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离子交换柱色谱法离子交换柱色谱法

一、分配原理
离子交换剂对各组分亲和力不同——选择系数不同——分离

（一）选择系数：KS=[R⁻X⁺]/[X⁺]

离子交换平衡：
R⁻A⁺+B⁺⇌+R⁻B⁺+A⁺

KA/B=[R⁻B⁺][A⁺]/[R⁻A⁺][B⁺]

KA/B>1：亲和力：B>A
KA/B<1：亲和力：B<A
（二）固定相（离子交换树脂）
·离子交换树脂主要由高分子聚合物的骨架和活性基团组成，它的骨架具有特殊的网状结构
1、分类
·原料不同：·酚醛型
·聚苯乙烯型（普遍、性质稳定、交换容量大）
·环氧型
·丙烯酸型

·含活性基团不同：·阳离子交换树脂
·阴离子交换树脂
1）阳离子交换树脂——以阳离子作为交换离子

·基团：通常含—RO3H、—COOH、—OH、—SH、—PO3H2等酸性基团

·作用机理：电离H⁺（氢型树脂）或金属离子（盐型树脂）与溶液中阳离子交换

·酸性强度：强酸型阳离子交换剂、弱酸型阳离子交换剂
R—SO3H>HO—R—SO3H>R—PO3H2>R—COOH>R—OH
例子：磺化苯乙烯、书P258

·特点：热稳定性高、不溶于水和许多有机溶剂、化学性质稳定2）阴离子交换树脂——以阴离子作为交换离子

·基团：通常含—NH2、—NHR、—NR2或—N⁺R3X⁻等活性基团

①强碱性阴离子交换树脂：含季铵

·特点：·在酸、碱和有机溶剂中较稳定
·可在酸性、碱性和中性溶液中进行阴离子交换
·交换容量不随溶液PH值而变

②弱碱性阴离子交换树脂：含—NH2、=NH、≡N

·特点：·对OH⁻的亲和力大
·只能在酸性介质中与阴离子交换
·交换容量随溶液PH值而改变
2、离子交换树脂的特性

1）交联度
·表示离子交换树脂中交联剂的含量，通常以百分比表示

·高交联度树脂：·紧密网状结构，网眼小，刚性较强
·孔穴较多
·溶胀较小，吸水量小

·低交联度树脂：·渗透性好
·易变形、耐压差

2）交换容量
·每克干树脂中真正参加交换反应的基团数，单位：mmol/g或mmol/ml
·表示离子交换树脂进行离子交换能力的大小3）溶胶
·树脂存在大量极性基团，具有强吸湿性，当树脂侵入水中，大量水进入树脂内部，引起树脂膨胀的现象

·交联度高，溶胀小
·交联度低，溶胀大

4）粒度
·离子交换树脂的颗粒大小，一般以溶胀状态所能通过的筛孔来表示

·交换纯水常用10-50目树脂、分析用树脂常用100-200目

3、离子交换树脂的选择
1）强碱对弱酸
防止死吸附以及形成易水解盐不易吸附
2）强酸对弱碱
3）大分子选交联度低的树脂
4）小分子选交联度高的树脂

（三）流动相
·水或与水混合的溶剂二、影响选择系数的因素及分离方式

库仑力
（一）主观因素电荷、离子裸半径
离子水合程度
·Ks与电荷成正比，与水合离子半径成反比，与离子裸半径成正比

·主、客观因素及规律：书P260
①常温、稀溶液：阳离子电荷越高，亲和力越大（优先考虑电荷）
②常温、稀溶液：等价阳离子半径越大，亲和力越大
③阴离子亲和力顺序
·强碱性：柠檬酸根>硫酸根>硝酸根
·弱碱性：OH⁻最大
④常温、浓溶液：交换亲和力差异变小或顺序颠倒

⑤高温、非水溶液：同价离子对树脂亲和力相似

⑥H⁺对弱酸性树脂、OH⁻对弱碱性树脂具有最大亲和力

⑦高分子量的有机离子和金属配离子对树脂有较大亲和力

⑧能与树脂的交换基团生成配合物或难溶化合物的离子都对树脂有较大亲和力

（二）分离方式
1、利用样品组分选择性系数不同来分离
2、利用各组分离解度的差别来分离
3、形成配离子后进行离子交换分离
三、操作方法
·一般在柱中进行，避免产生逆交换

（一）树脂的处理和再生
·处理：·除杂
·阳离子交换树脂转变为氢型：
浸蒸馏水水溶胀—5%-10%盐酸处理—蒸馏水洗至中性
·阴离子交换树脂转变为氯型或羟基型：
浸蒸馏水水溶胀—10%NaOH或10%NaCl处理—蒸馏水洗至中性
·再生：用适当的酸碱处理

（二）装柱
·加水搅拌——沉降——去微粒——反复操作至上层液透明
·柱底放1-2cm玻璃丝——倒入上述树脂——盖一层玻璃丝

（三）洗脱
·大多数在水溶液中进行
·可加入少量有机溶剂，如甲醇、乙醇、乙腈等
·可用弱酸弱碱缓冲溶液

四、特点及应用
·特点：设备简单，操作方便，树脂可再生
·应用：除去干扰离子、测定盐类含量、微量元素的富集、有机物或生化溶液脱盐、药物生产、抗生素及中草药提取和水的纯化