吸附与离子交换分离PPT学习教案

1、会计学1 吸附与离子交换分离吸附与离子交换分离 1)分批操作法 2) 吸附剂片过滤吸附法 3) 柱式法 静态操作法 动态操作法 第1页/共61页 试液中待测低含量组分在适 当的容器里不断被外加的固定 相所吸附(或交换)。为了能尽 快地达到吸附平衡，可将溶液 进行机械搅拌、振荡或超声波 处理。然后用倾斜法或过滤法 将固定相与溶液分离。 第2页/共61页 样品液 分离柱 让待分离的混合物连续地通 过分离柱，开始各组分被留在 柱上，待饱和后就流出分离柱 。开始出现的是亲和力最小的 ，各得到一部分纯物质。然后 各组分依亲和力逐步增加的顺 序出现，最终各组分的浓度与 样品中相同。 迎头法可用于那些分离场

2、合 ？ 第3页/共61页 C = 0 交界层 C = C0 0 1.0 C/C0 L 第4页/共61页 l 迎头分析：测定吸附剂的吸附特性 等物化研究。 l 净化分离：如气体净化、去离子水 制备等；在分析上可用来吸附基体成 分或痕量待测组分。 影响柱分析容量的因素： 填料的特性：交换容量、比表面大小 装填情况： 操作条件：流速 第5页/共61页 混合样加样顶替剂分离结果 将混合物样品加到分离柱后，然后用亲和力大的顶替剂流过分离柱，试样中的各组分按亲和力由小到大顺序依次被顶替出分离柱。 第6页/共61页 洗脱法 顶替法 迎头法 色谱带 与 色谱图 第7页/共61页 3）洗脱法（elution m

3、ethod） 最常见的色谱方法（后续课程详细介绍) 洗脱法与迎头法和顶替法的差异？ 迎头法迎头法顶替法顶替法洗脱法洗脱法 样品液样品液大量、连续大量、连续适量适量极少量极少量 “流动相流动相”样品液样品液顶替剂顶替剂流动相流动相 分离结果分离结果纯溶剂纯溶剂一个纯组分一个纯组分n n个纯组分个纯组分 第8页/共61页 活性炭和分子筛 巯基棉纤维和泡沫塑料 大孔性吸附树脂 硅胶、氧化铝等吸附剂 纳米材料 壳聚糖 磁微球等 第9页/共61页 活性炭是常用的吸附剂，表面积约100 1000 m2 /g ，粒度Au（）-Se（）Te（） As（）Hg（）-Ag（）Sb（）Bi（ ）Sn（）CH3HgI

4、n（）-Pb（）Cd（ ）Zn（） 巯基棉对碱金属、碱土金属无亲和性；而对亲硫 元素吸附性能好。各种亲硫的金属成分可与较高浓 度的K、Na、Mg2、Ca2、Sr2、Fe3、Mn2、 Cr3分离。 第15页/共61页 水、粮食和土壤中W的测定 微分脉冲极谱催化波法，Mo有干扰。控制pH2-7 试液流过巯基棉，W被定量吸附，用6 N HNO3洗脱 后测定。 化学发光测定水、血液和矿石中Co Hg（）、Bi（）、 Pb（）、 Cu（） 干扰Co的化学发光测定。在pH4条件下，让试液流 过巯基棉，干扰离子被吸附，流出液可直接测定 。 第16页/共61页 泡沫塑料广泛用于各种介质中痕量无机及 有机化合物

5、的富集分离，即它们可在稀溶液 中选择吸附多种有机和无机化合物，如油、 苯、三氯甲烷、苯酚以及I2、Hg（）、Au （）、Fe（）、Sb（）、Tl（）、 Re（）、Mo（）、U（）等。 第17页/共61页 聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料对Au、Tl的吸附 聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料由于含有聚醚氧结构，适 宜于接受1，2价络阴离子，它的吸附类似于阴离子交 换树脂的行为，有较好的选择性。等以离子形式存在 时，几乎不被泡塑吸附，只有以（MeX4）-型络离子时 ，泡塑吸附才有可能。 环境样品中有机污染物的富集 聚氨酯类泡沫可用于富集痕量有机污染物，如空气 中PAHs，或水中的PAHs、有机杀虫剂和苯酚等。 第18页

