離子交換選擇性系數含義

Ⅰ 緊急求助，離子交換色譜的一個小問題

離子交換色譜法(ion exchange chromatography,IEC)
離子色譜分析法出現在20世紀70年代,80年代迅速發展起來,以無機、特別是無機陰離子混合物為主要分析對象.
離子交換色譜利用被分離組分與固定相之間發生離子交換的能力差異來實現分離.離子交換色譜的固定相一般為離子交換樹脂,樹脂分子結構中存在許多可以電離的活性中心,待分離組分中的離子會與這些活性中心發生離子交換,形成離子交換平衡,從而在流動相與固定相之間形成分配.固定相的固有離子與待分離組分中的離子之間相互爭奪固定相中的離子交換中心,並隨著流動相的運動而運動,最終實現分離.
表達式
離子交換色譜的分配系數又叫做選擇系數,其表達式為：
K_s=\frac{[RX^+]}{[X^+]}
其中[RX + ]表示與離子交換樹脂活性中心結合的離子濃度,[X + ]表示游離於流動相中的離子濃度
分離原理
離子交換色譜（ion exchange chromatography,IEC）以離子交換樹脂作為固定相,樹脂上具有固定離子基團及可交換的離子基團.當流動相帶著組分電離生成的離子通過固定相時,組分離子與樹脂上可交換的離子基團進行可逆變換.根據組分離子對樹脂親合力不同而得到分離.
陽離子交換:
陰離子交換:
式中"－－"表示在固定相上,Kxy和Kzm是交換反應的平衡常數,Z+和X-代表被分析的組分離子.M+和Y-表示樹脂上可交換的離子團.
離子交換反應的平衡常數分別為：
陽離子交換：
陰離子交換：
平衡常數K值越大,表示組分的離子與離子交換樹脂的相互作用越強.由於不同的物質在溶劑中離解後,對離子交換中心具有不同的親合力,因此具有不同的平衡常數.親合力大的,在柱中的停留時間長,具有高的保留值.
固定相
離子交換色譜常用的固定相為離子交換樹脂.目前常用的離子交換樹脂分為三種形式,一是常見的純離子交換樹脂.第二種是玻璃珠等硬芯子表面塗一層樹脂薄層構成的表面層離子交換樹脂,第三種為大孔徑網路型樹脂.它們各有特點,例如第二種樹脂有很高的柱效,但它的柱容量不大；第三種樹脂適用於非水溶液中物質的分離,因為它們的孔徑和內表面積大,不需要用水溶脹,便可滿意地使用.
典型的離子交換樹脂是由苯乙烯和二乙烯基苯交聯共聚而成：
其中,二乙烯基苯起了交聯和加牢整個構型的作用,其含量決定了樹脂交聯度大小.交聯度一般控制在4％～16％范圍內,高度交聯的樹脂較硬而且脆,也較滲透,但選擇性較好.在基體網狀結構上引入各種不同酸鹼基團作為可交換的離於基團.
按結合的基團不同,離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂.陽離子交換樹脂上具有與樣品中陽離子交換的基團.陽離子交換樹脂又可分為強酸性和弱酸性樹脂.強酸性陽離子交換樹脂所帶的基團為磷酸基（一）,其中和有機聚合物牢固結合形成固定部分,是可流動的能為其他陽離子所交換的離子.
陰離子交換樹脂具有與樣品中陰離子交換的基團.陰離子交換樹脂也可分為強鹼性和弱鹼性樹脂.
陰離子交換樹脂屬強鹼性,它是由有機聚合物骨架和一季胺鹼基團所組成,它帶有正電荷.而與相反的是可以移動的部分,它能被其它陰離子所交換
流動相
離子交換色譜的流動相最常使用水緩沖溶液,有時也使用有機溶劑如甲醇,或乙醇同水緩沖溶液混合使用,以提供特殊的選擇性,並改善樣品的溶解度.
離子交換色譜所用的緩沖液,通常用下列化合物配製：鈉、鉀、被的檸檬酸鹽,磷酸鹽,甲酸鹽與其相應的酸混合成酸性緩沖液或氫氧化鈉混合成鹼性緩沖液等.

