离子交换剂三部分

A. 离子交换色谱法的原理，装置及应用

原理：
离子交换色谱（ion exchange chromatography，IEC）以离子交换树脂作为固定相，树脂上具有固定离子基团及可交换的离子基团。当流动相带着组分电离生成的离子通过固定相时，组分离子与树脂上可交换的离子基团进行可逆变换。根据组分离子对树脂亲合力不同而得到分离。

装置：
（1）分离柱 装有离子交换树脂，如阳离子交换树脂、阴离子交换树脂或螯合离子交换树脂。为了减小扩散阻力，提高色谱分离效率，要使用均匀粒度的小球形树脂。最常用的阳离子交换树脂是在有机聚合物分子（如苯乙烯－二乙烯基苯共聚物）上连接磺酸基官能团（─SO3─）。最常用的阴离子交换剂是在有机聚合物分子上连接季铵官能团(─NH4)。这些都是常规高交换容量的离子交换树脂，由于它们的传质速度低，使柱效和分离速度都低。C.霍瓦特描述了一种薄膜阴离子交换树脂，它是在苯乙烯－二乙烯基苯共聚物核心上沉淀一薄层阴离子交换树脂，就象鸡蛋有一薄层外皮那样，离子交换反应只在外皮上进行,因此缩短了扩散的路径,所以离子交换速度高，传质快，提高了柱效。同样，在小颗粒多孔硅胶上涂一薄层离子交换材料也可得到相同类型的树脂。螯合离子交换树脂具有络合某些金属离子而同时排斥另一些金属离子的能力，因此这种树脂具有很高的选择性。除了离子交换柱外，其他高效液相色谱柱也可用于分离离子。
（2）抑制柱和柱后衍生作用 常用的检测器不仅能检测样品离子，而且也对移动相中的离子有响应，所以必须消除移动相离子的干扰。在离子色谱中，消除(抑制)移动相离子干扰的常用方法有两种。
①抑制反应，用抑制反应来改变移动相，使移动相离子不被检测器测出。离子色谱通常使用电导检测器。在抑制反应中??缍匝衾胱佣?裕?把高电导率移动相的氢氧化物转变成水,而样品离子则转变成它们相应的酸：
NaOH+H+─→Na++H2O
NaX+H+─→HX+Na+
在装有强酸性阳离子交换树脂的柱中进行抑制反应，使用一段时间后，这种树脂就需要再生，很不方便。改用连接有磺酸基(─SO3H)的离子交换膜(阳离子交换膜)或用连接有铵基(─NH4)的离子交换膜(阴离子交换膜)，就可以连续进行抑制反应。例如，阳离子交换膜可使阳离子通过它扩散过去，而阴离子则不能扩散过去。
1981年，T.S.史蒂文斯和斯莫尔等报道了中空纤维抑制法。这种纤维是由阳离子交换膜材料拉制而成。用这种方法不仅不需要再生抑制柱而且减小了峰的加宽，提高了柱效。一种比较新的膜技术是加一电场以加速离子的传递，该法与中空纤维法比较，其优点是反应时间短、交换能力高，并且可以用于阳离子和阴离子两者。
②柱后衍生作用，将从柱子流出的洗出液与对被测物有特效作用的试剂相混合，在一反应器中生成带色的络合物（见配位化合物）。对衍生试剂最重要的要求是它们与被测物能生成络合物，但不与移动相生成络合物。柱后衍生法能用于测定重金属离子，所用的衍生试剂有茜素红S等。
（3）检测器 分为通用型和专用型。通用型检测器对存在于检测池中的所有离子都有响应。离子色谱中最常用的电导检测器就是通用型的一种。紫外－可见分光光度计是专用型的检测器，对离子具有选择性响应。可变波长紫外检测器与电导检测器联用,能帮助鉴定未知峰,分辨重叠峰和提供电导检测器不能测定的阴离子，如硫化物及亚砷酸中的阴离子的检测。
在离子色谱中，电导检测法总是和抑制反应配合使用。这种检测器对分子不响应，如水、乙醇或者不离解的弱酸分子等。对于电导检测器，一个重要的条件是温度要稳定，所以检测池要放在恒温箱中，1982年H.萨托设计一种双示差电导检测器，消除了温度变化对检测的影响，可测定10-9摩尔的阴离子。

