1. 影响阳离子交换量的因素有哪些
胶体数量、运卜哗胶体种类。阳离子交换量是土壤缓冲性能的主要来源,影响其交换量的因素有很多,如胶体数量,质地愈粘,土壤的交换量就愈大;胶体种类,腐殖质胶体具有极大的比表面积,腐殖质含量越高,阳离子交换量越大,土壤pH值,含腐殖质多的土壤,交换量受pH影响显著。阳离子又称旁行正离子,是指失弊蔽去外层的价电子以达到相对稳定结构的离子形式。
2. 什么是离子交换过程,影响离子交换过程的因素有哪些
离子交换是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达到提取或去除溶液中某些离子的目的。它是一种属于传质分离过程的单元操作。
离子交换法
一、前言
离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应,当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时,便会被离子交换固体吸附,为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。
离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状,其大小约为0.1~1mm,其离子交换能力依其交换能力特征可分:
1.
强酸型阳离子交换树脂:主要含有强酸性的反应基如磺酸基(-SO3H),此离子交换树脂可以交换所有的阳离子。
2.
弱酸型阳离子交换树脂:具有较弱的反应基如羧基(-COOH基),此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如Ca2+、Mg2+,对于强碱中的离子如Ca2+、K+等无法进行交换。
3.
强碱型阴离子交换树脂:主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之-N+(CH3)3,在氢氧形式下,-N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出,以进行交换,强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除。
4.
弱碱型阴离子交换树脂:具有较弱的反应基如氨基,仅能去除强酸中的阴离子如SO42-,Cl-或NO3-,对于HCO3-,CO32-或SiO42-则无法去除。
不论是离子交换树脂或是沸石,都有其一定的可交换基浓度,称为离子交换容量(ion exchange capacity)。对阳离子交换树脂而言,大约在200~500meq/100g。因为阳离子交换为一化学反应,故必须遵守质量平衡定律。离子交换树脂的一般方程式可以表示如下:
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离子交换的基本知识
为了除去水中离子态杂质,现在采用得最普遍的方法是离子交换。这种方法可以将水中离子态杂质清除得以较彻底,因而能制得很纯的水。所以,在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中,它是一个必要的步骤。
离子交换处理,必须用一种称做离子交换剂的物质(简称交换剂)来进行。这种物质遇水时,可以将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换,离子交换剂的种类很多,有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分,大概情况如表所示。此外,按结构特征来分,还有大孔型和凝胶型等。
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3. 全是干货丨离子交换色谱(IEC)原理、操作要点及应用
离子色谱分为三种类型:离子交换色谱、离子排斥色谱和离子对色谱,本文将深入分析离子交换色谱的基本原理、操作要点及应用。
