離子交換分離法

1. 離子交換分離法的原理是什麼

離子交換是用一種稱為離子交換樹脂的物質來進行的。離子交換樹脂遇水專溶液時，能屬夠從水溶液中吸著某種(類)離子，而把本身所具有的另外一種相同電荷符號的離子等摩爾量地交換到溶液中去，這種現象稱為離子交換。
希望有用

2. 離子交換分離法的應用

1 水處理，這是離子交換法最主要的應用領域。
最早的離子交換法應用是從工業鍋爐用水的處理開始的，水中所含的鈣、鎂離子會使鍋爐結垢，導致鍋爐效率降低，久之還有爆炸風險，人們先後採用天然泡沸石、磺化煤、離子交換樹脂等解決了這一問題，也帶動了離子交換法在其他水處理領域，尤其是飲用水處理領域的應用。常見的離子有硬水軟化處理。
2 分離純化，冶金、醫葯、有機合成。
金屬鹽、有機酸、胺、氨基酸等能夠產生的離子都能夠被吸附到離子交換劑上，進而富集，從而達到 分離的效果，這個方法在分離工程中應用廣泛，尤其是在低濃度大批量樣品的處理中效果顯著。
除了分離某一種特定物質 外，還可以利用離子交換層析等方法，批次分離多種物質。
3 催化劑
離子交換劑分為酸性、鹼性、中性等種類，而不少化學反應需要酸性、鹼性等物質作為催化劑，離子交換劑大量易得，使用方便，分離容易，可以作為很好的傳統酸鹼催化劑替代品使用。

