РЕФЕРАТ

на тему:

„Іонообмінна хромотографія”

Іонообмінна хроматографія заснована на здатності деяких адсорбентів (іонітів) на обмін своїх іонів на іони, що знаходяться в розчині. Для описаного досвіду рекомендується користуватися спеціально приготованою полутороокиссю алюмінію, до складу якої входять іони, здатні, зокрема, на обмін з катіонами Cu2+, Со2+, Ni2+.

Сучасні методи розділення сумішей РЗЕ — іонообмінна хроматографія, багатоступінчата екстракція, фракційна сублімація засновані на використовуванні міцніших комплексних з'єднань, ніж комплекси, що забезпечують утворення подвійних солей і вживані при фракційній кристалізації або осадженні. Утворення стійких комплексів РЗЕ досягається при використовуванні полідентатних лігандів. (Нагадаємо, що полідентатним називають ліганд, який містить не один, а декілька атомів, здатних утворювати зв'язок з центральним іоном — комплексоутворювачем.) В результаті виникнення відразу декількох координаційних зв'язків центрального атома або іона з такого типу лігандом виявляються побудованими клішнеподібні кільця (цикли), комплексне з'єднання, що тому утворюється, називають клішнеподібним, хелатним (див. [2]).

У практиці використовуються різноманітні методи виділення і концентрації радіоізотопів: адсорбція (тільки що був даний приклад), осадження і сокристаллізація, екстракція, іонообмінна хроматографія, дробове випаровування летючих з'єднань, термодифузія і ін. Більшість цих методів (їх принципи) описана в .[3]. Тут ми розглянемо ще тільки один приклад: застосування методу осадження і сокрісталлізації для виділення Ra і Ро з уранової руди.

Іонообмінна хроматографія (ІХ) є різновидом рідинної хроматографії і в апаратурному оформленні нічим не відрізняється від інших видів рідинної колоночної хроматографії. У основі іонообмінної хроматографії лежить процес обміну між іонами аналізованого розчину (ПФ) і рухомими іонами того ж знаку іонообмінника (НФ).

Як іонообмінники або іоніти звичайно використовують синтетичні полімерні речовини, звані іонообмінними смолами. Вони складаються з матриці (R) і активних груп, що містять рухомі іони. Залежно від знаку обмінюваних іонів розрізняють катіони і аніоніти. Катіони містять кислотні групи різної сили, такі як сульфогруппи, карбоксильні, окиснення. Аніони мають в своєму складі основні групи, наприклад аліфатичні або ароматичні аміногрупи різного ступеня заміщення (аж до чверткових).

Іоніти можуть знаходитися в Н-формі і ВІН - формі, а також в сольовій формі. У Н-формі катіони і ОН- формі аніоніти містять здібні до обміну іони водню і гідроксида відповідно, в сольових формах іони водню замінені катіонами металу, аніони гидроксида - аніонами кислот.

Залежно від сили кислотних і основних груп в іонітах розрізняють сильнокислотні (R-SOзН) і слабокислотні (R-СООН) катіони; сильноосновні (R-N(СНз) зОН) і слабоосновниє (R-NНзОН).

Сильнокислотні і сильноосновні іони здібні до іонного обміну в широкому діапазоні рН.

Процес іонного обміну протікає стехіометрично. Наприклад:

R-SO3H+Na+=RSO3Na+H+

R(NНз)зОН+Сl-=R(NНз)зСl+ОН-

Ця іонообмінна рівновага характеризується константою іонного обміну:

[H+][RSO3Na] [OH-][RN(CH3)3Cl

KH+/Na+=______________; KOH-/Cl-= _________________

[Na+][RSO3H] [Cl-][RN(CN3)3OH]

На підставі констант іонного обміну побудовані ряди спорідненості іонів до даного іоніту, дозволяючі передбачати можливості іонообмінних розділень.

Залежно від спорідненості до фіксованих іонів нерухомої фази іони, що розділяються, переміщаються уздовж хроматографічної колонки з різними швидкостями; чим вище спорідненість, тим більше об'їм утримування компоненту. При розділенні органічних кислот і підстав важливу роль виконує ступінь їх дисоціації.

Для двох речовин, що мають різні константи обміні, розраховують чинник розділення або коефіцієнт розподілу, який характеризує селективність іоніту

НО

fa/b= ___ , (3.2.1)

KB

де fa/b - чинник розділення; НО; KB - константи іонного обміну речовин А і В. Чим більше чинник розділення, тим сильніше іоніт утримує речовину А.

Наприклад, константи іонного обміну солей заліза (III) і кобальту (II) на сильнокислотному катіоні марки КУ-2 складають 3726 і 286 відповідно.

3726

Тоді згідно формулі 7.2.1 одержимо: FFe3/Co2+ = ____=13.

286

Таким чином, можна зробити висновок, що катіон КУ-2 більш селективний до іонів заліза (III).

Важливою кількісною характеристикою іонів є їх обмінна місткість. Повна обмінна місткість визначається кількістю еквівалентів іонів, обмінюваних одним грамом сухого іоніту. Чим більше обмінна місткість, тим більшу пробу можна ввести в колонку з іонітом.

При підготовці іонітів до роботи їх переводять у відповідну форму. Так, для перекладу катіона в Н-форму через колонку з набряклим іонітом пропускають розчин сильної кислоти, надлишок якої відмивають водою. Потім поволі пропускають розчин суміші іонів. Кожен катіон затримується на іоніті згідно своєї сорбіруємості. Далі пропускають відповідний елюєнт. Наприклад, катіони лужних металів легко елюїруються 0,1 М HCl. При цьому іони водню обмінюються на сорбовані катіони, які разом з розчином виходять з колонки відповідно до констант іонного обміну. На виході з колонки фракції збирають в окремі судини і визначають зміст будь-яким відповідним методом.

Іоніти застосовуються для дєїонізації (знесолення) води, очищення цукрових сиропів від мінеральних солей; у препаративної хімії - для концентрації розчинів; для визначення іонів заліза (III), міді і свинцю у вині; кальцію і магнію в молоці; різних металів в біологічних рідинах. Крім того, іонний обмін використовують для перекладу іонів у форму, зручну для кількісного визначення. Наприклад, куховарську сіль в розсолі можна визначити, пропустивши пробу через колонку з катіоном, і кислоту, що виділилася в еквівалентній кількості, відтитрувати лугом:

R-SOзН+NaCI=R-SOзNa+НСl.

Іонообмінну хроматографію застосовують для розділення фенолів, карбонових кислот, аміноцукрів, пурінових, пірімідінових і інших підстав. Часто іоніти використовують для попереднього розділення складних сумішей на менш складні. На іонному обміні засноване отримання іонного молока для дитячого харчування. Іонний обмін використовують для очищення натуральних соків від іонів важких металів. Іонообмінні смоли застосовують для отримання іонообмінних мембран.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Жарский И.М. Физические методы исследования в неорганической химии, 1988, 272 с.

2. Левант Г.Е. Практикум по общей