離子交換分離課件

1、離子交換分離PPT課件第第4 4章章 離子交換分離離子交換分離Ion Exchange SeparationIon Exchange Separation離子交換分離PPT課件本章目的及要求：本章目的及要求：（1 1）了解離子交換分離法的原理及其應(yīng)用領(lǐng)域；）了解離子交換分離法的原理及其應(yīng)用領(lǐng)域；（2 2）掌握洗脫曲線和等溫曲線的制作及應(yīng)用；）掌握洗脫曲線和等溫曲線的制作及應(yīng)用；（3 3）了解離子交換平衡以及離子對(duì)樹(shù)脂親和性一般規(guī)律；）了解離子交換平衡以及離子對(duì)樹(shù)脂親和性一般規(guī)律；（4 4）了解高效離子交換色譜技術(shù)。）了解高效離子交換色譜技術(shù)。重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：重點(diǎn)：（1）離子交換分

2、離法的原理及其影響因素）離子交換分離法的原理及其影響因素 （2）高效離子交換色譜技術(shù)）高效離子交換色譜技術(shù)難點(diǎn)：難點(diǎn)：離子交換動(dòng)力學(xué)以及離子交換色譜理論離子交換動(dòng)力學(xué)以及離子交換色譜理論離子交換分離PPT課件4.1 4.1 概述概述離子交換分離法是目前最重要、應(yīng)用最廣的分離方法之一。離子交換分離法是目前最重要、應(yīng)用最廣的分離方法之一。理理 由：由：（1）制備分離、分析分離、微量富集、未知化合物組成或）制備分離、分析分離、微量富集、未知化合物組成或性質(zhì)鑒定；性質(zhì)鑒定；（2）高效離子交換色譜的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的）高效離子交換色譜的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的IES步入新階段；步入新階段；（3）涉及領(lǐng)域廣：在超钚元素的分

3、離、稀土元素的分離分）涉及領(lǐng)域廣：在超钚元素的分離、稀土元素的分離分析、氨基酸、核酸的分離等方面，取得了前所未有的成就。析、氨基酸、核酸的分離等方面，取得了前所未有的成就。涉及：核化學(xué)、放射化學(xué)、無(wú)機(jī)、生物、藥物、環(huán)境等。涉及：核化學(xué)、放射化學(xué)、無(wú)機(jī)、生物、藥物、環(huán)境等。離子交換分離PPT課件三種操作方法：三種操作方法：（1）流洗展開(kāi)法）流洗展開(kāi)法 （圖（圖4.1）（2）排代展開(kāi)法）排代展開(kāi)法 （圖（圖4.2）（3）前列法）前列法 （圖（圖4.3）BC離子交換分離PPT課件4.2 4.2 離子交換平衡離子交換平衡4.2.1 4.2.1 離子交換等溫線離子交換等溫線例如：例如：A和和B兩種離子相

4、交換，設(shè)兩種離子相交換，設(shè)B對(duì)樹(shù)脂的親和力大于對(duì)樹(shù)脂的親和力大于A，則，則B的的等溫線如圖等溫線如圖4.4。RMi第第i種離子在樹(shù)脂中的平衡種離子在樹(shù)脂中的平衡濃度；濃度；N濕樹(shù)脂體積交換容量濕樹(shù)脂體積交換容量(mmol/mL床體積）床體積）因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篟MA + RMB = N cA + cB = c0C C0 0保持恒量，所以曲線保持恒量，所以曲線B B和和A A互為倒像?；榈瓜?。交換平衡就是指離子交換達(dá)到熱力學(xué)平衡。交換平衡就是指離子交換達(dá)到熱力學(xué)平衡。離子交換分離PPT課件4.2.2 4.2.2 離子交換平衡常數(shù)離子交換平衡常數(shù)最重要的是：最重要的是：選擇系數(shù)、分配系數(shù)與分配比、分離

5、因數(shù)選擇系數(shù)、分配系數(shù)與分配比、分離因數(shù)（1 1）選擇系數(shù)）選擇系數(shù) Selectivity CoefficientSelectivity Coefficient （2 2）分配系數(shù)與分配比）分配系數(shù)與分配比BABABBAAZZZZZZZZBAABAB/AA/BB KiiiiiiRMcKcc分分配配比比：分分配配系系數(shù)數(shù)： B B對(duì)對(duì)A A的選擇性系數(shù)：的選擇性系數(shù)：離子交換分離PPT課件（3 3）分離因數(shù)）分離因數(shù) Separation FactorSeparation Factor)1( )1(RM )1(RM 0ii0iiii0iiii KccccK 的關(guān)系：的關(guān)系：與與BAABABAB

