《离子交换分离》PPT课件.ppt

第4章 离子交换分离 Ion Exchange Separation,本章目的及要求： （1）了解离子交换分离法的原理及其应用领域； （2）掌握洗脱曲线和等温曲线的制作及应用； （3）了解离子交换平衡以及离子对树脂亲和性一般规律； （4）了解高效离子交换色谱技术。,重点和难点： 重点：（1）离子交换分离法的原理及其影响因素 （2）高效离子交换色谱技术 难点：离子交换动力学以及离子交换色谱理论,4.1 概述,离子交换分离法是目前最重要、应用最广的分离方法之一。,理 由： （1）制备分离、分析分离、微量富集、未知化合物组成或性质鉴定； （2）高效离子交换色谱的出现使传统的IES步入新阶段； （3）涉及领域广：在超钚元素的分离、稀土元素的分离分析、氨基酸、核酸的分离等方面，取得了前所未有的成就。涉及：核化学、放射化学、无机、生物、药物、环境等。,三种操作方法： （1）流洗展开法 （图4.1） （2）排代展开法 （图4.2） （3）前列法 （图4.3）,4.2 离子交换平衡,4.2.1 离子交换等温线,例如：A和B两种离子相交换，设B对树脂的亲和力大于A，则B的等温线如图4.4。 RMi第i种离子在树脂中的平衡浓度； N湿树脂体积交换容量(mmol/mL床体积） 因为：RMA + RMB = N cA + cB = c0 C0保持恒量，所以曲线B和A互为倒像。,交换平衡就是指离子交换达到热力学平衡。,4.2.2 离子交换平衡常数,最重要的是： 选择系数、分配系数与分配比、分离因数,（1）选择系数 Selectivity Coefficient,（2）分配系数与分配比,B对A的选择性系数：,（3）分离因数 Separation Factor,4.2.3 离子对树脂亲和性的一些规律,（1）树脂交联度越大，则选择性系数也越大 表4.1 某些离子在阳离子交换树脂上的选择系数,（2）在稀溶液中，树脂对离子的选择性随价态的增加而增加。 如：Th4+Ce3+Ca2+Na+,(3) 在稀溶液中，相同价态的选择性系数随水合离子半径的减小而增加： 一价离子： Tl+Ag+Cs+Rb+NH4+Na+Li+ 二价离子： Ba2+Pb2+Sr2+Ca2+Ni2+Cd2+ Cu2+Co2+Zn2+Mg2+UO22+,三价离子： La3+Ce3+Pr3+Eu3+Y3+Sc3+ Al3+,图4.6 离子大小及电荷对选择系数的影响,4.3 离子交换动力学, 液膜扩散 粒内扩散,4.4 离子交换色谱理论,（1） Martin 的平衡塔板理论 （2） Glueckauf 的速率塔板理论,平衡塔板理论的几点假设： （1）色谱柱是由许多“理论塔板”所组成。在每一级塔板中，当流动相流入下一个塔板前，样品组分在固定相和流动相之间的分配已达到热力学平衡； （2）任何时刻任意塔板内含有样品组分的量，必须小于淋洗液组分的量。 （3）分配系数在所有塔板上都是常数；淋洗液进入不是连续的，而是脉冲式的，其最小单位是塔板体积；所有组分开始时都在“0”级塔板上，而且轴向扩散可以忽略。 （具体理论推导供参考，不再介绍）,4.5 高效离子交换色谱技术 High Performance Ion Exchange Chromatograph,HPIEC是HPLC的一个主要分支。 1968年Scott将该技术用于分析人体尿液，能分辨出140多个峰，快速而准确地得到实验结果。 1976年Campbell D O和 Larsen N R 报道了该技术在强放射性裂变产物以及超钚元素分离中的应用。 20世纪70年代以来，仪器的研制和生产获得蓬勃发展，高压输液泵和单波长紫外检测器的出现，再加微机处理技术，是现代液相色谱技术面目焕然一新。,高效离子交换剂： 改进：1、大小； 2、结构,（1）小颗粒多孔离子交换树脂 常用：聚苯乙烯二乙烯苯树脂 粒径：几微米几十微米,（2）薄膜型离子交换剂 在粒径几十微米的玻璃球表面，经过聚合沉积一层约12m厚的离子交换膜，或经硅烷化处理，在表面直接接上离子交换基团，组成化学键合相离子交换剂。,（3）多孔表面离子交换剂 在惰性的硅质或玻璃微球上，不是直接沉积一层离子交换膜，而是沉积一层多孔微粒状的离子交换剂。,4.6 离子交换剂的应用,4.6.1稀土元素及贵金属的分离富集 4.6.2 水处理 4.6.3 湿法冶金 4.6.4 化学工业 氢气的净化；