Неподвижные фазы. В качестве неподвижных фаз в ионообменной хроматографии используются различные ионообменники.В качестве неподвижных фаз в ионообменной хроматографии используются различные ионообменники. Ионообменниками (ионитами) называют электролиты, у которых один ион является полимерным макроионом, а ионы противоположного знака могут обмениваться на ионы, находящиеся в растворе. По химическому строению ионообменник представляет собой полимер (полимерную матрицу), в составе которого имеются ионогенные функциональные группы. Полимерная матрица может быть неорганической или органической. Наибольшее практическое применение имеют ионообменники органической природы, главным образом, сополимеры стирола с дивинилбензолом. В зависимости от характера ионогенных групп, ионообменники подразделяются на катионообменники, анионообменники и амфотерные ионообменники: Катионообменники содержат в своей структуре ионогенные группы кислотного характера, анионообменники – основного. В состав амфотерных ионообменников входят и кислотные, и основные группы. Ионообменники, имеющие только один тип функциональных групп (например, только –SO3H), называются монофункциональными. Ионообменники, в состав которых входит более одного типа ионогенных функциональных групп (например, -SO3H и –OH), называются полифункциональными. В зависимости от силы кислотных групп, входящих в состав катионообменников, различают сильнокислотные, среднекислотные и слабокислотные катионообменники. Уравнение ионного обмена с участием сильнокислотного катионообменника имеет следующий вид: или в упрощенной форме: В рассматриваемом случае катионит состоит из матрицы R (полимерной смолы) и ионогенной группы –SO3-H+. Отрицательно заряженные группы –SO3- прочно связаны ковалентной связью с матрицей, и в условиях ионного обмена отщепляться не могут. Напротив, противоионы – положительно заряженные катионы водорода Н+, могут отщепляться от исходной ионогенной группы и обмениваться на катионы металла М+, которые переходят в фазу сорбента и удерживаются в ионогеной группе –SO3-М+. В целом осуществляется катионный обмен, при котором катионы металла М+, ранее входившие в состав подвижной фазы, остаются на катионите, а катионы водорода Н+ переходят в раствор и уносятся подвижной фазой. Аналогично катионообменникам, анионообменники также подразделяют на сильноосновные, среднеосновные и слабоосновные: Ионообменное равновесие с участием сильноосновного анионообменника записывается следующим образом: или Торговые названия наиболее часто применяемых ионообменников приведены в таблице 5.
КУ – катионит универсальный, КБ – катионит буферный, АВ – анионит высокоосновный, АН – анионит низкоосновный. Каждый ионообменник характеризуется ионообменной емкостью, которая представляет собой число функциональных групп, способных к ионному обмену в единице массы сухого или в единице объема набухшего ионообменника. На практике ионообменную емкость выражают количеством моль эквивалентов обменивающихся ионов на 1 г сухого или 1 мл набухшего ионообменника в Н- или ОН-форме при определённых условиях. Ионообменная емкость для большинства ионообменников находится в пределах 3 – 7 ммоль/г. Важной характеристикой ионообменника является степень поперечной сшивки, которую обычно выражают в виде процентного содержания дивинилбензола (ДВБ) в полимерной матрице. Содержание дивинилбензола может варьировать в пределах 2 – 24%, однако чаще всего применяют ионообменники с содержанием ДВБ 4 – 10%. Варьируя степень поперечной сшивки, можно получать ионообменники с различной селективностью. Так материалы низкой и средней пористости используют для разделения низкомолекулярных ионов, в то время как высокопористые – для ионов с большими молекулярными массами. Увеличение содержания ДВБ увеличивает механическую прочность, но при этом уменьшает пористость и способность к набуханию, а также растворимость ионообменных смол.
|