应用：
离子色谱主要用于测定各种离子的含量，特别适于测定水溶液中低浓度的阴离子，例如饮用水水质分析，高纯水的离子分析，矿泉水、雨水、各种废水和电厂水的分析，纸浆和漂白液的分析，食品分析，生物体液(尿和血等)中的离子测定，以及钢铁工业、环境保护等方面的应用。离子色谱能测定下列类型的离子：有机阴离子、碱金属、碱土金属、重金属、稀土离子和有机酸,以及胺和铵盐等。

B. 水处理工艺之离子交换法

离子交换法

离子交换法，是一种污水处理技术，通过离子交换剂与污水中离子间的交换反应，实现去除污水中污染物的目的。该方法具有特殊吸附过程的特点，主要吸附污水中的离子化物质，进行等当量的离子交换。

在污水处理中，离子交换法主要用于回收和去除污水中的金、银、铜、镉、铬、锌等金属离子，以及对有机污水进行处理和净化放射性污水。

离子交换法的反应过程是可逆的，通过水溶液与树脂间的固-液界面，实现离子交换。最常见的是水的软化、除盐、去除或回收污水中的重金属离子等。以水中阳离子与交换剂上的Na+进行交换反应为例，反应式为：2RNa + M2+====R2M+2Na+。

离子交换剂由骨架和交换基团组成，分为无机和有机两大类。无机离子交换剂包括天然沸石和人工合成沸石，沸石既可用作阳离子交换剂，也可用作吸附剂。合成无机物离子交换剂能排出大分子，广泛应用的分子筛包括合成毛沸石、合成菱沸石、合成丝光沸石等。有机离子交换剂包括磺化煤和各种离子交换树脂。

离子交换树脂是一种具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质，具有多孔结构的固体球形颗粒，粒径一般为0.6~1.2mm（大粒径树脂）、0.3~0.6mm（中粒径树脂）、0.02~0.1mm（小粒径树脂）。树脂不溶于水和电解质，结构包括不溶于水的树脂本体和活性交换基团。树脂本体由有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物构成，交联剂使树脂形成立体网状结构，交换基团由起交换作用的离子与树脂本体连接的离子组成。

离子交换树脂具有选择性，水中不同离子与树脂交换的能力不同。选择性的影响因素包括离子电荷量、原子序数和溶液浓度。特种离子交换树脂具有对特定目标污染物离子的选择性吸附能力，官能团在普通树脂基础上经过修饰改性或直接使用特殊物质制成，适用于特定行业、水质和目标污染物的去除。

常用的离子交换设备包括固定床、移动床和流动床。固定床离子交换设备将树脂装入容器，处理液流过树脂层，操作包括交换、反冲洗、再生和清洗。移动床离子交换器中树脂在运动中周期性移动，定期替换失效树脂和补充再生树脂。流动床离子交换装置分为压力式和重力式，重力式双塔流动床由交换塔、再生清洗塔、水射器和辅助管路组成。

C. 离子交换树脂的工作原理

离子交换树脂原理即是离子交换树把溶液中的盐分脱离出来的过程：

离子交换树脂作用环境中的水溶液中，含有的金属阳离子（Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂(含有的磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，在水中易生成H+离子)上的H+进行离子交换，使得溶液中的阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+交换到水中，（即为阳离子交换树脂原理）。

水溶液中的阴离子(Cl-、HCO3-等)与阴离子交换树脂（含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团，在水中易生成OH-离子）上的OH-进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH-交换到水中，（即为阴离子交换树脂原理）。而H+与OH-相结合生成水，从而达到脱盐的目的。

(3)离子交换剂三部分扩展阅读：

离子交换树脂使用方法：

1、预选。离子交换树脂的粒度一般控制在20-35目，有些可达到50目，因此在使用前要先干燥，粉碎，过筛，通常干燥时在烘箱中进行，亦可在装有五氧化二磷、氧化钙或者浓硫酸的干燥器中进行，粉碎时不要分得过细，否则影响实验收率。

2、预处理。强碱性离子交换树脂应先用20倍树脂体积的4%氢氧化钠水溶液处理，然后用10倍体积的水洗，再用10倍量4%盐酸处理，最后用蒸馏水洗至中性，然后将氯型转化成OH型，再转化成氯型，最后用10倍4%氢氧化钠水溶液处理。弱碱性离子交换树脂处理时只需用10倍量蒸馏水洗即可，不必洗至中性。

