ионообменная хроматография. 3 Ион алмасу хроматографиясы. 3 Ион алмасу хроматографиясы

• Название: 3 Ион алмасу хроматографиясы
• Анкор: ионообменная хроматография
• Дата: 15.05.2023
• Размер: 47.22 Kb.
• Имя файла: 3 Ион алмасу хроматографиясы.docx
• Тип: Документы; #1133006

3 Ион алмасу хроматографиясы

Ион алмасу хроматографиясының негізінде хроматографияланып жатқан ерітіндінің құрамындағы иондардың иониттер немесе ионалмасушылар деп аталатын иондарға қайтарымды стехиометриялық алмасуы жатыр. Ионалмасу хроматографиясы алмасу сорбциясына негізделген. Электролиті бар ерітіндіні ионалмасушы деп аталатын сорбент арқылы өткізгенде, ерітіндідегі ионалмасушы құрамындағы иондардың қайтымды алмасуы өтеді.

Иондардың бөлінуі сорбент арқылы өтетін ерітіндідегі иондардың алмасу қабілеттілігіне байланысты.

Ионалмасушылар – құрамы мен құрылысы әртүрлі жоғарымолекулалы полиэлектролиттер, олар катион және анионалмасушы болып бөлінеді, яғни сәйкесінше аниондар мен катиондарды алмастыруға қабілетті сорбенттер.

Ионалмасушылар бейорганикалық және органикалық, сонымен қатар, табиғи және синтетикалық заттардан алынуы мүмкін.

Табиғи бейорганикалық сорбенттерге магний және кальций алюмосликаты, жалпы формуласы Al O * nSiO * mH O болатын каолиниттің минералды топтары тас көмірдің кейбір сұрыптары, алдын ала өңдеусіз жұмсақ және қатты көмірлер және т.б. жатады. Синтетикалық бейорганкиалық ионалмасушыларға алюмосликаттар негізіндегі заттар жатады. Олардың құрамы: Al O * nSiO * mNa O * pH O. Көптеген табиғи қосылыстар ионалмасу қасиетіне ие.

Бірақ ең жақсы ионалмасушылар синтетикалық органикалық соорбенттер болып табылады (смола). Ол мынадай талаптарға жауап береді: жоғары ионалмасу сыйымдылығы, химиялық тұрақты, механикалық беріе. Олар суда және органикалық еріткіштерде ерімейді. Құрылысы: көміртек тізбегіне қышқылдық немесе негіздік қасиетті ионогенді топтар жалғасқан жоғарымолекулалық кеңістіктік тор.
Аналитикалық тәжірибеде жасанды иониттерді кеңінен қолданады. Ион алмасушыларды поликонденсация немесе полимеризация реакцияларымен алады, полимерлердің сызықтық тізбектері бір - бірімен

«көпірлермен» байланысқан, мысалы, дивинилбензолдың молекулаларымен; иониттердің құрамына иониттердің сай сипаттамаларын анықтайтын функционалды топтар кіреді. Иониттер суда, қышқылдарда, сілтілерде және көптеген органикалық еріткіштерде ерімейді, бірақ гидрофилді ионогенді топтардың арқасында суда ісінеді.

–

Органикалық катиониттер келесі функционалдық топтардан тұрады: – SO₃ ,

– PO₃

– –

, – COO , – OH

–

. Органикалық аниониттер келесі негізгі түрдің

+, + + +

топтарынан тұрады: – NH₂

= NH

, N , – N(CH₃)₃

. Катиониттер басқа

+

катиондарға оңай ауысатын жылжымалы катион (мысалы, Н - ион), мен жоғары

молекулярлық анионның (мысалы, RSO₃^–) пайда болуымен диссоциацияланатын полиэлектролиттер болып табылады. Аниониттер басқа аниондарға ауыса алатын жылжымалы анион (R–ион алмасу шайырының жоғары молекуларлық көмірсутек радикал) мен жоғары молекуларлық катионға

+

(мысалыға, RNH ) диссоциацияланады.

