離子交換法實驗條件選擇原則

1. 2. 陽離子交換的原則是什麼

離子交換原理
應用離子交換樹脂進行水處理時,離子交換樹脂可以將其本身所具有的某種離子和水中同符號電荷的離子相互交換而達到凈化水的目的.
如H型陽離子交換樹脂遇到含有Ca2+、Na+的水時,發生如下反應：
2RH + Ca2+ → R2Ca + 2H+
RH + Na+ → RNa + H+
當OH型陰離子交換樹脂遇到含有Cl-、SO42-的水時,其反應為：
ROH + Cl- → RCl + OH-
2ROH + SO42- → R2SO4 +2OH-
反應的結果是水中的雜質離子（Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等）分別被吸著在樹脂上,樹脂由H型和OH型變為Ca型、Na型和Cl型SO4型,而樹脂上的H+、OH-則進入水中,相互結合成為水,從而除去水中的雜質離子,製得純水.
H+ + OH- → H2O
離子交換樹脂的離子與水中的離子之間所以能進行交換,是在於離子交換樹脂有可交換的活動離子.而且因為離子交換樹脂是多孔的,即在樹脂顆粒中存在著許多水能滲入其內的微小網孔,這樣使樹脂和水有很大的接觸面,不僅能在樹脂顆粒的外表面進行交換,而且在與水接觸的網孔內也可以進行這一交換.

2. 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）

3. 建立離子交換法純化蛋白質的方法需要摸索哪些條件

1. pH值，緩沖液的pH值對於蛋白結合離子交換層析有非常大的影響，需要先摸索出合適的版pH值，既能權保證蛋白結合上離子交換層析，又不會出現不穩定沉澱的情況。

2. 鹽濃度，鹽濃度是離子交換層析洗脫的關鍵，需要摸索出蛋白能在什麼樣的鹽濃度下被洗脫，且洗脫後純度能夠達到最初的要求。

3. 柱體積，盡管各種離子交換層析均有理論結合蛋白量，但各種蛋白情況不一樣，需要摸索出能夠完全結合目的蛋白合適的柱體積。既不會太大造成洗脫濃度過稀，也不會太小造成目標蛋白過載。

4. 溫度，溫度可能會造成蛋白變性等等。

4. 離子交換原理

離子交換的基本原理 離子交換的選擇性定義為離子交換劑對於某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸附，但吸著後要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對於同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對於丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。 離子交換反應是可逆反應，但是這種可逆反應並不是在均相溶液中進行的，而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。以D113型離子交換樹脂制備硫酸鈣晶須為例說明： D113丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂是一種大孔型離子交換樹脂，其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道，孔道裡面充滿了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當硫酸鋅溶液中的Zn2+，S042-擴散到樹脂的孔道中時，由於該樹脂對Zn2+選擇性強於對Ca2+的選擇性，，所以Zn2+就與樹脂孔道中的交換基團Ca2+發生快速的交換反應，被交換下來的Ca2+遇到擴散進入孔道的S042-發生沉澱反應，生成硫酸鈣沉澱。其過程大致為：
(1)邊界水膜內的擴散 水中的Zn2+，S042-離子向樹脂顆粒表面遷移，並擴散通過樹脂表面的邊界水膜層，到達樹脂表面； (2)交聯網孔內的擴散(或稱孔道擴散) Zn2+，S042-離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔，並進行擴散，到達交換點；
(3)離子交換 Zn2+與樹脂基團上的可交換的Ca2+進行交換反應；
(4)交聯網孔內的擴散 被交換下來的Ca2+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散；部分交換下來的Ca2+在擴散過程中遇到由外部擴散進入孔徑的S042-發生沉澱反應，生成CaS04沉澱；
(5)邊界水膜內的擴散 沒有發生沉澱反應的部分Ca2+擴散通過樹脂顆粒表面的邊界水膜層，並進入水溶液中。 此外，由於離子交換以及沉澱反應的速度很快，硫酸鈣沉澱基本在樹脂的孔道里生成，因此樹脂的孔道就限制了沉澱的生長及形貌，對其具有一定的規整作用。通過調整攪拌速度、反應溫度等外界條件，可以使樹脂顆粒及其內部孔道發生相應的變化，這樣當沉澱在樹脂孔道中生成後，就得到了不同尺寸和形貌的硫酸鈣沉澱。