Ⅱ 離子交換的基本原理和裝置運行方式

離子交換的基本原理和裝置運行方式

藉助於固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換，以達到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬於傳質分離過程的單元操作。離子交換是可逆的等當量交換反應。下面一起來了解一下離子交換的基本原理和裝置運行方式：

1.1離子交換的基本原理

水處理中主要採用離子交換樹脂和磺化煤用於離子交換。其中離子交換樹脂應用廣泛，種類多，而磺化煤為兼有強酸型和弱酸型交換基團的陽離子交換劑。

離子交換樹脂按結構特徵，分為：凝膠型、大孔型和等孔型;

按樹脂母體種類，分為：苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等;

按其交換基團性質，分為：強酸型、弱酸型、強鹼型和弱鹼型。

⑴離子交換樹脂的構造

是由空間網狀結構骨架(即母體)與附屬在骨架上的許多活性基團所構成的不溶性高分子化合物。活性基團遇水電離，分成兩部分：固定部分，仍與骨架牢固結合，不能自由移動，構成所謂固定離子，活動部分，能在一定范圍內自由移動，並與其周圍溶液中的其他同性離子進行交換反應，稱為可交換離子。

⑵基本性能

①外觀

呈透明或半透明球形，顏色有乳白色、淡黃色、黃色、褐色、棕褐色等，

②交聯度

指交聯劑占樹脂原料總重量的百分數。對樹脂的許多性能例如交換容量、含水率、溶脹性、機械強度等有決定性影響，一般水處理中樹脂的交聯度為7%～10%.

③含水率

指每克濕樹脂所含水分的百分率，一般為50%，交聯度越大，孔隙越小，含水率越少。

④溶脹性

指干樹脂用水浸泡而體積變大的現象。一般來說，交聯度越小，活性基團越容易電離，可交換離子的水合離子半徑越大，則溶脹度越大;樹脂周圍溶液電解質濃度越高，樹脂溶脹率就越小。

在生產中應盡量保證離子交換器有長的工作周期，減少再生次數，以延長樹脂的使用壽命。

⑤密度

分為干真密度、濕真密度和濕視密度

⑥交換容量

是樹脂最重要的性能，是設計離子交換過程裝置時所必須的數據，定量地表示樹脂交換能力的大小。分為全交換容量和工作交換容量。

⑦有效PH范圍

由於樹脂的交換基團分為強酸強鹼和弱酸弱鹼，所以水的PH值對其電離會產生影響，影響其工作交換容量。弱鹼只能在酸性溶液中以及弱酸在鹼性溶液中有較高的交換能力。

⑧選擇性

即離子交換樹脂對水中某種離子能優先交換的性能。除與樹脂類型有關外，還與水中濕度和離子濃度有關。

⑨離子交換平衡

離子交換反應是可逆反應，服從質量作用定律和當量定律。經過一定時間，離子交換體系中固態的樹脂相和溶液相之間的離子交換反應達到平衡，其平衡常數也稱為離子交換選擇系數。降低反應生成物的濃度有利於交換反應的進行。

⑩離子交換速率

主要受離子交換過程中離子擴散過程的影響。

其他性能：如溶解性、機械強度和耐冷熱性等。離子交換樹脂理論上不溶於水，機械強度用年損耗百分數表示，一般要求小於3%～7%/年。另外，溫度對樹脂機械強度和交換能力有影響。溫度低則樹脂的機械強度下降，陽離子比陰離子耐熱性能好，鹽型比酸鹼型耐熱好。

⑶樹脂層離子交換過程

以離子交換柱中裝填鈉型樹脂，從上而下通以含有一定濃度鈣離子的硬水為例，以交換柱的深度為橫坐標，以樹脂的飽和度為縱坐標，可繪得某一時刻的飽和度曲線。就整個交換過程而言，樹脂層的變化可分為三個階段。

1.2離子交換裝置運行方式

離子交換裝置按運行方式不同，分為固定床和連續床

⑴固定床的構造與壓力濾罐相似，是離子交換裝置中最基本的也是最常用的一種型式，其特點是交換與再生兩個過程均在交換器中進行，根據交換器內裝填樹脂種類及交換時樹脂在交換器中的.位置的不同，可分為單層床、雙層床和混合床。

單層床是在離子交換器中只裝填一種樹脂，如果裝填的是陽樹脂，稱為陽床;如果裝填的是陰樹脂，稱為陰床。

雙層床是離子交換器內按比例裝填強、弱兩種同性樹脂，由於強、弱兩種樹脂密度的不同，密度小的弱型樹脂在上，密度大的強型樹脂在下，在交換器內形成上下兩層。

混合床則是在交換器內均勻混雜的裝填陰、陽兩種樹脂，由於陰、陽樹脂混雜，因此原水流經樹脂層時，陰、陽兩種離子同時被樹脂所吸附，其產物氫離子和氫氧根離子又因反應生成水而得以降低，有利於交換反應進行的徹底，使得出水水質大大提高。但其缺點是再生的陰、陽樹脂很難徹底分層。於是又發明了三層混床新技術，保證在反洗時將陰、陽樹脂分隔開來。