6、BA)()(cccccccc 離子交換分離PPT課件4.2.3 4.2.3 離子對(duì)樹(shù)脂親和性的一些規(guī)律離子對(duì)樹(shù)脂親和性的一些規(guī)律（1 1）樹(shù)脂交聯(lián)度越大，則選擇性系數(shù)也越大）樹(shù)脂交聯(lián)度越大，則選擇性系數(shù)也越大表表4.1 4.1 某些離子在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上的選擇系數(shù)某些離子在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上的選擇系數(shù)（2 2）在稀溶液中，樹(shù)脂對(duì)離子的選擇性隨價(jià)態(tài)的增）在稀溶液中，樹(shù)脂對(duì)離子的選擇性隨價(jià)態(tài)的增加而增加。加而增加。如：如：ThTh4+4+CeCe3+3+CaCa2+2+NaNa+ +(3) (3) 在稀溶液中，相同價(jià)態(tài)的選擇性系數(shù)隨水合離子半徑的在稀溶液中，相同價(jià)態(tài)的選擇性系數(shù)隨水合離子半徑的減小而

7、增加：減小而增加：一價(jià)離子：一價(jià)離子： TlTl+ +AgAg+ +CsCs+ +RbRb+ +NHNH4 4+ +NaNa+ +LiLi+ +二價(jià)離子：二價(jià)離子： BaBa2+2+PbPb2+2+SrSr2+2+CaCa2+2+NiNi2+2+CdCd2+ 2+ CuCu2+2+CoCo2+2+ZnZn2+2+MgMg2+2+UOUO2 22+2+離子交換分離PPT課件三價(jià)離子：三價(jià)離子： La3+Ce3+Pr3+Eu3+Y3+Sc3+ Al3+圖圖4.6 4.6 離子大小及電荷對(duì)選擇系數(shù)的影響離子大小及電荷對(duì)選擇系數(shù)的影響離子交換分離PPT課件4.3 4.3 離子交換動(dòng)力學(xué)離子交換動(dòng)力學(xué)擴(kuò)

8、散擴(kuò)散溶液本體溶液本體樹(shù)脂表面樹(shù)脂表面靜止液膜靜止液膜 液膜擴(kuò)散液膜擴(kuò)散 粒內(nèi)擴(kuò)散粒內(nèi)擴(kuò)散離子交換分離PPT課件4.4 4.4 離子交換色譜理論離子交換色譜理論（1 1） Martin Martin 的平衡塔板理論的平衡塔板理論（2 2） Glueckauf Glueckauf 的速率塔板理論的速率塔板理論平衡塔板理論的幾點(diǎn)假設(shè)：平衡塔板理論的幾點(diǎn)假設(shè)：（1 1）色譜柱是由許多）色譜柱是由許多“理論塔板理論塔板”所組成。在每一級(jí)塔板所組成。在每一級(jí)塔板中，當(dāng)流動(dòng)相流入下一個(gè)塔板前，樣品組分在固定相和流中，當(dāng)流動(dòng)相流入下一個(gè)塔板前，樣品組分在固定相和流動(dòng)相之間的分配已達(dá)到熱力學(xué)平衡；動(dòng)相之間的分

9、配已達(dá)到熱力學(xué)平衡；（2 2）任何時(shí)刻任意塔板內(nèi)含有樣品組分的量，必須小于淋）任何時(shí)刻任意塔板內(nèi)含有樣品組分的量，必須小于淋洗液組分的量。洗液組分的量。（3 3）分配系數(shù)在所有塔板上都是常數(shù)；淋洗液進(jìn)入不是連）分配系數(shù)在所有塔板上都是常數(shù)；淋洗液進(jìn)入不是連續(xù)的，而是脈沖式的，其最小單位是塔板體積；所有組分續(xù)的，而是脈沖式的，其最小單位是塔板體積；所有組分開(kāi)始時(shí)都在開(kāi)始時(shí)都在“0”0”級(jí)塔板上，而且軸向擴(kuò)散可以忽略。級(jí)塔板上，而且軸向擴(kuò)散可以忽略。（具體理論推導(dǎo)供參考，不再介紹）（具體理論推導(dǎo)供參考，不再介紹）離子交換分離PPT課件4.5 4.5 高效離子交換色譜技術(shù)高效離子交換色譜技術(shù)High

