分析化學(xué)：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(yīng)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(yīng)引入活性基團構(gòu)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(zhuǎn)型（再生）。陰離子交換樹脂的Cl型穩(wěn)定。離子交換反應(yīng)是一可逆反應(yīng)。離子交換樹脂使用后需要進(jìn)行再生處理。

2024/4/28離子交換樹脂2024/4/282.離子交換反應(yīng)

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(dá)到分離的方法。分配過程是一離子交換反應(yīng)過程。陽離子交換反應(yīng)：

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

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

陰離子交換反應(yīng)：

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(yīng)中可交換離子的數(shù)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(gòu)成離子交換分離柱，可用來分離干擾離子。當(dāng)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(yīng)是一可逆反應(yīng)，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(shù)

離子交換分離中的分配系數(shù)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(shù)KP為：

分配系數(shù)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(dāng)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(yīng)的平衡常數(shù)稱為離子交換的選擇性系數(shù)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(dāng)?shù)臉渲?。?）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(zhuǎn)型成所需的型式陽離子交換樹脂用HCl處理則轉(zhuǎn)為H+型，用NaOH處理則轉(zhuǎn)為Na+型；陰離子交換樹脂用HCl處理則轉(zhuǎn)為Cl-型，用NaOH或NH4OH處理則轉(zhuǎn)為OH-型。2024/4/282.裝柱

防止柱中出現(xiàn)氣泡和分層；裝填要均勻；柱內(nèi)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(fù)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(yīng)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(lián)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(dá)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