离子交换色谱(IEC)是基于离子交换剂与周围介质中带电离子间的电荷作用力不同,实现分离的一种柱层析法。IEC所用色谱填料——离子交换剂,通常为人工合成的多聚物,包括基质、电荷基团和反离子三部分。基质多采用琼脂糖或葡聚糖凝胶,通过酯化、醚化或氧化等化学反应引入电荷基团,能与带相反电荷的化学物质进行交换吸附。离子交换剂在水中呈不溶解状态,能释放反离子,与溶液中的其他离子或离子化合物结合吸附。结合后,离子交换剂及被结合物的理化性质不改变。
IEC根据离子交换剂上可电离基团的不同,分为阴离子交换剂和阳离子交换剂。反离子带正电的(如Na+、H+)为阳离子交换剂,反离子带负电的(如Cl-)为阴离子交换剂。溶液中的离子通过离子交换柱时,竞争性结合离子交换剂上的荷电部位,移动速率取决于亲和力、电离程度及溶液中竞争性离子性质和浓度。
离子交换反应是可逆的。以RA代表阳离子交换剂,溶液中的阳离子A*与溶液中的阳离子B+可发生可逆交换反应,平衡遵循质量作用定律。离子交换剂对不同离子的结合力由其选择性决定,选择性可通过平衡常数K表示。K值反映离子交换剂对不同离子的结合力或选择性参数。
离子交换剂对有机碱的选择性随pK增大而增大,对两性化合物的选择性随等电点增大而增大。反之,对有机酸的选择性随pk减小而增大,两性化合物随等电点减小而增大。
溶液中离子与交换剂离子交换,电性越强越易交换。阳离子树脂在稀溶液中,交换量随电价增大而增大。强碱性树脂对负电性基团的结合力次序为CH3COO-,弱碱性阴离子交换树脂结合力次序为F-。蛋白质等电点是离子交换层析进行的重要依据,pH在等电点时分子无电荷,与交换剂间无静电作用。高于等电点时,分子带负电,结合阴离子交换剂;低于等电点时,带正电,结合阳离子交换剂。蛋白质与交换剂结合是可逆的,盐梯度或pH梯度可将吸附蛋白质从柱上洗脱。
离子交换剂应高度不溶,物理化学性质稳定,具有较多交换基团和大表面积或疏松孔状结构。离子交换剂分为疏水性和亲水性两大类。疏水性离子交换剂具有大交换容量、快流速和高机械强度,适用于小分子物质分离和蛋白质、核酸等纯化。亲水性离子交换剂适用于大分子多价电解质分离,具有良好的分辨率。
离子交换剂的选择需根据样品物质的理化性质。阴离子或阳离子交换剂的选择取决于被分离物质的电荷性质。两性电解质蛋白质的分离需根据pH决定。离子交换剂的基质影响分离效果,亲水性基质适用于生命大分子物质分离。交联度影响分离性能,小分子物质选择交联度大的介质。交换容量和交换速度是重要考虑因素。
缓冲液的选择需考虑pH、离子强度和对目标蛋白活性的影响。两性蛋白质的分离需调整缓冲液pH。常用防腐剂包括叠氮钠和乙基汞硫代水杨酸。
离子交换色谱的基本操作包括交换剂预处理、再生、转型、装柱、样品上柱、洗脱和收集。装柱时需均匀分布交换剂,避免气泡产生。洗脱是关键步骤,可通过改变离子强度或pH实现。
IEC广泛应用于蛋白质、多肽、氨基酸和有机酸等生化物质的分析分离,以及样品脱色。分离纯化蛋白质是IEC的主要应用之一。例如,通过凝胶亲和层析、离子交换层析和凝胶色谱等步骤,可有效分离纯化绿豆几丁质酶。蛋白质等电点的测定是IEC的另一重要应用,通过交换剂与蛋白质间的结合力随pH改变的特性实现。
4. 什么是离子交换过程,影响离子交换过程的因素有哪些
离子交换过程归纳为如下几个过程
1. 水中离子在水溶液中向树脂表面扩散
2. 水中离子进入树脂颗粒的交联网孔,并进行扩散
3. 水中离子与树脂交换基团接触,发生复分解反应,进行离子交换
4. 被交换下来的离子,在树脂的交联网孔内向树脂表面扩散
5. 被交换下来的离子,向水溶液中扩散
影响交换的主要因素有流速、原料液浓度、温度等。
流速
原料液的流速实际上反映了达到反应平衡的时间,在交换过程中,离子进行扩散—交换—扩散一系列步骤,有效地控制流速很重要。一般,交换液流速大,离子的透析量就高,未来及交换而通过树脂层流失的量增多。因此,应根据交换容量等选择适宜的流速。
原料液浓度
树脂中可交换的离子与溶液中同性离子既有可能进行交换,也有可能相斥,液相离子浓度高,树脂接触机会多,较易进入树脂网孔内,液相浓度低,树脂交换容量大时,则相反。但液相离子浓度过高,将引起树脂表面及内部交联网孔收缩,也会影响离子进入网孔。实验证明,在流速一定时,溶液浓度越高,溶质的流失量液越大。
温度
温度越提高,离子的热运动越剧烈。单位时间碰撞次数增加,可加快反应速率。但温度太高,离子的吸附强度会降低,甚至还会影响树脂的热稳定性,经济上不利,实际生产中采用室温操作较宜。