10、 Performance Ion Exchange ChromatographHPIECHPIEC是是HPLCHPLC的一個(gè)主要分支。的一個(gè)主要分支。19681968年年ScottScott將該技術(shù)用于分析人體尿液，能分辨出將該技術(shù)用于分析人體尿液，能分辨出140140多多個(gè)峰，快速而準(zhǔn)確地得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。個(gè)峰，快速而準(zhǔn)確地得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。19761976年年Campbell D OCampbell D O和和 Larsen N R Larsen N R 報(bào)道了該技術(shù)在強(qiáng)放報(bào)道了該技術(shù)在強(qiáng)放射性裂變產(chǎn)物以及超钚元素分離中的應(yīng)用。射性裂變產(chǎn)物以及超钚元素分離中的應(yīng)用。2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代以來(lái)

11、，儀器的研制和生產(chǎn)獲得蓬勃發(fā)展，高年代以來(lái)，儀器的研制和生產(chǎn)獲得蓬勃發(fā)展，高壓輸液泵和單波長(zhǎng)紫外檢測(cè)器的出現(xiàn)，再加微機(jī)處理技術(shù)，壓輸液泵和單波長(zhǎng)紫外檢測(cè)器的出現(xiàn)，再加微機(jī)處理技術(shù)，是現(xiàn)代液相色譜技術(shù)面目煥然一新。是現(xiàn)代液相色譜技術(shù)面目煥然一新。離子交換分離PPT課件樣品樣品固定相固定相自動(dòng)進(jìn)樣裝置自動(dòng)進(jìn)樣裝置溫度控制器溫度控制器梯度控制單元梯度控制單元溫度控制器溫度控制器數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)積分儀積分儀餾分收集器餾分收集器溶劑貯存器溶劑貯存器檢測(cè)器檢測(cè)器流動(dòng)相流動(dòng)相記錄儀記錄儀色譜柱色譜柱進(jìn)樣器進(jìn)樣器泵泵HPLCHPLC裝置方框圖裝置方框圖離子交換分離PPT課件高效離子交換劑：高效離子交換劑： 改

12、進(jìn)：改進(jìn)：1 1、大??；、大??； 2 2、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)（1 1）小顆粒多孔離子交換樹(shù)脂）小顆粒多孔離子交換樹(shù)脂常用：聚苯乙烯二乙烯苯樹(shù)脂常用：聚苯乙烯二乙烯苯樹(shù)脂粒徑：幾微米幾十微米粒徑：幾微米幾十微米（2 2）薄膜型離子交換劑）薄膜型離子交換劑在粒徑幾十微米的玻璃球表面，經(jīng)過(guò)聚合沉積一層約在粒徑幾十微米的玻璃球表面，經(jīng)過(guò)聚合沉積一層約1 12m2m厚的離子交換膜，或經(jīng)硅烷化處理，在表面直接接上厚的離子交換膜，或經(jīng)硅烷化處理，在表面直接接上離子交換基團(tuán)，組成化學(xué)鍵合相離子交換劑。離子交換基團(tuán)，組成化學(xué)鍵合相離子交換劑。（3 3）多孔表面離子交換劑）多孔表面離子交換劑在惰性的硅質(zhì)或玻璃微球上，不是直接沉積一層離子交換在惰性的硅質(zhì)或玻璃微球上，不是直接沉積一層離子交換膜，而是沉積一層多孔微粒狀的離子交換劑。膜，而是沉積一層多孔微粒狀的離子交換劑。離子交換分離PPT課件4.6 4.6 離子交換劑的應(yīng)用離子交換劑的應(yīng)用4.6.14.6.1稀土元素及貴金屬的分離富集稀土元素及貴金屬的分離富集4.6.2 4.6.2 水處理水處理4.6.3 4.6.3 濕法冶金濕法冶金4.6.