3、装柱。将处理好的树脂至于烧杯中，加水充分搅拌除掉气泡，静置几分钟待树脂大部分沉降后，倾去上层泥状颗粒；反复操作直至上层液澄清后，即可装柱。注意要在柱子底部放1cm后的玻璃丝，用玻璃棒将其压平，将树脂倒入柱子中，还要注意防止气泡产生。

4、树脂交换。将样品配制成一定浓度的水溶液，以适当流速通过柱子，亦可将样品溶液反复通过柱子，直到成分交换完全。用显色法检验成分是否交换彻底。

5、树脂洗脱。注意亲和力弱的成分先被洗下来，常用的离子交换树脂洗脱剂有强酸、强碱、盐类、不同pH缓冲溶液、有机溶液等，可选择梯度洗脱或者单一浓度洗脱。

6、树脂再生。

D. 梯度洗脱的分级梯度洗脱

分级梯度洗脱是依据各种离子或离子化合物与离子交换剂的结合力不同而进行分离纯版化的。离子交换层析的固权定相是离子交换剂，它是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的化学反应共价结合上某种电荷基团形成的。离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团和平衡离子。电荷基团与高分子聚合物共价结合，形成一个带电的可进行离子交换的基团。平衡离子是结合于电荷基团上的相反离子，它能与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。平衡离子带正电的离子交换剂能与带正电的离子基团发生交换作用，称为阳离子交换剂；平衡离子带负电的离子交换剂与带负电的离子基团发生交换作用，称为阴离子交换剂。

E. 亲和层析的原理 最好详细些

4
亲和层析
4.1
原理
亲和层析是应用生物高分子与配基可逆结合的原理，将配基通过共价键牢固结合于载体上而制得的层析系统。这种可逆结合的作用主要是靠生物高分子对它的配基的空间结构的识别。常用的生物亲和关系有酶-底物、底物类似物、抑制剂、激活剂、辅因子，抗体-抗原，激素-受体蛋白、载体蛋白，外源凝集素-多糖、糖蛋白、细胞表面受体，核酸-互补核苷酸序列、组蛋白、核酸结合蛋白等
〔10，11〕
。
4.2
离子交换剂
亲和层析的层析剂可分为3个部分:
（1）载体，载体起支架作用，一般是偶联凝胶或多孔玻璃珠。
（2）间臂，由于生物大分子的空间位阻作用，需加一间臂，其长度具有重要作用。太长则增加了非特异性疏水吸附作用，太短则起不到应有的作用。
（3）配基，这是亲和层析的核心物质，在分离中起特异性吸附欲分离物的作用。配基一般分为天然配基（包括糖结合配基和蛋白质结合配基）、染料配基、氨基酸类亲和配基、核苷酸及核苷酸类似物配基和仿生配基等几类。其中利用计算机辅助设计的仿生配基
〔12～15〕
和膜层析
〔16〕
代表了亲和层析的发展方向。不仅是配基本身的结构，它们与载体的连接方法也与层析的分离能力有关
〔17〕
。
4.3
影响因素与洗脱
亲和层析中配基与欲分离物吸附作用的大小主要与配基的空间结构有关，因此可以用分子间相互作用的平衡常数K
D
来衡量亲和作用强度
〔18〕
。但它们的结合力仍不外乎对应的功能基团之间的氢键、静电作用、疏水作用等。所以，除了可改变配基以改变亲和层析的作用强度以外，还可以通过改变pH和离子强度的方法来改变配基与生物大分子之间的亲和力，从而达到洗脱的目的
〔19〕
。但由于亲和层析的多样性，洗脱的条件常常需要通过实验来获得。除此以外，还可运用其它配基、抑制剂等物质与出层析剂上的配基或生物大分子产生竞争性结合，达到洗脱的目的，这种方法被称为专一性洗脱。专一性洗脱可以获得很高的分辨能力，但洗脱剂的价格较高，所以常与普通洗脱配合使用。值得注意的是，在洗脱时，会有少许配基与蛋白质一同被洗脱下来，因此常在其后加一凝胶层析以除去小分子的配基。
4.4
应用及举例
在实际使用中，配基与欲分离蛋白质之间的亲和力要控制在一定的范围之内，这是因为若亲和力太低，则分离的效果不好;若亲和力太高，则洗脱太困难。因此配基与欲分离蛋白质之间的K
D
值一般控制在10
-4
～10
-6
之间