Ион алмасу реакциясын келесі түрде көрсетуге болады:




(катиондық алмасу) (аниондық алмасу)

Ион алмасу реакциялары қайтымды және әрекеттегі масса заңына

бағынады.

К_А,В – ион алмасу константасы, [B⁺] және [A⁺] сұйық фазадағы А⁺ және В⁺ концентрациясы;
[B⁺] және [ A⁺] – қатты фазадағы иондардың концентрациясы.
Сонымен қатар ионалмасудың 3 жағдайы болуы мүмкін:

1) К_А,В >1, ерітінді ионы ионитке жақындығы аз, сондықтан алмасу аз болады;

2) К_А,В<1 ерітінді ионы бірінші байланысқан ионитке қарағанда ионитке жақындығы көбірек болады, сондықтан ерітіндідегі алмасу айтарлықтай толық өтеді;

3) К_А,В =1, А⁺ және В⁺ иондарының ионитке жақындығы бірдей.

Иониттың маңызды сипаттамасы оның алмасусыйымдылығыболып табылады.

1. Иониттердің алмасу сыйымдылығы

Алмасу сыйымдылығы (АС) – иониттің теріс иондарды жұту қабілетінің сандық мөлшері.

Сыйымдылықты анықтауды ісінген ионит қабатының көлем бірлігіне жатқызуға болады. Ионит белгісін белгілі концентрациясы бар қанық ион ерітіндісіне салып және сілку кезінде ионның толық қануығына дейін ұстайтын, статикалық жағдайда алынған алмасу сыйымдылығын статикалық (САС) деп атайды. Оның шамасы динамикалық шарттарда қанық ерітіндіні ионит бар колонкадан өткізу кезінде алынған алмасу сыйымдылығы шамасынан ерекшелінеді. Динамикалық алмасу сыйымдылығы екі көрсеткішпен сипатталады: тез өтуге дейінгі динамикалық алмасу сыйымдылығы (ДАС) және толық динамикалық сыйымдылық (ТДАС). ДАС берілген ионның бағаннан шығатын ерітіндіде пайда болуымен анықталатын ионит сыйымдылығын білдіреді. ТДАС берілген ионның ерітіндіден алуының толық тоқтатылуымен

анықталады. Бұл айырмашылықты сызбалық түрде 1.3 - суретінде түсіндіруге болады.

ДАС тік төртбұрыш ауданымен анықталады, тік төртбұрыштың негізі болып ионның тез өтуі басталмай тұрып бағаннан шыққан ерітінді көлемі болады, ал биіктігі болып – алмастыратын ионның бастапқы концентрациясы болады.



1.3-сурет-Хроматографиялық шығу қисығы

ТДАС хроматографиялық шығу қисығының үстіндегі ауданда білдіріледі.

ДАС әрқашан толық динамикалық алмасу сыйымдылығына қарағанда аз және келесі факторлардан: ионит түрінен, ерітінді құрамынан, ионит түйіршіктері көлемінен және ерітіндінің ағу жылдамдыгынан тәуелді.

2. Иониттердің жіктелуі

Қышқылдық немесе негіздік қасиеттерінің қаншалықты білінуі ионит құрамына кіретін функционалдық топтарға да байланысты. Осыған байланысты иониттердің төрт тобын өзгешелейді.



1. 
   Қатты қышқылдық катиониттер функционалдық топ ретінде SO₃
   

3
сульфотобына және _РО ^ фосфорлық тобына ие _.

Олар қышқыл, бейтарапты және сілтілі ортада қолданылады. Бұл полистиродық түрде КУ-2, КУ-23, СДВ, СБС маркалы сульфоқышқылдық катиониттері. Фосфорқышқылдыларға КФ-2, КФ-11 маркалы катиониттер жатады. Полистиролды түрде катиониттер сфера тәріздес түйіршіктер түрінде шығарылады және ашық-сары түсті болады.


