Ионообменная хроматография. Структура и классификация ионитов. Принцип разделения компонентов смеси в ионообменной хроматографии. Закономерность, лежащая в основе

		Химия
		Решение задачи
		18 февраля 2021
		Выполнен, номер заказа №16875
		Прошла проверку преподавателем МГУ
		245 руб.

Ионообменная хроматография. Структура и классификация ионитов. Принцип разделения компонентов смеси в ионообменной хроматографии. Закономерность, лежащая в основе разделения (уравнение Никольского). Техника проведения процесса.

Ответ: В основе ионообменной хроматографии лежит обратимый стехиометрический обмен ионов, содержащихся в хроматографируемом растворе, на ионы веществ, называемых ионитами или ионобменниками. Иониты могут быть органические и неорганические, природные и синтетические. По знаку обменивающихся ионов различают катиониты (для обмена катионов) и аниониты (для обмена анионов). Наибольшее применение в ионообменной хроматографии находят синтетические макро- и микросетчатые органические ионообменники, имеющие большую обменную емкость, а также неорганические ионообменные материалы. Микросетчатые ионообменники способны к обмену ионов только в набухшем состоянии, макросетчатые – в набухшем и ненабухшем состояниях. Другим структурным типом ионообменников являются поверхностно-пленочные иониты, твердая сердцевина которых изготовлена из непористого сополимера стирола и дивинилбензола, стекла или силикагеля и окружена тонкой пленкой ионообменника. Общий диаметр такой частицы составляет около 40 мкм, толщина пленки ионита – 1 мкм. Недостаток таких ионообменников – сравнительно большой диаметр частиц и малая обменная емкость из-за низкой удельной поверхности, вследствие чего приходится работать с малыми пробами и, соответственно, использовать высокочувствительные детекторы. Кроме того, такие ионообменники достаточно быстро отравляются и не способны к регенерации. От вида функциональных групп, входящих в состав ионита, зависит, насколько сильно выражены кислотные или основные его свойства. В зависимости от этого различают четыре группы ионитов. 1. Сильнокислотные катиониты имеют в качестве функциональных групп сульфогруппу и фосфорную группу. Они используются в кислых, нейтральных и щелочных средах. 2. Слабокислотные катиониты имеют в качестве функциональных групп карбоксильные группы Важным свойством подобных катионитов является их высокое сродство к иону водорода. Даже небольшого количества разбавленной соляной кислоты достаточно для полной регенерации катионита. Слабокислотные катиониты работают в щелочных и нейтральных средах. 3. Сильноосновные (высокоосновные) аниониты имеют в качестве функциональных групп четвертичные аммониевые группы. 4. Слабоосновные (низкоосновные) аниониты в качестве функциональных групп имеют аминогруппы разной степени замещения. Они работают в кислых и нейтральных средах. В ионообменной хроматографии разделение компонентов смеси достигается за счет обратимого взаимодействия ионизирующихся веществ с ионными группами сорбента. Сохранение электронейтральности сорбента обеспечивается наличием способных к ионному обмену противоионов, расположенных в непосредственной близости к поверхности. Ион введенного образца, взаимодействуя с фиксированным зарядом сорбента, обменивается с противоионом. Вещества, имеющие разное сродство к фиксированным зарядом, разделяются на анионитах или на катионитах. Аниониты имеют на поверхности положительно заряженные группы и сорбируют из подвижной фазы анионы. Катиониты соответственно содержат группы с отрицательным зарядом, взаимодействующие с катионами. В качестве подвижной фазы используют водные растворы солей кислот, оснований и растворители типа жидкого аммиака, т.е. системы растворителей, имеющих высокое значение диэлектрической проницаемости и большую тенденцию ионизировать соединения. Обычно работают с буферными растворами, дозволяющими регулировать значение рН. Ионообменную реакцию можно представить уравнением , где  заряды обменивающихся ионов Константа равновесия этой реакции называется константой ионного обмена. . Все показатели с черточкой относятся к иониту, без черточки - к раствору. Возведя правую и левую части уравнения в степень , получим уравнение Никольского. По технике проведения анализа ионообменная хроматография сходна с молекулярной и может осуществляться по элюентному (проявительному), фронтальному и вытеснительному вариантам. Отличие между молекулярной и ионообменной хроматографией состоит в том, что в молекулярной хроматографии разделенные компоненты смеси элюируются из колонки чистым элюентом, а в ионообменной в качестве элюента используют раствор электролита. При этом обмениваемый ион элюента должен сорбироваться менее селективно, чем любой из ионов разделяемой смеси. При проведении проявительной ионообменной хроматографии, которая применяется наиболее часто, колонку, заполненную ионитом, сначала промывают раствором электролита до тех пор, пока в ионите не произойдет полное замещение всех его ионов на ионы, содержащиеся в элюенте. Затем в колонку вводят небольшой объем раствора анализируемого вещества, имеющего в своем составе разделяемые ионы в количестве около 1% от емкости ионита. Далее колонку промывают раствором элюента, отбирая фракции элюата и анализируя их.