3. 生物鹼離子交換法分離的條件是

1.利用生物鹼的鹼性差異進行分離
方法：酸水-鹼化-萃取法
注意：
①強鹼在弱酸性條件下能形成生物鹼鹽，易溶於水；弱鹼則需在較強酸性條件下形成生物鹼鹽而溶於水。
②成鹽後，弱鹼鹽在弱鹼條件下即可轉變成游離生物鹼，易溶於親脂性有機溶劑；強鹼鹽則需在較強鹼性條件下轉變成游離生物鹼，溶於親脂性有機溶劑。
總鹼中各生物鹼的鹼性不同，可用pH梯度萃取法進行分離。
具體方法有兩種：
①總生物鹼溶於親脂性有機溶劑， pH由高至低依次萃取，生物鹼可按鹼性由強至弱先後成鹽依次被萃取出而分離
②總生物鹼溶於酸水，逐步加鹼使pH值由低至高分離。
對於鹼性有差別的兩種生物鹼，可採用調pH後簡單萃取法分離。如從洋金花的乙醇浸出液中分離莨菪鹼和東莨菪鹼，利用二者鹼性差別，將乙醇浸出液濃縮後鹼化到pH 9～10，三氯甲烷萃取，三氯甲烷萃取液再用稀酸水萃取，將此酸水液用固體碳酸氫鈉鹼化後以三氯甲烷萃取，東莨菪鹼因鹼性小游離出來而被萃取出。水層再用氨水鹼化至pH l0，用三氯甲烷可萃取出鹼性稍強的莨菪鹼。
2.利用溶解度差異進行分離
游離生物鹼：如苦參中苦參鹼和氧化苦參鹼的分離
（氧化苦參鹼的極性大於苦參鹼，難溶於乙醚）
漢防己中漢防己甲素和漢防己乙素的分離
（漢防己甲素的極性小於漢防己乙素，可溶於冷苯）
生物鹼鹽：如麻黃中分離麻黃鹼、偽麻黃鹼
（在草酸中溶解度不同，麻黃鹼溶解度小於偽麻黃鹼）
3.利用特殊官能團進行分離
含羧基的生物鹼能與碳酸氫鈉生成羧酸鹽而溶於水，可與其他鹼分離；
酚性生物鹼的酚羥基具有弱酸性，可與氫氧化鈉溶液生成鹽溶於水，而與其他非酚性生物鹼分離。如在阿片生物鹼中，嗎啡具酚羥基而可待因無酚羥基，可用5%氫氧化鈉分離。
內酯或內醯胺結構的生物鹼可在鹼性水液中加熱開環生成溶於水的羧酸鹽而與其他生物鹼分離，在酸性下又環合成原生物鹼而沉澱，如喜樹鹼。
4.利用色譜法進行分離
（1）吸附柱色譜
常用氧化鋁或硅膠作為吸附劑，有時也用纖維素、聚醯胺等。以苯、氯仿、乙醚等親脂性有機溶劑或以其為主的混合溶劑系統作洗脫劑。
（2）分配柱色譜
對某些結構特別相近的生物鹼，可採用分配色譜法。
如三尖杉中的抗癌生物鹼三尖杉酯鹼和高三尖杉酯鹼的分離，兩者結構僅差一個亞甲基。具體方法是以硅膠為支持劑，以pH 5.0緩沖液為固定相，pH 5.0緩沖液飽和的三氯甲烷溶液洗脫，首先洗脫的是高三尖杉酯鹼，中間部分是二者的混合物，最後部分是三尖杉酯鹼。
5.高效液相色譜法（HPLC）
優點：分離效能好、靈敏度高、分析速度快。
色譜柱類型：硅膠吸附色譜柱，C18反相色譜柱。
此外，制備型薄層色譜、干柱色譜、中壓或低壓柱色譜等也常用於分離生物鹼。
水溶性生物鹼（季銨鹼）的分離
（一）沉澱法
實驗室常用雷氏銨鹽試劑純化季銨鹼。
（二）溶劑法
利用水溶性生物鹼能夠溶於極性較大而又能與水分層的有機溶劑（如正丁醇、異戊醇或氯仿-甲醇的混合溶劑等）的性質，用這類溶劑與含這類生物鹼的鹼水液反復萃取，使水溶性生物鹼與強親水性的雜質得以分離。
生物鹼的色譜檢識
常用方法：薄層色譜法、紙色譜法、高效液相色譜法和氣相色譜法
（一）薄層色譜法
1.吸附薄層色譜法
（1）吸附劑
吸附劑常用硅膠和氧化鋁。
硅膠適用注意：硅膠為酸性吸附劑，易造成拖尾或復斑，影響分離效果。可在塗鋪硅膠薄層時加稀鹼（0.1～0.5mol/L氫氧化鈉）或緩沖溶液，製成鹼性薄板；或使色譜過程在鹼性條件下進行，即在展開劑中加入少量鹼性試劑，如二乙胺、氨水等。
氧化鋁本身顯弱鹼性，不經處理便可用於分離和檢識生物鹼，一般較常用，特別適合分離親脂性較強的生物鹼。
（2）展開劑
展開劑系統多以親脂性溶劑為主，一般以三氯甲烷為基本溶劑。
若Rf值太小，加入適量甲醇、丙酮等極性較大的溶劑；
若Rf值太大，加入適量苯、環己烷等極性較小的溶劑。
在展開劑中加入少量鹼性試劑，如二乙胺、氨水等，可改善分離效果。
2.分配薄層色譜
特別適用於分離有些結構十分相近的生物鹼。
（1）支持劑與固定相：
通常選用硅膠或纖維素粉作支持劑，以甲醯胺或水為固定相。
甲醯胺適合分離弱極性或中等極性的生物鹼；水適合分離水溶性生物鹼。
（2）展開劑：
分離脂溶性生物鹼，應以親脂性有機溶劑作展開劑，如三氯甲烷-苯（1：1）等；
分離水溶性生物鹼，則應以親水性的溶劑作展開劑，如BAW系統（正丁醇-乙酸-水=4：1：5，上層）。
在配製流動相時，需用固定相飽和。
3.顯色方法
①有色生物鹼可直接觀察斑點；
②具有熒光的生物鹼在紫外光下顯示熒光斑點；
③大多生物鹼的薄層色譜可用改良碘化鉍鉀試劑顯色，顯橘紅色斑點。（如碘化鉍鉀不顯色，可選用其他特殊顯色劑）

4. 離子交換分離法

將含有鎳的9mol/LHCl溶液，流經氯型強鹼性陰離子交換樹脂柱，由於鐵、鈷、銅、鋅、內鉍等金屬離子在鹽酸溶液中形容成相應的配陰離子，而被吸附在陰離子交換樹脂柱中。鎳在此條件下不形成配陰離子，因而不被樹脂所吸附，仍留在溶液中，由此可與上述金屬離子得到分離。與鎳一起進入溶液的有鹼金屬，鹼土金屬以及鈦、釩、錳等。

AG50W陽離子交換樹脂從6mol/LHCl-丙酮介質中吸附分離鎳，鎳的分配系數可達227。在同一條件下，易形成氯配陰離子的一些元素分配系數在1以下，而鐵、鈷、銅、鋅、鎘、汞、鉛、鉍、錳、鉬、釩、鎵、銦、鈾等的分配系數不超過4;因此，鎳可與上述元素得到完全分離。

5. 離子交換法

陽離子交換樹脂對鹼金屬的吸附能力隨其水化物離子半徑的減小而增強專。根據鹼金屬屬的活度系數，陽離子交換樹脂對其吸附能力的次序為:Cs>Rb>K>NH⁺₄>Na>Li。

有些無機化合物對鹼金屬有選擇性的吸附作用，可作為離子交換劑用。

磷酸鋁在水溶液中能吸附銣、銫，其分離系數比合成樹脂還高。交換柱上的銣、銫可分別用稀硝酸及高於1mol/LHNO₃洗脫。

在硝酸溶液中，銣、銫可被磷鉬酸銨吸附，與鉀、鈉、鋰分離，再用2mol/L和6mol/LNH₄NO₃溶液洗脫銣、銫。當氧化鉀含量低於50mg時，銣、銫回收率均在90%以上。

