分析化學：9.3 離子交換分離法

2024/4/28第九章

分析測定中常用的分離方法9.3.1離子交換樹脂及交換作用原理9.3.2離子交換分離操作程序9.3.3離子交換分離法的應用

第三節(jié)

離子交換分離法2024/4/289.3.1

離子交換樹脂及交換作用原理1.離子交換樹脂離子交換樹脂是以高分子聚合物為骨架，反應引入活性基團構成。高分子聚合物以苯乙烯-二乙烯苯共聚物小球常見，可引入各種特性的活性基團，使之具有選擇性。

Resin-SO3H（氫型）樹脂的酸性最強，其Resin-SO3Na（鈉型）比氫型穩(wěn)定，商品常為鈉型，使用前用酸淋洗轉型（再生）。陰離子交換樹脂的Cl型穩(wěn)定。離子交換反應是一可逆反應。離子交換樹脂使用后需要進行再生處理。

2024/4/28離子交換樹脂2024/4/282.離子交換反應

離子交換分離法是通過試樣離子在離子交換劑（固相）和淋洗液（液相）之間的分配（離子交換）而達到分離的方法。分配過程是一離子交換反應過程。陽離子交換反應：

Resin-SO3H+Na+=Resin-SO3Na+H+

Resin-SO3Na+H+=Resin-SO3H+Na+

陰離子交換反應：

Resin-N(CH3)3OH+Cl-=N(CH3)3Cl

+OH+

Resin-N(CH3)3Cl+OH-=N(CH3)3OH

+Cl

-

2024/4/283.離子交換容量

離子交換樹脂在交換反應中可交換離子的數目用交換容量表示，單位mmol/g干樹脂。將離子交換樹脂裝入玻璃柱即構成離子交換分離柱，可用來分離干擾離子。當淋洗液為中性水溶液時，干擾離子保留在柱中。離子交換反應是一可逆反應，被交換離子隨淋洗液pH不同而在分離柱中移動，由于不同離子與離子交換樹脂之間的作用力不同，流出分離柱的時間不同而被分離。一般使用的離子交換樹脂的粒度為50-100目。2024/4/284.

離子交換親和力與選擇性系數

離子交換分離中的分配系數是組分離子在樹脂上的濃度與在溶液中的濃度比，對陽離子Mn+，分配系數KP為：

分配系數KP反映了離子與樹脂的親和力大小。不同離子對樹脂的親和力大小具有如下規(guī)律：(1)稀溶液中，離子電荷越大，親和力越大；(2)相同電荷時，水合半徑越小，親和力越大；2024/4/28

(3)多元素陰離子親和力的順序為：

SO42->C2O42->I->NO3->CrO42->Br->SCN->Cl->Ac->F-(4)H+對強酸性離子交換樹脂的親和力在Na+與Li+之間，離子交換樹脂的酸性越弱，H+與其親和力越大；

(5)OH-對強堿性離子交換樹脂的親和力在Ac-與F-之間，離子交換樹脂的堿性越弱，OH-與其親和力越大；當溶液中有多種離子可與樹脂發(fā)生交換時：

R-A+B+=R-B+A+

此反應的平衡常數稱為離子交換的選擇性系數KB/A。2024/4/289.3.2離子交換分離操作程序

1.樹脂處理（1）選擇適當的樹脂。（2）使用前要用水浸透使之充分吸水膨脹，（3）用酸堿處理。（4）樹脂轉型成所需的型式陽離子交換樹脂用HCl處理則轉為H+型，用NaOH處理則轉為Na+型；陰離子交換樹脂用HCl處理則轉為Cl-型，用NaOH或NH4OH處理則轉為OH-型。2024/4/282.裝柱

防止柱中出現氣泡和分層；裝填要均勻；柱內要始終保持液面高于樹脂層幾厘米；裝柱時樹脂要與水混合傾入，使樹脂自然沉積在下面，裝柱操作盡可能均勻連續(xù)。2024/4/283.柱上操作(1)交換：試液的濃度一般為0.03~0.05mol·L-1，不能超過0.1mmol·L-1。(2)洗滌：洗去留在交換柱上的不發(fā)生交換作用的離子。洗滌液一般為純水或稀酸（0.01mol·L-1HCl）。(3)洗脫(再生)：將被交換分離的離子從樹脂上洗脫下來,同時使樹脂恢復再生能力。對洗脫液的要求是：陽離子交換樹脂常用HCl(3~4mol·L-1)作洗脫液；陰離子交換樹脂常用NaOH或NaCl作為洗脫液。為了提高分離的分辨率，可采用不斷改變洗脫溶劑組成的梯度洗脫法。2024/4/289.3.3離子交換分離法的應用

1.去離子水的制備實驗室用去離子水及鍋爐用水的軟化。采用串聯的陽離子交換柱和陰離子交換柱。2.干擾組分的分離

如測定礦石中的鈾時，為了除去其他金屬離子的干擾，將礦石溶解后處理成0.1mol/L的硫酸溶液，U(VI)形成[UO2(SO4)2]2-或[UO2(SO4)3]4-

，在通過強堿性離子交換樹脂時，被留在樹脂上，金屬離子則流出。之后，將其破壞成為UO2+形式洗脫，回收率可達98%3.痕量組分的富集天然礦石中痕量釷的富集：釷在鹽酸溶液中難以形成穩(wěn)定的配位離子，被保留；共存的稀土則形成穩(wěn)定的配位離子，被洗