离子交换分离法

1. 离子交换分离法的原理是什么

离子交换是用一种称为离子交换树脂的物质来进行的。离子交换树脂遇水专溶液时，能属够从水溶液中吸着某种(类)离子，而把本身所具有的另外一种相同电荷符号的离子等摩尔量地交换到溶液中去，这种现象称为离子交换。
希望有用

2. 离子交换分离法的应用

1 水处理，这是离子交换法最主要的应用领域。
最早的离子交换法应用是从工业锅炉用水的处理开始的，水中所含的钙、镁离子会使锅炉结垢，导致锅炉效率降低，久之还有爆炸风险，人们先后采用天然泡沸石、磺化煤、离子交换树脂等解决了这一问题，也带动了离子交换法在其他水处理领域，尤其是饮用水处理领域的应用。常见的离子有硬水软化处理。
2 分离纯化，冶金、医药、有机合成。
金属盐、有机酸、胺、氨基酸等能够产生的离子都能够被吸附到离子交换剂上，进而富集，从而达到 分离的效果，这个方法在分离工程中应用广泛，尤其是在低浓度大批量样品的处理中效果显著。
除了分离某一种特定物质 外，还可以利用离子交换层析等方法，批次分离多种物质。
3 催化剂
离子交换剂分为酸性、碱性、中性等种类，而不少化学反应需要酸性、碱性等物质作为催化剂，离子交换剂大量易得，使用方便，分离容易，可以作为很好的传统酸碱催化剂替代品使用。

