13第十三章化学中的重要分离方法_1选读.ppt

* 离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中离子发生交换反应而使离子分离的方法。此方法分离效率高，适用于分离所有的无机离子和许多有机物。 §13-3 离子交换分离法 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * 一、离子交换剂 1.离子交换剂的种类 离子交换剂主要分为无机离子交换剂和有机离子交换剂两大类。目前应用较多的是有机离子交换剂，它是一类高分子聚合物，故又称离子交换树脂。 离子交换树脂具有网状结构，这种结构不仅机械强度好，而且对水、酸、碱、有机溶剂等都有较好的稳定性。在网状结构的骨架上连着一些活性基团，这些活性基团上的H+、OH-可以与溶液中的阳离子或阴离子发生交换反应。 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * 按照活性基团的性质，离子交换树脂可以分为如下几种： （1）阳离子交换树脂 这类树脂的活性交换基团是酸性基团，它的H+ 可被阳离子所交换。根据活性基团酸性的强弱，可分为强酸型、弱酸型两类。强酸型树脂含有磺酸基（—SO3H），弱酸型树脂含有羧基（—COOH）或酚羟基（—OH）。强酸型树脂在酸性、中性或碱性溶液中都能使用，交换反应速率快，应用较广。弱酸型树脂对H+ 亲和力大，羧基在pH4、酚羟基在pH9.5时才有交换能力。 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * （2）阴离子交换树脂 这类树脂的活性交换基团是碱性基团，它的阴离子可被溶质中的其他阴离子所交换。根据基团碱性的强弱，又分为强碱型和弱碱型两类。强碱型树脂含有季铵基团[－N+(CH3)3]，弱碱型树脂含有伯胺基团(－NH2)、仲胺基团 [－NH(CH3)]或叔胺基团[－N(CH3)2]。 强碱型树脂应用较广，它在酸性、中性或碱性溶液中都能使用，对于强、弱酸根离子都能交换。弱碱型树脂对OH-亲和力大，它的交换能力受溶液酸度的影响较大，在碱性溶液中就失去交换能力，应用较少。 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * （3）螯合树脂 这类树脂中引入有高度选择性的特殊活性基团，可与某些金属离子形成螯合物，在交换过程中能选择性地交换某种金属离子。 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * 2.离子交换树脂的结构 离子交换树脂大多具有网状结构，网眼的大小用交联度表示。一般树脂的交联度在4%～14%。 离子交换树脂的网状结构中，有许多活性基团。活性基团的数目决定离子交换容量，交换容量用每克树脂交换的离子的物质的量表示，单位是mmol·g-1。酸性离子交换树脂和碱性离子交换树脂的交换容量可用酸碱滴定的方法测定。 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * 二、离子交换的基本原理 离子交换反应是化学反应，它是离子交换树脂本身的离子和溶液中的同号离子作等物质的量的交换。如果把含阳离子B+ 的溶液和离子交换树脂R-A+ 混合，则它们之间的反应可表示如下： R-A++ B+ ? R- B+ + A+ 式中[A+]有、[B+]有及[A+]水，[B+]水分别为A+、B+在有机相（树脂相）及水相中的平衡浓度。K称为树脂对离子的选择系数。 达到平衡时 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * K值反映了一定条件下离子在树脂上的交换能力，其大小表示树脂对B+ 吸附能力的强弱，或者称树脂对离子的亲和力。 树脂对离子的亲和力，与离子的水合半径、电荷及极化程度有关。水合离子半径越小，电荷越高，极化程度越大，它的亲和力越大。 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * 常温下，在离子浓度不大的水溶液中，树脂对不同离子的亲和力顺序如下： 1.强酸性阳离子交换树脂 不同价的离子：Na+Ca2+Al3+Th4+ 一价阳离子：Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+ 二价阳离子：Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+ Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+ 2.强碱性阴离子交换树脂： F-OH-Ac-HCOO-H2PO4-Cl-NO2-CN-Br-C2O42-NO3-HSO4-I-CrO42-SO42-柠檬酸根离子。 以上所述仅是一般规律。 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * 由于树脂对离子亲和力的强弱不同，进行离子交换时，就有一定的选择性。若溶液中各离子的浓度相同，则亲和力大的离子先被交换，亲和力小的后被交换。若选用适当的洗脱剂洗脱时，则后被交换的离子先被洗脱下来，从而使各种离子彼此分离。 第十三章 分析化学中的重要分离方法 * 三、离子交换分离操作 1.树脂的选择与处理 根据分离对象的要求选择类型和粒度合适的树脂，然后用水浸泡，再用稀HCl浸泡及洗涤，直