6、/共61页 大孔性树脂的特性 大孔吸附树脂是一种不含交换基团的, 具有大孔结构的高分子吸附剂。这是一种新型的介于离子交换树脂和活性炭之间的优良吸附剂。通常大孔性树脂是聚苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，它们具有多孔性的巨大网状结构。 第19页/共61页 大孔吸附树脂具有吸附容量大、选择性好 、易于解吸、机械强度高、再生处理简便、 吸附速度快等优点, 特别适用于从水溶液中 分离低极性或非极性化合物。 第20页/共61页 XAD-2对PAHs、烷基苯、农药和除莠剂的富集 GDX-101对污水中吡啶碱硝基物苯胺类等微量有机化合物吸附效果很好，再用CS2萃取洗脱进行GC-FID分析可满足排放污水监测要求。 氨

7、基糖甙样品脱盐：将碱性水溶液的氨基糖甙，通过大孔吸附树脂，氨基糖甙能形成集中的吸附带，而盐溶液则快速通过树脂柱，去盐后可用(10 - 20) %的含水醇或丙酮洗脱吸附物。 冬虫夏草有效成分的吸附分离：H-103吸附树脂对核苷类化合物和芳香性氨基酸而与糖类和非芳香性氨基酸分离 第21页/共61页 分析科学学报，2000，16（4）：300 “纳米二氧化钛分离富集和 ICP-AES测定水样中Cr()/Cr()” 纳米材料是近年来受到广泛重视的新兴材料，纳米 粒子的粒径在1-100nm之间，属于原子簇与宏观物体交 界的过渡状态，它既非典型的微观体系，又非典型的 宏观体系，具有一系列新异的物理化学特性

8、，具备一 些优于传统材料的特殊性能。其中一点是随着粒径的 减少，表面原子数迅速增大，表面积、表面能和表面 结合能都迅速增大，表面原子周围缺少相邻的原子， 具有不饱和性，易于其它原子相结合而稳定下来，因 而具有很大的化学活性。 第22页/共61页 研究表明，纳米材料对许多过渡金属离子具有很强 的吸附能力，且具有较高的选择性，是痕量元素分 析较为理想的分离富集材料。 在pH6.5条件下，纳米二氧化钛对溶液中的Cr() 选择性吸附，通过ICP-AES测定对水样Cr进行形态分 析。 二氧化钛为两性化合物，在中性或弱碱性条件下 带负电，它可以选择性地吸附Cr3+，而Cr() 以酸 根离子存在不被吸附。

9、问题：富勒烯可以作为分离富集材料吗？ 第23页/共61页 O O OH CH2OH NHCOCH3 n O O OH CH2OH NH2 n Chitin Chitosan 脱乙酰化 1、衍生 2、配位 壳聚糖中的-NH2基非常活泼，可直接与金属离子发生螯合，同时-OH基也具有活性功能，也可以与金属离子发生作用 。 第24页/共61页 甲壳素（）是一种线性氨基多糖，广 泛存在于节足动物类（蜘蛛类、甲壳类）的翅膀或 外壳中。甲壳素的化学名为（，） 乙酰氨基脱氧葡聚糖，也称为聚（ 乙酰基葡糖胺）。由于型 及型氨键的作用，使甲壳素大分子 间存在有序结构。 壳聚糖（简称）是由甲壳 素经脱乙酰化反应转化