根據固定床原水與再生液的流動方向，又分為兩種形式，原水與再生液分別從上而下以同一方向流經離子交換器的，稱為順流再生固定床，原水與再生液流向相反的，稱為逆流再生固定床。

順流再生固定床的構造簡單，運行方便，但存在幾個缺點：在通常生產條件下，即使再生劑單位耗量二至三倍於理論值，再生效果也不太理想;樹脂層上部再生程度高，而下部再生程度差;工作期間，原水中被去除的離子首先被上層樹脂所吸附，置換出來的反離子隨水流流經底層時，與未再生好的樹脂起逆交換反應，上一周期再生時未被洗脫出來的被去除的離子，作為泄漏離子出現在本周期的出水中，所以出水剩餘被去除的離子較大;而到了了工作後期，由於樹脂層下半部原先再生不好，交換能力低，難以吸附原水中所有被去除的離子，出水提前超出規定，導致交換器過早地失效，降低了工作效率。因此，順流再生固定床只選用於設備出水較小，原水被去除的離子和含鹽量較低的場合。

逆流再固定床的再生有兩種操作方式：一是水流向下流的方式，一是水流向上流的方式，逆流再生可以彌補順流再生的缺點，而且出水質量顯著提高，原水水質適用范圍擴大，對於硬度較高的水，仍能保證出水水質，所以目前採用該法較多。

總起來說，固定床有出水水質好等優點，但固定床離子交換器存在三個缺點：一是樹脂交換容量利用率低，二是在同設備中進行產水和再生工序，生產不連續，三是樹脂中的樹脂交換能力使用不均勻，上層的飽和程度高，下層的低。

為克服固定床的缺點，開發出了連續式離子交換設備，即連續床。

⑵連續床又分為移動床和流動床

移動床的特點是樹脂顆粒不是固定在交換器內，而是處於一種連續的循環運動過程中，樹脂用量可減少三分之一至二分之一，設備單位容積的處理水量還可得到提高，如雙塔移動床系統和三塔移動床系統。

流動床是運行完全連續的離子交換系統，但其操作管理復雜，廢水處理中較少應用。

Ⅲ 什麼是分配系數

分配系數，是指在一定溫度下，達到分配平衡時某一物質在兩種互不相溶的溶劑中的活度（常近似為濃度）之比。為一常數。分配系數可用於表示該物質對兩種溶劑的親和性的差異。

常用的溶劑體系是由水和一種與水不互溶的有機溶劑組成，如正辛醇-水體系，所得的分配系數稱為辛醇-水分配系數。用辛醇是因為該體系近似於體內脂細胞膜胞質溶膠體系對有機物的分配。

土壤化學研究中，固-液相分配系數指體系達到平衡狀態時溶質在固液兩相中的濃度比值，它可反映養分元素或其他化學物質在兩相中的遷移能力及分離效能·可用於研究土壤中元素或化合物的生物有效性

(3)離子交換選擇性系數含義擴展閱讀

分配系數的測定

一、注意事項

1、 從容器壁中溶出離子。在測定分配系數的實驗中，常常在酸性溶液中使用稀薄離子溶液（各離子濃度是10-4mol/L或10-3mol/L以下）。因此在使用玻璃容器進行實驗時，需要注意從玻璃中溶出的Na。

使用的玻璃容器需要預先用2 mol/L的硝酸溶液浸泡，使容器壁轉化為氫離子型後使用。移液管等玻璃器具也需要用酸清洗浸泡後使用。為避免Na的污染，用同樣方法處理聚乙烯塑料試驗容器也是有效的。

2、確認平衡。在低濃度溶液中進行離子交換實驗時，常常需要很長時間讓反應達到平衡（甚至有反應1個月的例子）。因此，先進行預備實驗求出達到平衡所需的時間，然後再進行分配系數的測定實驗。

二、測定方法

1、分配系數的測定。以H鹼金屬離子交換反應為例說明分配系數的測定法。首先，將離子交換材料裝入柱子中，流經酸溶液使交換材料轉化為氫離子型。取0.1 g氫離子型的離子交換材料裝入帶蓋子的聚乙烯管，

