Применение ионообменников в аналитической химии

Ионообменники широко применяются в практике. Их используют при анализе руд, минералов, сплавов, вод, пищевых и других многочисленных объектов.

Одной из первых областей применения ионного обмена была теплотех-ника, где ионообменники использовались для деоинизации (обессоливания) воды. Принцип очистки воды прост. Воду последовательно пропускают через систему колонн, наполненных катионообменником в Н-форме и анионооб-менником в ОН-форме. В катионообменных колоннах происходит поглоще-ние катионов, например:

2HKat + CaCl₂ «CaKat ₂ + 2HCl

Далее вода, содержащая кислоты, поступает в колонку с анионообмен-ником и освобождается от анионов:

AnOH + HCl «AnCl + H₂ O

При выполнении аналитических работ все чаще требуются особо чи-стые реактивы. Предложен ряд эффективных методов очиски реактивов с применением ионного обмена. Например, на ионообменных колонках можно успешно очищать хлороводородную кислоту и ее соли от примесей железа. В концентрированных растворах ионы Fe³⁺ образуют устойчивые хлоридные комплексы. Если такой раствор пропустить через колонку с сильноосновным аниообменником в Cl форме, то железо полностью задерживается на колонке:

Важной проблемой в анализе является концентрирование веществ перед их определением в сильно разбавленных растворах (природные, промышлен-ные воды и др.). Раньше для этой цели упаривали большие объемы растворов, что сопряжено с затратой времени, энергии и возможными потерями веществ. Применение ионитов упрощает задачу. Пропускание разбавленного раствора через ионообменник позволяет задержать в колонке подлежащие определе-нию элементы. Последующее промывание колонки небольшим объемом под-ходящего элюента позволяет получить более концентрированный раствор анализируемого вещества. Предложены методы концентрирования ионов свинца, меди, серебра, железа и т.д. Особое значение имеет метод ионообмен-ного концентрирования в геохимии при анализе природных вод. Исключи-тельно важно концентрирование радиоактивных элементов, в частности, при определении в воде радиоактивных стронция, цезия, кобальта.

Широкое применение получил метод определения общей солевой кон-центрации растворов с помощью ионообменных смол. Сущность метода за-ключается в следующем. Вначале солевой раствор, например NaCl, пропус-кается через колонку с катионитом в Н форме. При этом катионы раствора бу-дут сорбироваться катионообменником, а в растворе образуется эквивалент-ное количество кислоты. Образовавшуюся кислоту определяют титриметри-ческим методом.

Такую же порцию исходного солевого раствора пропускают через ко-лонку с сильно основным анионообменником в ОН^- форме. Выделившееся эквивалентное количество щелочи определяют титрованием кислотой.

Широко применяются ионообменники при определении и разделении элементов и ионов. Так, например, сульфат-ионы отделяют от ионов щелоч-ных металлов и железа, пропуская последуемый раствор через колонку с ка-тионитом в Н-форме; в элюенте определяют серную кислоту. Это широко ис-пользуется при анализе сульфидных руд и других серосодержащих материа-лов. Большое значение имеет ионообменный метод отделения при определе-нии борной кислоты в ряде объектов (никелевые, свинцовые, борофтористо-водородные электролиты, природные воды). Борную кислоту отделяют от ме-шающих ее определению катионов также пропусканием раствора через ко-лонку с катионитом в Н-форме.

Метод ионообменной хроматографии широко применяется при разделе-нии редкоземельных элементов (лантаноидов).

В качестве элюетов при разделении используют растворы многих комплексантов. Так, для разделения циркония и гафния применяют щавеле-вую кислоту. При анионообменных разделениях часто используют растворы хлороводородной кислоты различной концентрации и смеси ее с фтороводо-родной, а также растворы серной кислоты, карбоната аммония и т.д.

Исключительное значение имеет ионообменная хроматография для ре-шения проблем охраны окружающей среды при анализе почв, природных и промышленных вод на содержание многих металлов и неметаллов, например, ртути, кадмия, цинка; радиоактивных стронция, бария, церия, хлоратов, нит-ратов, нитритов и многих других.