3. 生物碱离子交换法分离的条件是

1.利用生物碱的碱性差异进行分离
方法：酸水-碱化-萃取法
注意：
①强碱在弱酸性条件下能形成生物碱盐，易溶于水；弱碱则需在较强酸性条件下形成生物碱盐而溶于水。
②成盐后，弱碱盐在弱碱条件下即可转变成游离生物碱，易溶于亲脂性有机溶剂；强碱盐则需在较强碱性条件下转变成游离生物碱，溶于亲脂性有机溶剂。
总碱中各生物碱的碱性不同，可用pH梯度萃取法进行分离。
具体方法有两种：
①总生物碱溶于亲脂性有机溶剂， pH由高至低依次萃取，生物碱可按碱性由强至弱先后成盐依次被萃取出而分离
②总生物碱溶于酸水，逐步加碱使pH值由低至高分离。
对于碱性有差别的两种生物碱，可采用调pH后简单萃取法分离。如从洋金花的乙醇浸出液中分离莨菪碱和东莨菪碱，利用二者碱性差别，将乙醇浸出液浓缩后碱化到pH 9～10，三氯甲烷萃取，三氯甲烷萃取液再用稀酸水萃取，将此酸水液用固体碳酸氢钠碱化后以三氯甲烷萃取，东莨菪碱因碱性小游离出来而被萃取出。水层再用氨水碱化至pH l0，用三氯甲烷可萃取出碱性稍强的莨菪碱。
2.利用溶解度差异进行分离
游离生物碱：如苦参中苦参碱和氧化苦参碱的分离
（氧化苦参碱的极性大于苦参碱，难溶于乙醚）
汉防己中汉防己甲素和汉防己乙素的分离
（汉防己甲素的极性小于汉防己乙素，可溶于冷苯）
生物碱盐：如麻黄中分离麻黄碱、伪麻黄碱
（在草酸中溶解度不同，麻黄碱溶解度小于伪麻黄碱）
3.利用特殊官能团进行分离
含羧基的生物碱能与碳酸氢钠生成羧酸盐而溶于水，可与其他碱分离；
酚性生物碱的酚羟基具有弱酸性，可与氢氧化钠溶液生成盐溶于水，而与其他非酚性生物碱分离。如在阿片生物碱中，吗啡具酚羟基而可待因无酚羟基，可用5%氢氧化钠分离。
内酯或内酰胺结构的生物碱可在碱性水液中加热开环生成溶于水的羧酸盐而与其他生物碱分离，在酸性下又环合成原生物碱而沉淀，如喜树碱。
4.利用色谱法进行分离
（1）吸附柱色谱
常用氧化铝或硅胶作为吸附剂，有时也用纤维素、聚酰胺等。以苯、氯仿、乙醚等亲脂性有机溶剂或以其为主的混合溶剂系统作洗脱剂。
（2）分配柱色谱
对某些结构特别相近的生物碱，可采用分配色谱法。
如三尖杉中的抗癌生物碱三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱的分离，两者结构仅差一个亚甲基。具体方法是以硅胶为支持剂，以pH 5.0缓冲液为固定相，pH 5.0缓冲液饱和的三氯甲烷溶液洗脱，首先洗脱的是高三尖杉酯碱，中间部分是二者的混合物，最后部分是三尖杉酯碱。
5.高效液相色谱法（HPLC）
优点：分离效能好、灵敏度高、分析速度快。
色谱柱类型：硅胶吸附色谱柱，C18反相色谱柱。
此外，制备型薄层色谱、干柱色谱、中压或低压柱色谱等也常用于分离生物碱。
水溶性生物碱（季铵碱）的分离
（一）沉淀法
实验室常用雷氏铵盐试剂纯化季铵碱。
（二）溶剂法
利用水溶性生物碱能够溶于极性较大而又能与水分层的有机溶剂（如正丁醇、异戊醇或氯仿-甲醇的混合溶剂等）的性质，用这类溶剂与含这类生物碱的碱水液反复萃取，使水溶性生物碱与强亲水性的杂质得以分离。
生物碱的色谱检识
常用方法：薄层色谱法、纸色谱法、高效液相色谱法和气相色谱法
（一）薄层色谱法
1.吸附薄层色谱法
（1）吸附剂
吸附剂常用硅胶和氧化铝。
硅胶适用注意：硅胶为酸性吸附剂，易造成拖尾或复斑，影响分离效果。可在涂铺硅胶薄层时加稀碱（0.1～0.5mol/L氢氧化钠）或缓冲溶液，制成碱性薄板；或使色谱过程在碱性条件下进行，即在展开剂中加入少量碱性试剂，如二乙胺、氨水等。
氧化铝本身显弱碱性，不经处理便可用于分离和检识生物碱，一般较常用，特别适合分离亲脂性较强的生物碱。
（2）展开剂
展开剂系统多以亲脂性溶剂为主，一般以三氯甲烷为基本溶剂。
若Rf值太小，加入适量甲醇、丙酮等极性较大的溶剂；
若Rf值太大，加入适量苯、环己烷等极性较小的溶剂。
在展开剂中加入少量碱性试剂，如二乙胺、氨水等，可改善分离效果。
2.分配薄层色谱
特别适用于分离有些结构十分相近的生物碱。
（1）支持剂与固定相：
通常选用硅胶或纤维素粉作支持剂，以甲酰胺或水为固定相。
甲酰胺适合分离弱极性或中等极性的生物碱；水适合分离水溶性生物碱。
（2）展开剂：
分离脂溶性生物碱，应以亲脂性有机溶剂作展开剂，如三氯甲烷-苯（1：1）等；
分离水溶性生物碱，则应以亲水性的溶剂作展开剂，如BAW系统（正丁醇-乙酸-水=4：1：5，上层）。
在配制流动相时，需用固定相饱和。
3.显色方法
①有色生物碱可直接观察斑点；
②具有荧光的生物碱在紫外光下显示荧光斑点；
③大多生物碱的薄层色谱可用改良碘化铋钾试剂显色，显橘红色斑点。（如碘化铋钾不显色，可选用其他特殊显色剂）

4. 离子交换分离法

将含有镍的9mol/LHCl溶液，流经氯型强碱性阴离子交换树脂柱，由于铁、钴、铜、锌、内铋等金属离子在盐酸溶液中形容成相应的配阴离子，而被吸附在阴离子交换树脂柱中。镍在此条件下不形成配阴离子，因而不被树脂所吸附，仍留在溶液中，由此可与上述金属离子得到分离。与镍一起进入溶液的有碱金属，碱土金属以及钛、钒、锰等。

AG50W阳离子交换树脂从6mol/LHCl-丙酮介质中吸附分离镍，镍的分配系数可达227。在同一条件下，易形成氯配阴离子的一些元素分配系数在1以下，而铁、钴、铜、锌、镉、汞、铅、铋、锰、钼、钒、镓、铟、铀等的分配系数不超过4;因此，镍可与上述元素得到完全分离。

5. 离子交换法

阳离子交换树脂对碱金属的吸附能力随其水化物离子半径的减小而增强专。根据碱金属属的活度系数，阳离子交换树脂对其吸附能力的次序为:Cs>Rb>K>NH⁺₄>Na>Li。

有些无机化合物对碱金属有选择性的吸附作用，可作为离子交换剂用。

磷酸铝在水溶液中能吸附铷、铯，其分离系数比合成树脂还高。交换柱上的铷、铯可分别用稀硝酸及高于1mol/LHNO₃洗脱。

在硝酸溶液中，铷、铯可被磷钼酸铵吸附，与钾、钠、锂分离，再用2mol/L和6mol/LNH₄NO₃溶液洗脱铷、铯。当氧化钾含量低于50mg时，铷、铯回收率均在90%以上。