陰離子交換樹脂在一定條件下，雖可用於鹼金屬彼此之間的分離，但大多數情況是作為分離其他元素用。

在鹽酸溶液中，鈷、鋅、鐵、鎘形成穩定的氯陰離子，能被強鹼性陰離子交換樹脂吸附，或上述元素及釩與檸檬酸作用後，也可被陰離子交換樹脂吸附而與鹼金屬分離。

鈣、鎂在EDTA的乙醇溶液中，或其他一些兩價金屬在有EDTA或乙酸鹽存在下，均可被陰離子交換樹脂吸附，因此可用作鹼金屬與鹼土金屬的分離。

6. 離子交換分離法的特點

1 分離效率高，既能實現相反電荷離子的分離，又能實現相近電荷離子的分離。
2 應用范圍廣，可以用於分離、富集、純化。
3 使用方便，處理量大，多數可再生利用。
4 操作比較麻煩，周期長。

7. 離子交換分離法

磺酸型陽離子交換樹脂在稀鹽酸介質中，可吸附鋯氧離子，經1～2mol/LHCl淋洗，僅釷和稀專土留在屬交換柱上，鈦則部分分離，其他多數元素均能分離。再用4mol/LHCl淋洗，即可使鋯與釷和稀土分離。

此外，在鹽酸-過氧化氫溶液中，鋯(鉿)均可吸附於陽離子交換柱上，再用檸檬酸或草酸淋洗可進行定量分離。

某些陰離子交換樹脂在鹽酸溶液中，能吸附鋯、鉿、鈾和鈰，釷不被吸附。在氫氟酸介質中，鋯被吸附而與鋁、鐵分離。

8. 反滲透分離法和離子交換分離法各有什麼優缺點

反滲透優點復：過濾精度高，可去除制大於0.0001微米的離子，通過半透膜的作用，簡單的說就是，通過反滲透膜後，只允許水通過，其他的鹽離子，微生物等等統統被截留。得到的水質較好。基本上不需要使用什麼化料（可能有些需要添加阻垢劑或做清洗），純物理法過濾，缺點就是能耗高，設備一次性投資大，使用若干年後換膜的費用也是一筆大支出。
離子交換的優點是可以選擇性除去陽離子或陰離子，或者選擇同時除去陽離子和陰離子，設備投資小。更換樹脂的費用也稍低，缺點就是需要經常做樹脂的再生，化料使用量大，同時帶來再生廢水的處理問題

9. 離子交換層析法原理是什麼

離子交換層析法 （ion exchange chromatography，簡稱IEC）是從復雜的混合物中，分離性質相似大分子的方法之一，依據的原理是物質的酸鹼性、極性，也就是所帶陰陽離子的不同。電荷不同的物質，對管柱上的離子交換劑有不同的親和力，改變沖洗液的離子強度和pH值，物質就能依次從層析柱中分離出來。
離子交換層析法大致分為5個步驟：
1. 離子擴散到樹脂表面。
2. 離子通過樹脂擴散到交換位置。
3. 在交換位置進行離子交換；被交換的分子所帶電荷愈多，它與樹脂的結合愈緊密，也就愈不容易被其它離子取代。
4. 被交換的離子擴散到樹脂表面。
5. 沖洗液通過，被交換的離子擴散到外部溶液中。
離子交換樹脂的交換反應是可逆的，遵循化學平衡的規律，定量的混合物通過管柱時，離子不斷被交換，濃度逐漸降低，幾乎全部都能被吸附在樹脂上；在沖洗的過程中，由於連續添加新的交換溶液，所以會朝正反應方向移動，因而可以把樹脂上的離子沖洗下來。
如果被純化的物質是氨基酸類的分子，則分子上的凈電荷取決於氨基酸的等電點和溶液的pH值，所以當溶液的pH 值較低，氨基酸分子帶正電荷，它將結合到強酸性的陽離子交換樹脂上；隨著通過的緩沖液pH逐漸增加，氨基酸將逐漸失去正電荷，結合力減弱，最後被洗下來。由於不同的氨基酸等電點不同，這些氨基酸將依次被洗出，最先被洗出的是酸性氨基酸，如apartic acid和glutamic acid（在約pH3~4時），隨後是中性氨基酸，如glycine和alanine。鹼性氨基酸如arginine和lysine在pH值很高的緩沖液中仍帶有正電荷，因此這些在約pH值高達10~11時才出現。

10. 離子交換分離法包括哪幾個過程

【1】樹脂的選擇與處理；
【2】裝柱過程；
【3】交換過程；
【4】洗脫過程；