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高效離子交換色譜儀疏水性離子交換介質

高效離子交換色譜儀疏水性離子交換介質由基質、活性基團和可交換離子(反離子)組成,是一種與水親和力較小的合成樹脂,最常見的是由苯乙烯與交聯劑二乙烯苯反應生成聚合物,在此結構中再以共價鍵引入不同的電荷基團制成的。


一、按引入電荷基團的性質分類:
1、陽離子交換樹脂
陽離子交換樹脂的電荷基團帶負電,反離子帶正電,可與溶液中的陽離子或帶正電荷化合物進行交換反應。
按電荷基團酸性強弱可分為強酸性、弱酸性和中等酸性陽離子交換樹脂。
(1)強酸性陽離子交換樹脂:
強酸性陽離子交換樹脂一般是以磺酸基(-SO3H)為活性基團的離子交換樹脂。
含磺酸基的強酸性陽離子交換樹脂是以苯乙烯為母體,以二乙烯苯為交聯劑共聚后再經磺化引入磺酸基制成的。常用R-SO3H表示,其中R表示樹脂的骨架。
1)特點:
強酸性樹脂化學性質穩定,耐強酸、強堿、氧化劑和還原劑,不溶于酸、堿和常見的有機溶劑,耐熱超過100℃。
強酸性樹脂的電離率基本不受pH影響,離子交換作用的pH范圍寬。
樹脂使用一段時間后要進行再生處理,即用化學藥品使樹脂的官能團恢復到原來的狀態。強酸性樹脂是用強酸進行再生處理,由于強酸性樹脂與H+結合力弱,再生為氫型比較困難且耗酸量較大,一般為該樹脂交換容量的3~5倍。
2)應用:
主要用于軟水和無鹽水的制備。
在鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素和賴氨酸等提取精制中應用也較多。
(2)弱酸性陽離子交換樹脂:
弱酸性陽離子交換樹脂是含羧基(-COOH)和酚羥基(-C6H4OH)等弱酸性基團的離子交換樹脂。其中以含羧基的離子交換樹脂應用最廣。
1)特點:
弱酸性基團的電離程度受溶液pH影響很大,在酸性溶液中幾乎不發生交換反應,即只有在pH≥7的溶液中才有較好的交換能力,pH值越小,離子交換能力越小。
弱酸性樹脂和H+結合力很強,容易再生為氫型且耗酸量少。
2)應用:
常用101×4樹脂分離提取鏈霉素、正定霉素、溶菌酶和尿激酶,用122樹脂進行鏈霉素的脫色和從慶大霉素廢液中提取維生素B12等。
(3)中等酸性陽離子交換樹脂:
中等酸性陽離子交換樹脂是含磷酸基(-PO3H2)等活性基團的離子交換樹脂。
2、陰離子交換樹脂:
陰離子交換樹脂是在基質骨架上引入季胺基[-N(CH3)3]、叔胺基[-N(CH3)2]、仲胺基[-NHCH3]和伯胺基[-NH2]制成的。陰離子交換樹脂的化學穩定性和熱穩定性能都不如陽離子交換樹脂。
按胺基堿性強弱可分為強堿性、弱堿性和中等堿性陰離子交換樹脂。
(1)強堿性陰離子交換樹脂:
強堿性陰離子交換樹脂是以季胺基為交換基團的離子交換樹脂。
活性基團有三甲胺基(-N(CH3)3)(Ⅰ型)和二甲基-β-羥基乙胺基 (-N(CH3)2(C2H4OH))(Ⅱ型),Ⅰ型比Ⅱ型堿性更強,應用更廣泛。強堿性活性基團的電離程度大,在酸性、中性甚至堿性介質中都可以顯示離子交換功能。
1)特點:
強堿性樹脂的電離率基本不受pH影響,離子交換作用的pH范圍寬。
強堿性樹脂的氯型比羥型更穩定,耐熱性更好,大多為氯型。
強堿性樹脂與OHˉ結合力比較弱,再生時耗堿量較大。
2)應用:
常用201×4樹脂進行卡那霉素、慶大霉素、巴龍霉素和新霉素的精制脫色,用201×7樹脂進行無鹽水的制備等。
(2)弱堿性陰離子交換樹脂:
弱堿性陰離子交換樹脂是以叔胺基、仲胺基和伯胺基為交換基團的離子交換樹脂。
1)特點:
弱堿性基團在水中解離程度很小,僅在中性和酸性介質中才顯示離子交換功能,即交換容量受溶液pH影響較大,pH值越小,離子交換能力越大。
弱堿性基團與OHˉ結合力很強,易再生為羥型且耗堿量少。
2)應用:
常用330樹脂分離頭孢菌素C,用于博來霉素和鏈霉素等精制。
(3)中等堿性陰離子交換樹脂:
中等堿性陰離子交換樹脂是既含強堿性基團又含弱堿性基團的離子交換樹脂。
3、螯合離子交換樹脂:
螯合離子交換樹脂含有具有螯合能力的基團,可以形成離子鍵和配位鍵。
主要用于脫除金屬離子。
4、兩性樹脂:
兩性樹脂是同時含有酸、堿兩種基團的離子交換樹脂,相反電荷的活性基團可以在同一條分子鏈上,也可以在兩條相接近的大分子鏈上。有強堿-弱酸型和弱酸-弱堿型。
兩性樹脂再生是當溫度自25℃升至高85℃時,水的解離度增加,使H+和OHˉ的濃度增大30倍。可作為再生劑。
二、按骨架結構分類:
合成疏水性離子交換樹脂時,通過高分子化學加聚反應先合成骨架,然后在骨架上引入功能基團。若合成過程中加入致孔劑,可得大孔型離子交換樹脂,否則為凝膠型離子交換樹脂。
1、凝膠型離子交換樹脂:
(1)特點:
由苯乙烯或丙烯酸與交聯劑二乙烯苯聚合而成,透明,沒有毛細孔,吸水后形成微細的孔隙。
均孔型離子交換樹脂主要是凝膠型陰離子交換樹脂,孔徑均勻,交換容量大,機械強度高。
(2)應用:
適用于無機小分子的分離。
2、大孔型離子交換樹脂:
(1)特點:
由苯乙烯或丙烯酸與交聯劑二乙烯苯聚合,在合成時加入惰性致孔劑形成大網孔,再引入活性基團而制成。不透明,既有微孔又有大孔,吸附大分子,耐污染。
可通過致孔劑選擇調整孔徑大小和樹脂的比表面積,以適應不同的分離要求。常用致孔劑:良溶劑(能與單體互溶)有甲苯和四氯化碳;不良溶劑有長鏈醇(碳4~10)和煤油;高分子聚合物有聚苯乙烯和聚丙烯酸酯。
(2)大孔型離子交換樹脂與凝膠型離子交換樹脂的比較:
1)大孔型樹脂交聯度高,具有較好的化學和物理穩定性。
2)大孔型樹脂克服了凝膠型樹脂由于溶脹產生的“暫時孔”現象,減少了凝膠型樹脂在離子交換過程中的“有機污染”現象(大分子不易洗脫)。孔徑大,交換速度快,適合有機大分子交換。
3)大孔型樹脂完全失水也能維持多孔結構,適合非水溶液交換。
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