10、变成的分子量为 万的生物大分子。壳聚糖的化学名为聚（，） 氨基脱氧葡聚糖。其分子 链中因脱乙酰基不完全通常含有乙酰氨基葡萄 糖和氨基葡萄糖两种结构单元。 第25页/共61页 由于甲壳素、壳聚糖及其衍生物具有吸附、离子交换和潜在分子手性等特性，它们在分析测试中的具有一定的应用，包括复杂样品的分离富集、新型分离材料、膜分离以及手性拆分等。 （1）在光度分析中的应用 一般认为，壳聚糖能通过分子中的氨基，羟基与金属离子Hg2+，Ni2+，Pb2+，Cd2+，Cr3+，Mg2+，Zn2+，Cu2+，Fe3+都可形成稳定的螯合物。在分析测试中也可以用于复杂样品中痕量金属元素的分离富集。 （2）在电分析中的

11、应用 甲壳素、壳聚糖在电分析方面的应用主要在修饰电极和传感器两个方面。 第26页/共61页 （3）色谱与电泳 组成壳聚糖的每个氨基葡糖含有一个伯胺基和两个 羟基，因此，在色谱分离过程中，分析物与壳聚糖固 定相之间可能存在三种不同的相互作用：氨基质子化 引起的阴离子交换作用，羟基的吸附作用以及其它疏 水作用。哪一个因素起主要作用取决于流动相的性质 。在色谱和电泳分析方面的主要应用有亲合色谱、毛 细管电泳添加剂和手性色谱固定相等方面。 第27页/共61页 从70 年代起，甲壳素和壳聚糖作为一类有效的分离介质，陆续在分析化学杂志上有些报道。 甲壳素、壳聚糖及其衍生物具有吸附、离子交换和潜在分子手性等

12、特性，它们在分析测试中的具有一定的应用，包括复杂样品的分离富集、新型分离材料、膜分离以及手性拆分等。 如甲壳素、壳聚糖分子具有大量活性的-OH和-NH2，它们对重金属离子具有较强的选择性吸附，且吸附和解吸速度快，同时还具有性质稳定，来源丰富，制备简单，可重复使用等优点。因此作为一种新型的金属阳离子吸附剂，它们已受到人们的关注。人们对甲壳素、壳聚糖的吸附机理进行了研究。一般认为，壳聚糖能通过分子中的氨基，羟基与金属离子Hg2+，Ni2+，Pb2+，Cd2+，Cr3+，Mg2+，Zn2+，Cu2+，Fe3+都可形成稳定的螯合物。 第28页/共61页 甲壳素、壳聚糖的对重金属良好的吸附性质，除了在分

13、析测试中也可以用于复杂样品中痕量金属元素的分离富集，在环境保护中的废水处理有广泛的应用。 壳聚糖富集分光光度法测定水中痕量镍。壳聚糖在pH约为6.5，富集速度为3-4ml/min下，用H2SO4(1ml/min)洗脱，利用丁二酮肟分光光度法测定镍()。脱乙酰度为54.5%为最佳。 此外，甲壳素/壳聚糖也可以用于有机物的吸附分离。例如壳聚糖对酸性染料的吸附作用，被认为壳聚糖对酸性染料分子表现出的较强的吸附能力，主要是其分子链中的游离氨基与酸性染料分子中磺酸根负离子键合作用的结果。 第29页/共61页 磁分离技术利用外加磁场作用使具有磁性物质分离： 燃煤脱硫 大气除（磁性）粉尘 （磁性）废水处理

14、磁微球是以金属或金属氧化物为核，外面包被带有活 性基团物质的一种新型生物分离材料。微球通过其活 性基团与化学、生化和生物物质连接后，利用其顺磁 性外加一定磁场实现与介质的分离。 磁核：Fe3O4 表面活性基团：-OH、-COOH、 -NH2、-CONH2 第30页/共61页 对离子与非离子物质，离子化合物之间的 分离，离子交换法是最重要的手段之一。离 子交换法分离效率高，分离容量大，但分离 周期长，在分析测试中，通常用于解决较困 难的分离问题。 树脂离子交换分离 离子交换纤维素和离子交换葡聚糖 第31页/共61页 离子交换树脂与含离子的溶液接触时，交换基 团上的A+进入溶液，而溶液中的Bn+被

