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高效离子交换色谱仪疏水性离子交换介质

高效离子交换色谱仪疏水性离子交换介质由基质、活性基团和可交换离子(反离子)组成,是一种与水亲和力较小的合成树脂,最常见的是由苯乙烯与交联剂二乙烯苯反应生成聚合物,在此结构中再以共价键引入不同的电荷基团制成的。


一、按引入电荷基团的性质分类:
1、阳离子交换树脂:
阳离子交换树脂的电荷基团带负电,反离子带正电,可与溶液中的阳离子或带正电荷化合物进行交换反应。
按电荷基团酸性强弱可分为强酸性、弱酸性和中等酸性阳离子交换树脂。
(1)强酸性阳离子交换树脂:
强酸性阳离子交换树脂一般是以磺酸基(-SO3H)为活性基团的离子交换树脂。
含磺酸基的强酸性阳离子交换树脂是以苯乙烯为母体,以二乙烯苯为交联剂共聚后再经磺化引入磺酸基制成的。常用R-SO3H表示,其中R表示树脂的骨架。
1)特点:
强酸性树脂化学性质稳定,耐强酸、强碱、氧化剂和还原剂,不溶于酸、碱和常见的有机溶剂,耐热超过100℃。
强酸性树脂的电离率基本不受pH影响,离子交换作用的pH范围宽。
树脂使用一段时间后要进行再生处理,即用化学药品使树脂的官能团恢复到原来的状态。强酸性树脂是用强酸进行再生处理,由于强酸性树脂与H+结合力弱,再生为氢型比较困难且耗酸量较大,一般为该树脂交换容量的3~5倍。
2)应用:
主要用于软水和无盐水的制备。
在链霉素、卡那霉素、庆大霉素和赖氨酸等提取精制中应用也较多。
(2)弱酸性阳离子交换树脂:
弱酸性阳离子交换树脂是含羧基(-COOH)和酚羟基(-C6H4OH)等弱酸性基团的离子交换树脂。其中以含羧基的离子交换树脂应用最广。
1)特点:
弱酸性基团的电离程度受溶液pH影响很大,在酸性溶液中几乎不发生交换反应,即只有在pH≥7的溶液中才有较好的交换能力,pH值越小,离子交换能力越小。
弱酸性树脂和H+结合力很强,容易再生为氢型且耗酸量少。
2)应用:
常用101×4树脂分离提取链霉素、正定霉素、溶菌酶和尿激酶,用122树脂进行链霉素的脱色和从庆大霉素废液中提取维生素B12等。
(3)中等酸性阳离子交换树脂:
中等酸性阳离子交换树脂是含磷酸基(-PO3H2)等活性基团的离子交换树脂。
2、阴离子交换树脂:
阴离子交换树脂是在基质骨架上引入季胺基[-N(CH3)3]、叔胺基[-N(CH3)2]、仲胺基[-NHCH3]和伯胺基[-NH2]制成的。阴离子交换树脂的化学稳定性和热稳定性能都不如阳离子交换树脂。
按胺基碱性强弱可分为强碱性、弱碱性和中等碱性阴离子交换树脂。
(1)强碱性阴离子交换树脂:
强碱性阴离子交换树脂是以季胺基为交换基团的离子交换树脂。
活性基团有三甲胺基(-N(CH3)3)(Ⅰ型)和二甲基-β-羟基乙胺基 (-N(CH3)2(C2H4OH))(Ⅱ型),Ⅰ型比Ⅱ型碱性更强,应用更广泛。强碱性活性基团的电离程度大,在酸性、中性甚至碱性介质中都可以显示离子交换功能。
1)特点:
强碱性树脂的电离率基本不受pH影响,离子交换作用的pH范围宽。
强碱性树脂的氯型比羟型更稳定,耐热性更好,大多为氯型。
强碱性树脂与OHˉ结合力比较弱,再生时耗碱量较大。
2)应用:
常用201×4树脂进行卡那霉素、庆大霉素、巴龙霉素和新霉素的精制脱色,用201×7树脂进行无盐水的制备等。
(2)弱碱性阴离子交换树脂:
弱碱性阴离子交换树脂是以叔胺基、仲胺基和伯胺基为交换基团的离子交换树脂。
1)特点:
弱碱性基团在水中解离程度很小,仅在中性和酸性介质中才显示离子交换功能,即交换容量受溶液pH影响较大,pH值越小,离子交换能力越大。
弱碱性基团与OHˉ结合力很强,易再生为羟型且耗碱量少。
2)应用:
常用330树脂分离头孢菌素C,用于博来霉素和链霉素等精制。
(3)中等碱性阴离子交换树脂:
中等碱性阴离子交换树脂是既含强碱性基团又含弱碱性基团的离子交换树脂。
3、螯合离子交换树脂:
螯合离子交换树脂含有具有螯合能力的基团,可以形成离子键和配位键。
主要用于脱除金属离子。
4、两性树脂:
两性树脂是同时含有酸、碱两种基团的离子交换树脂,相反电荷的活性基团可以在同一条分子链上,也可以在两条相接近的大分子链上。有强碱-弱酸型和弱酸-弱碱型。
两性树脂再生是当温度自25℃升至高85℃时,水的解离度增加,使H+和OHˉ的浓度增大30倍。可作为再生剂。
二、按骨架结构分类:
合成疏水性离子交换树脂时,通过高分子化学加聚反应先合成骨架,然后在骨架上引入功能基团。若合成过程中加入致孔剂,可得大孔型离子交换树脂,否则为凝胶型离子交换树脂。
1、凝胶型离子交换树脂:
(1)特点:
由苯乙烯或丙烯酸与交联剂二乙烯苯聚合而成,透明,没有毛细孔,吸水后形成微细的孔隙。
均孔型离子交换树脂主要是凝胶型阴离子交换树脂,孔径均匀,交换容量大,机械强度高。
(2)应用:
适用于无机小分子的分离。
2、大孔型离子交换树脂:
(1)特点:
由苯乙烯或丙烯酸与交联剂二乙烯苯聚合,在合成时加入惰性致孔剂形成大网孔,再引入活性基团而制成。不透明,既有微孔又有大孔,吸附大分子,耐污染。
可通过致孔剂选择调整孔径大小和树脂的比表面积,以适应不同的分离要求。常用致孔剂:良溶剂(能与单体互溶)有甲苯和四氯化碳;不良溶剂有长链醇(碳4~10)和煤油;高分子聚合物有聚苯乙烯和聚丙烯酸酯。
(2)大孔型离子交换树脂与凝胶型离子交换树脂的比较:
1)大孔型树脂交联度高,具有较好的化学和物理稳定性。
2)大孔型树脂克服了凝胶型树脂由于溶胀产生的“暂时孔”现象,减少了凝胶型树脂在离子交换过程中的“有机污染”现象(大分子不易洗脱)。孔径大,交换速度快,适合有机大分子交换。
3)大孔型树脂完全失水也能维持多孔结构,适合非水溶液交换。
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