阴离子交换树脂在一定条件下，虽可用于碱金属彼此之间的分离，但大多数情况是作为分离其他元素用。

在盐酸溶液中，钴、锌、铁、镉形成稳定的氯阴离子，能被强碱性阴离子交换树脂吸附，或上述元素及钒与柠檬酸作用后，也可被阴离子交换树脂吸附而与碱金属分离。

钙、镁在EDTA的乙醇溶液中，或其他一些两价金属在有EDTA或乙酸盐存在下，均可被阴离子交换树脂吸附，因此可用作碱金属与碱土金属的分离。

6. 离子交换分离法的特点

1 分离效率高，既能实现相反电荷离子的分离，又能实现相近电荷离子的分离。
2 应用范围广，可以用于分离、富集、纯化。
3 使用方便，处理量大，多数可再生利用。
4 操作比较麻烦，周期长。

7. 离子交换分离法

磺酸型阳离子交换树脂在稀盐酸介质中，可吸附锆氧离子，经1～2mol/LHCl淋洗，仅钍和稀专土留在属交换柱上，钛则部分分离，其他多数元素均能分离。再用4mol/LHCl淋洗，即可使锆与钍和稀土分离。

此外，在盐酸-过氧化氢溶液中，锆(铪)均可吸附于阳离子交换柱上，再用柠檬酸或草酸淋洗可进行定量分离。

某些阴离子交换树脂在盐酸溶液中，能吸附锆、铪、铀和铈，钍不被吸附。在氢氟酸介质中，锆被吸附而与铝、铁分离。

8. 反渗透分离法和离子交换分离法各有什么优缺点

反渗透优点复：过滤精度高，可去除制大於0.0001微米的离子，通过半透膜的作用，简单的说就是，通过反渗透膜後，只允许水通过，其他的盐离子，微生物等等统统被截留。得到的水质较好。基本上不需要使用什么化料（可能有些需要添加阻垢剂或做清洗），纯物理法过滤，缺点就是能耗高，设备一次性投资大，使用若干年後换膜的费用也是一笔大支出。
离子交换的优点是可以选择性除去阳离子或阴离子，或者选择同时除去阳离子和阴离子，设备投资小。更换树脂的费用也稍低，缺点就是需要经常做树脂的再生，化料使用量大，同时带来再生废水的处理问题

9. 离子交换层析法原理是什么

离子交换层析法 （ion exchange chromatography，简称IEC）是从复杂的混合物中，分离性质相似大分子的方法之一，依据的原理是物质的酸碱性、极性，也就是所带阴阳离子的不同。电荷不同的物质，对管柱上的离子交换剂有不同的亲和力，改变冲洗液的离子强度和pH值，物质就能依次从层析柱中分离出来。
离子交换层析法大致分为5个步骤：
1. 离子扩散到树脂表面。
2. 离子通过树脂扩散到交换位置。
3. 在交换位置进行离子交换；被交换的分子所带电荷愈多，它与树脂的结合愈紧密，也就愈不容易被其它离子取代。
4. 被交换的离子扩散到树脂表面。
5. 冲洗液通过，被交换的离子扩散到外部溶液中。
离子交换树脂的交换反应是可逆的，遵循化学平衡的规律，定量的混合物通过管柱时，离子不断被交换，浓度逐渐降低，几乎全部都能被吸附在树脂上；在冲洗的过程中，由于连续添加新的交换溶液，所以会朝正反应方向移动，因而可以把树脂上的离子冲洗下来。
如果被纯化的物质是氨基酸类的分子，则分子上的净电荷取决于氨基酸的等电点和溶液的pH值，所以当溶液的pH 值较低，氨基酸分子带正电荷，它将结合到强酸性的阳离子交换树脂上；随着通过的缓冲液pH逐渐增加，氨基酸将逐渐失去正电荷，结合力减弱，最后被洗下来。由于不同的氨基酸等电点不同，这些氨基酸将依次被洗出，最先被洗出的是酸性氨基酸，如apartic acid和glutamic acid（在约pH3~4时），随后是中性氨基酸，如glycine和alanine。碱性氨基酸如arginine和lysine在pH值很高的缓冲液中仍带有正电荷，因此这些在约pH值高达10~11时才出现。

10. 离子交换分离法包括哪几个过程

【1】树脂的选择与处理；
【2】装柱过程；
【3】交换过程；
【4】洗脱过程；