离子交换树脂在分析分离中的应用

2022-09-25

1离子交换树脂简介

离子交换树脂是一类具有功能基的网状结构高分子化合物, 由化学性质, 与酸、碱和一般溶剂都不起作用的骨架和连接在骨架上可以电离的、可被交换的活性基团两部分构成。其中, 活性基团对离子交换剂的交换性质起着决定性作用, 可与溶液中的离子进行离子交换反。

2离子交换树脂的应用

(1) 离子交换树脂制备去离子水的应用用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法叫作离子交换分离法。离子交换法制备去离子水具有耗能少、成本较低, 得到的去离子水水质较好, 操作过程容易控制和管理等优点;除此之外, 离子交换分离法还具有分离效率高、选择性高、适用性强、应用广泛等特点。目前已被大多数人接受和认可, 用离子交换树脂分离电解质和非电解质可作为制备去离子水的原理。溶液通过树脂柱, 树脂把电解质交换掉, 停留在树脂柱上, 而非电解质则通过树脂柱流出。关于去离子水的制备叙述如下:将自来水或天然水先通过型交换树脂, 去掉各种阳离子:R-SO3H+M+=R-SO3M+H+然后通过强碱性阴离子交换树脂, 去掉阴离子:R-N (CH3) 3OH+X-+H+=R-N (CH3) X+H2O可得到去离子水, 并且用过的树脂可用酸或碱再。

(2) 离子交换树脂在硬水软化中的应用硬水是指含有高浓度矿物质的水, 里面含有的金属离子以钙和镁居多, 和大气中的二氧化碳, 水结合生成钙盐和镁盐。硬水中的钙盐和镁盐大部分以碳酸氢盐、碳酸盐等比较稳定的形式存在。硬水并不对身体造成直接危害, 但是会给生产生活工业等反面带来许多麻烦。用硬水烹煮鱼肉、蔬菜, 不易煮熟而降低食物的营养价值, 用硬水泡茶会改变茶的色香味而降低其饮用价值。用硬水还会使肥皂和清洁剂的洗涤效果降低等;在工业方面, 钙镁盐的沉淀形成锅垢, 阻碍热传导, 使锅炉局部过热, 引起锅炉破裂, 甚至还会导致锅炉的爆炸而造成事故的发生。硬水软化的机理是:运用离子交换的原理, 用钠离子交换树脂吸附水中的钙镁离子, 释放出钠离子, 从而使水质达到软化的目的。

(3) 离子交换树脂预富集技术在痕量离子分析中的应用富集, 作为分离的一种, 常用于痕量分析, 从大量的母体物质收集所要测定的少量物质, 转移至较小的体积体系, 提高其浓度以达到测定下限以上。采用离子交换技术可将痕量元素从较大体积的溶液中交换到离子交换小柱上, 再用少量淋洗液洗脱, 采用这种方法可以有效地富集痕量元素。这项技术对人体内微量元素的测定也有帮助, 例如钒, 作为人体的微量元素之一, 具有减弱合成胆固醇、降低血压的作用, 其主要存在于人的头发中, 通过测定钒的含量以确定人的身体健康状况。这一技术对饮食安全、健康状况、处理火场事故中起着不可替代的作用。预富集技术的过程, 由于铂、钯在矿石中的含量极低, 一般仅为因此经过富集之后才能进行测定。可将式样用王水溶解后, 加入浓HCl, 使钯、铂形成 (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-络阴离子。稀释之后, 将试液通过强碱性阴离子交换树脂, 即可把钯、铂交换到树脂相上。这样一方面可以使 (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-与其他阳离子分离, 另一方面, 当浓度较稀的 (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-试液不断流过交换柱时, (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-便逐渐富集交换到树脂相中。最后, 将含有 (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-的树脂进行高温灰化处理, 以除去树脂, 再用王水浸取残渣, 就可以得到含Pt (IV) 和Pd (IV) 浓度较高的试液, 再用光度法进行测定, 从而得知钯、铂含。

(4) 离子交换树脂在相同电荷离子间的分离中的应用在工业生产检测中, 有时需要检测某一单一金属的含量, 避免不了其他相同电荷混合离子的干扰。这时, 可将相同电荷的金属离子一起吸附到树脂柱上, 然后进行选择性淋洗, 将它们分离。选择性淋洗法一般是选用一种配位剂能与某种金属离子形成配阴离子, 这样就能与其他阳离子分离。例如, 测定含Pb2+、Ba2+的混合物, 使该溶液通过阳离子交换树脂、均被吸附在树脂柱上, 然后用NH4AC淋洗, 使Pb2+形成Pb AC3很容易就被洗脱下来, 待Pb2+洗脱完毕后, 再用NI洗脱3a2+, 最后分别测定Pb2+和Ba2+。

(5) 离子交换树脂的再生离子交换完毕后, 用洗涤液流经交换柱, 除去残留在交换柱中的试液和被交换下来的各种离子。树脂柱经洗涤后, 先用适当的洗脱剂将吸附在柱上的离子洗脱下来。然后把树脂柱加入洗脱剂, 将洗脱下来的离子流经柱下部未交换的树脂又被交换。开始时, 流出液中被交换的离子浓度为零, 随着洗脱剂的加入, 被交换的离子浓度越来越大, 直至使流出液中被交换的离子浓度达到最大。 (这一过程也可作为再生过程, 洗脱完毕, 树脂恢复到交换前的状态, 用蒸馏水洗涤即可) 将离子从树脂上洗脱下来后, 树脂柱需要用酸或碱进行再生, 恢复到交换前的状态。

离子交换树脂作为一种鲜活技术, 目前受到世界各国的重视。随着离子交换树脂应用范围的扩大, 其发展前景也是非常可观的。可以预见, 随着科技水平的不断进步, 离子交换树脂将在未来发挥更加重要的作用。因此, 准确预测其未来的发展方向对我国离子交换树脂生产者和消费者来说有着重要意。

摘要：离子交换普遍存在于自然界万物的运动变化中。离子交换树脂作为离子交换的载体, 在分析化学领域有非常重要的研究价值。目前, 离子交换树脂已有2000多种, 广泛应用于化工生产, 食品工业, 分析化学等领域。利用机子交换树脂进行交换, 吸附, 以达到富集分离的目的。本文主要通过对离子交换树脂在去离子水的制备、硬水软化、预富集离子中的应用来介绍其在分析分离中应用。

关键词：离子交换树脂,离子交换法,富集,应用,发展