5. 離子交換樹脂的選擇原則是什麼

離子交換樹脂的吸附交換原理：

離子交換樹脂本身的離子一般是低價離子，所以離子交換樹脂在與水接觸時，根據樹脂的吸附選擇性，會將水中的高價離子吸附，將低價離子釋放，而這些被釋放的低價離子會與水中的其他離子結合，成為無害的物質，而在實際使用的過程中，經常都是將樹脂轉化為其他的離子形式進行使用，比如一般陽離子交換樹脂會轉化為鈉型樹脂再進行使用，從而達到軟化水的目的。

離子交換樹脂的吸附順序：

1.離子交換樹脂對陽離子的吸附順序：

Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+

2.強鹼性陰離子交換樹脂對陰離子的吸附順序：

SO42－ > NO3－ > Cl－ > HCO3－ > OH－

3.弱鹼性陰離子交換樹脂對陰離子的吸附順序：

OH－ > 檸檬酸根3－ > SO42－ > 酒石酸根2－ >草酸根2－ > PO43－ >NO2－ > Cl－ >醋酸根－ > HCO3－

詳情點擊：離子交換樹脂的選擇性

6. 離子交換反應的條件

1兩種溶液反應2生成氣體，沉澱或難電離的物質（包括水）

7. 離子交換法的定義

常見的兩種離子交換方法分別是硬水軟化和去離子法。硬水軟化主要是用在反內滲透(RO)處理之前，先容將水質硬度降低的一種前處理程序。軟化機裡面的球狀樹脂，以兩個鈉離子交換一個鈣離子或鎂離子的方式來軟化水質。
在離子交換過程中與離子交換劑交換基團作用能力強的離子從溶液中分出而進入交換劑，被交換離子則從交換劑分出而進入溶液。
離子交換分離常在柱式設備中進行。由於操作方法的不同離子交換法又可分為淋洗法和排代法等。將離子交換劑裝入交換柱中，含被分離物質的溶液由柱頂加入，使之在交換柱頂端發生交換吸附，然後用一種溶液（淋洗劑或排代劑）連續流過交換柱，使被分離離子在柱中實現多次離子交換吸附和解吸，最後達到不同離子間的分離。
離子交換法的關鍵在於選擇合適的離子交換劑和吸附、淋洗的條件。交換劑中交換基團的性質，交聯度、粒度和交換容量的大小，對交換過程有重要影響。往溶液中加入絡合劑可提高離子交換法的選擇性，以獲得更加良好的分離效果。

8. 離子交換吸收,遵循什麼原則

1）離子交換遵循等摩爾量交換的原則，即水中1摩爾的離子與樹脂上同等的1摩爾離子進行交換，即各離子在交換前後的摩爾量是相等的；
2）離子交換應符合質量作用定律，即化學反應速度與反應物濃度的乘積成正比。離子交換過程和化學反應同樣符合質量作用定律，即改變水中的離子組成可以控制交換過程的進行方向。

9. 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。

10. 離子交換怎麼試驗

離子交換法是一種藉助於離子交換劑上的離子和廢水中的離子進行交換反應而除去廢水中有害離子的方法。離子交換是一種特殊吸附過程，通常是可逆性化學吸附；其特點是吸附水中離子化物質，並進行等電荷的離子交換。
離子交換劑分無機的離子交換劑如天然沸石，人工合成沸石，及有機的離子交換劑如磺化煤和各種離子交換樹脂。
在應用離子交換法進行水處理時，需要根據離子交換樹脂的性能設計離子交換設備，決定交換設備的運行周期和再生處理。通過本實驗希望達到下述目的：
1) 加深對離子交換基本理論的理解；學會離子交換樹脂的鑒別；
2) 學會離子交換設備操作方法；
3) 學會使用手持式鹽度計，掌握pH計、電導率儀的校正及測量方法。
二、實驗內容和原理
由於離子交換樹脂具有交換基因，其中的可游離交換離子能與水中的同性離子進行等當量交換。 用酸性陽離子交換樹脂除去水中陽離子，反應式如下：
nRH + M+n → RnM + nH+
M——陽離子 n——離子價數
R——交換樹脂
用鹼性陰離子交換樹脂除去水中的陰離子，反應式如下：
nROH + Y−n → RnY + nOH-
Y——陰離子
離子交換法是固體吸附的一種特殊形式，因此也可以用解吸法來解吸，進行樹脂再生。
本實驗採用自來水為進水，進行離子交換處理。因為自來水中含有較多量的陰、陽離
子，如Cl¯， NH4+，Ca，Mg，Fe，Al，K，Na等。在某些工農業生產、科研、醫療衛生等工作中所用的水，以及某些廢水深度處理過程中，都需要除去水中的這些離子。而採用離子交換樹脂來達到目的是可行的方法。