3
Фенолдық түрінің катиондары, мысалы КУ-1, қара түске боялған, олардың бөлшектері теріс формалы. Осындай катиониттер _{бифункционалды, яғни SO} ^ тобымен қатар құрамында _ОН^ тобы бар. Полистиролды катиониттердің артықшылығы – олардың көп

функционалдығы, жоғары алмасу сыйымдылығы, жоғары жылуға тұрақтылығы.

2. 
   Әлсіз_қышқылдық_катиониттер'>Әлсіз қышқылдық катиониттер функционалдық топ ретінде
   



карбоксилді топтарға - СОО , – ОН

• 
  ие. Бұл катиониттердің
  

КБ -1, КБ-4,

КФУ-1 маркалары. Карбоксилді топтары бар катиониттер ақ немесе ашық- жазыл түске боялған. Осы тәріздес катиониттердің маңызды қасиеті болып олардың сутек ионына ұқсастығы болып табылады. Катиониттің толық қалпына келуіне сұйылтылған тұз қышқылдың аз ғана мөлшері жеткілікті. Әлсіз қышқылды катиониттер сілтілі және бейтарапты орталарда жұмыс істейді.

3. 
   Қатты негіздік (жоғары негіздік) аниониттер функционалдық топ ретінде төрттік амоний топтарға ие. Бұл аниониттердің АВ-16, АВ-17, АВ- 18, АВ-20 маркалары. Оларды қышқыл, сілтілі және бейтарапты орталарда хроматографиялау үшін қолдануға болады. Қатты негіз аниониттер сары немесе ашық-сары түсті. Олар көпшілік металл иондарын бөлу үшін жиі қолданылады. Тұзды қышқылдың кез келген концентрациясында сілті, жерде сирек кездесетін элементтер, алюминий, никель, мыс т.б. ион аниониттермен сіңірілмейді. Қалған металдар иондары 0,1 ден 12 моль/л НСІ концентрациясының шегінде кез келген дәрежедегі аниониттермен сіңіріледі, себебі айтарлықтай табансыздық константасымен ерекшеленетін аниондық хлоркомплекстерді тудырады.
   
4. 
   Әлсіз негіздік (төмен негіздік) аниониттер функционалдық топ
   

+

ретінде әртүрлі дәрежедегі алмастыру аминотоптарына ие: – NH₂ ,=

+ +

NH , N . Бұл аниониттердің АН-2Ф, АН-1, АН-23 т.б. маркалары. Олар

қышқыл және бейтарапты орталарда қызмет етеді. ЭДЭ-10П аниониті құрамында бірнеше екінші, үшінші және төртінші аммонийлық негіздердің белсенді аминотоптары бар, сондықтан ол әлсіз негіздік және кейбір дәрежеде қатты негіздік қасиеттерге ие.

3. Ион алмасу хроматографиясының тәжірибелік қолданылуы

Ионалмасу хроматографиясының әдістерін иондарды бөлу үшін қолданады. Қарапайым бөлу әдісі қоспаның компоненттерді сіңіруінде және сай еріткішпен әр компонентті аластауға негізделеді. Иониттерді, сондай-ақ, су дайындауда (суды жұмсарту); гидрометаллургия және гальванотехникада (өндірістік ерітінділерден металдарды іріктемелеп шығару); тағамдық және гидролиздік өндірісте (құрамында қант бар ерітінділерді тазарту, шырындарды түссіздендіру); медицина мен фармацевтикалық өндірісте (дәрі-дәрмектерді, антибиотиктарды тазалау) қолданады.

Қарастырылған салалар ионалмасу шайырларын пайдаланудың жан- жақтығын тәмамдамайды, алайда олар иониттердің аналитикалық химия мен технологияда пайдалануын ашатын мүмкіндіктерін көрсетеді.