加入用硝酸調節酸濃度後的（10-4mol/L LiNO3+10-4 mol/L NaNO3 + 10-4mol/L KNO3 + 10-4mol/L RbNO3 + 10-4mol/L CsNO3）混合溶液10 cm3。在一定時間內慢慢晃動直至反應達到平衡。

用原子吸光法測定原液和平衡後上部澄清液中的金屬離子濃度。通過離子交換實驗前後金屬離子濃度的變化計算交換材料中的金屬離子含量，再通過以下公式計算分配系數：

Kd（cm3/g）=交換材料中的離子含量（mol/g）/溶液中的離子濃度（mol/cm3）

當50%的離子被交換材料吸附時，分配系數為100 cm3/g。用中和滴定法確定溶液的酸濃度，對低濃度的酸溶液測定其pH值。

2、弱酸性離子交換材料的分配系數。對於弱酸性離子交換材料，因為在酸性范圍內幾乎不進行離子交換，所以必須在中性至弱鹼性范圍內測定分配系數。在這種情況下，把鹼金屬硝酸鹽的一部分用鹼金屬氫氧化物代替可以提高溶液的pH值，由此求出分配系數

Ⅳ 離子交換系統平衡的目的

離子交換系統平衡的目的：離子交換樹脂在溶液中溶脹後，交換功能團的離子在樹脂網狀內部的水中並御殲擴散，溶液中的離子擴散至樹脂表面，然後再擴散至內部與功能團的離子交換。被交換的離子由樹脂內部擴散至溶液中。交換過程是可逆的。當溶液中的離子擴散進入樹脂內部的速率與交換的離子擴散進入溶液的速率拆搭相等時，達到了離子交換平衡，符合質量作用定律。交換反應如下式所示: Mn++nR—A←→Rn-M+nA+用濃度表示的平衡常絕沖數又稱選擇性系數。它反映了樹脂對M和A的親和力的大小。式中下標r表示在樹脂相的濃度，s表示在溶液中的濃度。

Ⅳ 離子交換選擇系數什麼意思

【精銳解答】指離子選擇性電極對待測(敏感)離子和干擾離子響應程度的判別,即外來離子(干擾離子)j對待...選擇性系數Kij是判斷離子選擇電極性能的重要參數之一，但它不是一個嚴格的常數，隨測定的方法和實驗條件不同而不相同。請採納，謝謝！

Ⅵ 離子交換的原理

有兩種理論可用於研究交換過程的選擇性：
① 多相化學反應理論假定離子A1與A2之間有如下的交換反應：
式中Z1和Z2分別為離子A1和A2的化合價;A1和A2表示存在於溶液相中的離子；凴1和凴2表示存在於樹脂相中的離子。以離子濃度C代替活度，依據質量作用定律,可得出離子交換平衡常數為： 式中C1、C2、叿1和叿2分別為A1、A2、凴1和凴2的離子濃度。此常數又稱選擇性系數。
②膜平衡理論認為樹脂表面相當於半透膜, 所交換的離子能自由通過；而連接在樹脂骨架上的離子不能通過。按照F.G.唐南膜平衡原理，可得出格雷戈爾公式：
式中R為摩爾氣體常數;T為絕對溫度；α1、α2、ā1和ā2分別為離子A1、A2、凴1和凴2的活度；π為滲透壓;堸為位於樹脂相的離子的偏摩爾體積。由上式可以看出，化合價較高、體積較小（即水化半徑較小）的離子，將優先與樹脂結合。因此，溶液中各種離子的化合價及體積相差越大，離子交換過程的選擇性越高。 離子交換是一種液固相反應過程，必然涉及物質在液相和固相中的擴散過程。在常溫下，交換反應的速度很快，不是控制因素。如果進行交換的離子在液相中的擴散速度較慢，稱為外擴散控制，如果在固相中的擴散較慢，則稱為內擴散控制。
早期的研究系從斐克定律（見分子擴散）出發，所導出的速率方程式只適用於同位素離子的交換。實際上，離子交換過程至少有兩種離子反向擴散。如果它們的擴散速率不等，就會產生電場，此電場必對離子的擴散產生影響。考慮到此電場的影響，F.G.赫爾弗里希導出相應的速率方程為：
式中N為物質通量；D為擴散系數；F為法拉第常數；φ為電極電位。