Ионообменная хроматография

При контакте с растворами электролитов некоторые твердые вещества способны обмениваться ионами с раствором. Этой способностью обладают многие природные неорганические и органические соединения.

Вещества, способные к обмену содержащихся в них ионов на ионы раствора, в который они погружены, называют ионообменниками (ионита-ми).

В хроматографическом анализе неорганических веществ, используются главным образом ионообменники (ионообменные смолы) с матрицей, полу-ченной на основе полистирола. Свойства ионообменных смол в основном определяются числом и типом ионообменных групп и плотностью про-странственной сетки матрицы.

Если ионообменная смола содержит кислые ионогенные группы, то она является катионообменной смолой.

Наиболее часто такими группами являются – SO3H, - COOH, - OH, PO3H2 и т.д.

Анионообменные смолы имеют в своей структуре ионообменные груп-

+

пы основного характера, например - - N(CH₃)₂ = NH,- NH₂,º N. Следователь-

но, катионообменные смолы являются высокополимерными нерастворимыми

кислотами, а анионообменные смолы – высокополимерными нерастворимы-ми основаниями.

При внесении сухого ионообменника в воду ионная связь в нем ослаб-ляется и происходит его диссоциация, а при контакте набухшего ионообмен-ника с раствором электролита осуществляется процесс ионного обмена между противоионами ионообменника и ионами электролита с зарядом того же зна-ка.

Степень диссоциации ионообменника зависит главным образом от его химической природы и свойства раствора. Напрмер, катионообменники, со-держащие группу – SO3H (сильная кислота), хорошо диссоциируют и способ-ны к обмену ионов в кислой, нейтральной и щелочной среде. Поэтому они на-зываются сильнокислотными катионообменниками. Наоборот катионообмен-ники с ионогенной группой – СООН (слабая кислота) в кислой среде диссо-циируют плохо. Они способны к реакциям обмена только в нейтральной и щелочной средах, т.е. являются слабокислыми катионообменниками. Анало-гично, различают слабоосновные (способные к обмену лишь при рН<7) и сильноосновные (диссоциируют в кислой, нейтральной и щелочной средах) – анионообменники.

Одной из важнейших характеристик ионообменников является величи-на обменной емкости. Она определяется содержанием в ионообменнике ионо-генных групп и теоретически является постоянной величиной, зависящей от природы противоионов. Однако практически емкость зависит от ряда других факторов.

Различают полную обменную емкость и рабочую обменную емкость.

Полная обменная емкость учитывает общее количество поглощаемых проти-воионов является постоянной величиной. Рабочая емкость относится только к части противоионов, которая используется в хроматографических ионообмен-ных колонках в тех или иных производственных условиях. Она является ве-личиной переменной, зависящей от ряда условий (параметра колонки, зерне-ния ионообменника, скорости пропускания раствора и т.д.)

Емкость ионообменников выражается в миллиэквивалентах (МЭК) на грамм отмытого от сорбированных веществ и сухого ионообменника в водо-родной (для катионообменников) или хлоридной (для анионообменников) форме. Емкость также выражается в МЭК на 1 см³полностью набухшего ионообменника в Н ⁺ или Cl^- форме.

Для определения емкости используются статические и динамические методы. В статических методах ионообменник контактирует с постоянным объемом электролита. В динамическом методе определенное количество ионообменника помещают в колонку и через нее непрерывно пропускают раствор электролита.