+B+

R-B+A+4、洗脱（再生）洗涤目的：用洗涤液流经交换柱，将残留在交换柱中的试液和被交换下来的离子除去。洗涤液的选择：一般用蒸馏水；稀酸溶液；不含试样的“空白溶液”

3.4.3离子交换分离法的操作使用过的树脂恢复到原状的过程称为树脂的再生.

以适当浓度的酸溶液处理已变为M型的强酸性阳离子交换树脂，使其恢复到H型、再生后的树脂经洗涤后即可使用。同样，交换使用过的阴离子树脂以适当浓度的碱溶液处理，可从Cl型转为OH型。

3.4.3离子交换分离法的操作4、洗脱（再生）

总结1.树脂的选择和处理2.树脂装柱3.柱上交换4.洗脱（再生）知识点3：离子交换分离法——应用实例

3.4.4离子交换分离法的应用1、去离子水的制备2、痕量元素的预富集3、性质相似元素的分离——高效离子交换色谱法4、生物大分子分离

1、去离子水的制备天然水中合有各种电解质，可用离子交换法纯化。该法用氢型强酸阳离子交换树脂（RH）除去水中的阳离子，再用强碱阴离子交换树脂（ROH）除去水中的阴离子。交换出来的H+和OH-结合生成水，净化水都用复柱法，把阴、阳离子交换柱串联起来，串联的级数增加，水的纯度提高。混合柱应先利用密度的差别将两种树脂分开，分别再生后混合装柱。各种型号的净水装置有机玻璃离子交换装置FY组合型净水器，集净化杀菌为一体净水效果

3.4.4离子交换分离法的应用案例分享：深南电厂制水车间参观：

2、痕量元素的预富集采用仪器分析法（如原子吸收或发射光谱法、分光光度法、极谱法等）直接测定痕量元素的含量尚有困难。一方面是由于仪器的检测限达不到测量要求；另一方面是大量基体干扰测定。用离子交换技术可将痕量元素从几升或几十升溶液中交换到小柱上，然后用少量淋洗液洗脱，这样痕量元素的富集倍数可达103～105。一种测定到10-6mol/L的方法，经离子交换富集后可测定到10-9～10-11mol/L。3、性质相似元素的分离——高效离子交换色谱法作用：高效离子交换色谱法可分离性质相似的元素。例子离子交换色谱分离Li+、Na+、K+三种离子，将试液通过氢型强酸性阳离子交换柱，Li+、Na+、K+都交换于柱的上端。用0.1mol/LHCl淋洗，由于树脂对Li+、Na+、K+的亲和力大小顺序是K+、Na+、Li+，因此，Li+先被洗脱，其次是Na+，最后是K+。仪器离子色谱由细颗粒高效离子交换树脂固定相，用高压泵输送淋洗液，待分离物质用注射器注入色谱柱，经柱分离后的淋洗峰自定检测并记录。

3.4.4离子交换分离法的应用3、性质相似元素的分离——高效离子交换色谱法作用：高效离子交换色谱法可分离性质相似的元素。例子离子交换色谱分离Li+、Na+、K+三种离子，将试液通过氢型强酸性阳离子交换柱，Li+、Na+、K+都交换于柱的上端。用0.1mol/LHCl淋洗，由于树脂对Li+、Na+、K+的亲和力大小顺序是K+、Na+、Li+，因此，Li+先被洗脱，其次是Na+，最后是K+。仪器离子色谱由细颗粒高效离子交换树脂固定相，用高压泵输送淋洗液，待分离物质用注射器注入色谱柱，经柱分离后的淋洗峰自定检测并记录。

3.4.4离子交换分离法的应用类别项目阴离子卤素离子：F、Cl、Br、I溴酸根、磷酸根、硫酸根等金