第五章离子交换分离法讲课.ppt

§5.1 概述 §5.1 概述 离子交换剂：具有离子交换能力的所有物质，通常指固体离子交换剂，固体离子交换剂又称为吸着离子交换剂。 无机离子交换剂： 由天然的(粘土、沸石类矿物)和合成的(合成沸石、分子筛、水合金属氧化物、多价金属酸性盐类、杂多酸盐等)化合物构成。 有机离子交换剂 ：人工合成的带有离子交换功能团的高分子聚合物．其中应用最为广泛的是离子交换树脂。 一、离子交换树脂的结构性能和作用 离子交换剂的交换反应 阳离子交换反应： Resin-SO3H + Na+ = Resin-SO3 Na + H+ Resin-SO3Na + H+ = Resin-SO3 H + Na+ 阴离子交换反应： Resin-N(CH3)+ 3OHˉ+ Clˉ = N(CH3) +3 Clˉ + OHˉ Resin-N(CH3) +3 Clˉ + OHˉ = N(CH3) +3 OHˉ + Clˉ ●阳离子交换剂只与阳离子交换，阴离子交换剂只与阴离子交换。 特殊作用的离子交 换剂 ● 螯合树脂：含有特殊的活性基团，可以有选择性地与某些金属离子进行交换。如：国产 #401型是属于氨羧基［－N（CH2COOH）2］ 离子交换树脂命名法中分类代号和骨架代号 离子交换的亲和力 3、离子交换树脂对离子的亲和力规律： 1.强酸性阳离子交换树脂对不同价的离子，电荷越高，亲和力越大。 Fe3+ Mg2+ Na+ 同电荷数离子水合离子半径小的亲和能力强 Ca2+ Mg2+ Be2+ K+ Na+ Li+ 2. 弱酸性阳离子交换树脂：H+的亲和力比其他阳离子大，而其他阳离子的亲和力顺序与强酸性阳离子交换树脂相似。 离子交换平衡 1、离子交换反应 例如，氢型阳离子交换树脂与溶液中一价阳离子 发生交换反应，即： 2、选择系数 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 2.装置 1、静态交换法： 工业上（间歇式工艺） ：交换罐。 实验室中： 烧杯。 离子交换应用实例 软水和无盐水的制备 抗生素的提取 蛋白质的纯化 离子交换法提取蛋白质 较无机离子的离子交换平衡复杂，其吸附行为与离子间的静电引力、氢键、疏水作用以及范德华力有关 蛋白质是生物大分子物质，因此，其扩散行为也较无机离子复杂 蛋白质离子交换分离的基本步骤 平衡 上样吸附 洗脱 再生 常用于蛋白质提取分离的离子交换剂 要求：良好的亲水性、具有较大的均匀网格结构、粒度越小分辨率越高 种类：多糖类 离子交换纤维素 交联葡聚糖 交联琼脂糖 聚乙烯醇类 Mono系列 Amersham Pharmacia 习题 书本P102-105 各类离子交换树脂的具体编号为： 001—099 强酸型阳离子交换树脂 100—199 弱酸型阳离子交换树脂 200—299 强碱型阴离子交换树脂 300—399 弱碱型阴离子交换树脂 400—499 螯合型离子交换树脂 500—599 两性型离子交换树脂 600—699 氧化还原型离子交换树脂 §5.3 离子交换分离法的基本原理 离子交换的亲和力 离子交换平衡 离子交换反应动力学 1、亲和力： 离子在离子交换树脂上的交换能力称为离子交换树脂对离子的亲和力。 是离子交换分离某些元素的主要依据。 2、影响亲和力大小的因素： 离子的体积越大，电荷越低，静电引力越小， 亲和力越小。 决定于水合离子的大小和电荷数的多少。 同价的离子，其水合离子半径大，亲和力小， 反之则大。 3. 强碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为： PO43- SO42- NO3- F-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO-＜Cl-＜NO2-＜CN-＜Br-＜CrO42-＜NO3-＜HSO4-＜I-＜CrO4-＜SO42-＜柠檬酸根 4. 弱碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为：F-＜Cl-＜Br- ＜I-=CH3COO-＜MoO42-＜PO43-＜AsO43-＜NO3-＜酒石酸根＜柠檬酸根＜CrO42-＜SO42-＜OH- R-H + M+ = R-M + H+ 如果在交换柱上交换，随着溶液下移，这种交换不断进行，直到溶液中的阳离子全部交换完毕为止。此时再向交换柱的顶端注入合适的洗提液时，则洗提液将树脂上己吸附的阳离子再交换到溶液中。 离子交换常数：交换系数 [R-A]、[R-B