15、树脂“吸附 ”，即“化学吸着”： 交换柱的排列 交换柱的再生 去离子水的制备： RBCARACB MRSO HRSO MH 33 HXRN CHOHRN CHXH O ()() 33332 ？ 第32页/共61页 如果让离子交换树脂与溶液离子的交换达到平衡： RBARAB 选择性系数： mnnm mnnm A,B BA BA K 外外相相树树脂脂 树树脂脂外外相相 对于强酸型阳离子交换树脂，当与金属离子M+接触时: RSO HMRSO MH 33 KH M 选择性系数值的大小表示树脂对金属离子M+的亲和力的大小，它与树脂的类型、离子的性质以及溶液的组成有关。 第33页/共61页 为什么金属离子

16、(Na+、K+等)可以吸 附在H-型强酸型阳离子交换柱上，而后 又可以用HCl来再生强酸型阳离子交换 柱? 亲和力大小不仅与离子性质有关，而且与其 浓度有关。前者根据一价金属离子的亲和力顺 序不难理解，而后者是采用高浓度HCl来再生 强酸型阳离子交换柱。 第34页/共61页 实验表明，在常温下，当离子浓度不大时，强酸型 阳离子交换树脂树脂亲和力大小有如下一些规律。 金属离子的价数增大，亲和力增大。如 Na+ Ca2+ Al3+ Th4+ 离子价数相同时，亲和力大小随着水合离子半径的 减少而增大。如 1价离子：Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Rb+ Cs+ Tl+ Ag+； 2价离子：Mg

17、2+ Zn2+ Co2+ Cu2+ Cd2+ Ni2+ Ca2+ Sr2+ Pb2+ Pb Fe3 Al Cr3 Ni Zn Ag Co Cd Fe3 Mn2 Ba Ca Ni K。 例如，用Dowex A-1树脂可从浓碳酸溶液和盐水中 分出少量的碱土金属及其它二价过渡金属离子如Cu2 、Zn2等；用Chelex-100型螯合树脂可从海水中富集 ppb级的Cu2、Pb2、Cd2等离子。 第53页/共61页 高选择性：螯合树脂的最大特点在于它的选择性。这主要是树脂中引入具有一定选择性的分析功能团。由于引入到树脂的网状结构中的螯合基团的旋转自由度大为降低，因此它形成螯合物的能力相对减弱，选择性可望

18、进一步提高。在某些场合下，离子交换树脂可能进一步提高分析功能团的选择性。 稳定性：正如普通的离子交换树脂一样，螯合树脂具有较高的稳定性。 交换速度：螯合树脂与金属离子的交换过程较为缓慢，这不仅与树脂交联度/孔径有关，而且与树脂母体的特性有关。使用亲水性交换剂，或使用纤维状吸附剂，可能大幅度提高吸附速度。 第54页/共61页 使用优点：操作容易；可重复使用；无需特殊试剂等。在从大量共存离子中选择性地分离富集待测离子，以及在去除重金属等环境污染物有广泛的应用。 1) 海水中的痕量元素：NH4型的Chelex-100螯合树脂，50 -100目，12柱。PH 7.5-8试液， 5ml / min流速过柱。 Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、U、Zn等20多种金属离子富集在柱上。然后用2.5 mol / L HNO3洗脱，可用多种方法测定。 2) 环境中重金属污染物的分离和贵金属资源的回收： 巯基树脂可吸附环境水中的各种无机汞和有机汞，如Hg2、CH3Hg2等， 用浓HCl洗脱后，然 后用冷原子吸收法在F-732测汞仪分析，灵敏度达0.1 ppb 。 3) FIA-螯合树脂柱浓缩-光度测定 第55页/共61页 氧化还原树脂（电子交换树脂）：如氢 醌类树脂，用于氧化还原反应而又不引入 杂质 两性树脂：同时含有阳离子和阴离子交