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1、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
2、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=c0C0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
3、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
4、+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
5、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。
6、,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,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；工业盐酸的提纯；从卤水及气田水中提 取硼酸；石油化工；常被作为工业催化剂（如甲基异丁基醚）4.6.6 医药食品工业4.6.7 环境保护,本章结束,本章作业：p.97 思考题1、2、3,
