DSCF6832

122

Po wprowadzeniu napęczniałego jonitu do roztworu soli między jonami związanymi z wymieniaczem a swobodnymi jonami w roztworze ustala się równowaga:

S_k-S0;H₃0⁺ +Me⁺ & S_K-SOjMe⁺ + H₃0⁺ S_A - Nff₃OH-+X- S* - Ntf₃X~ + OH-

gdzie:

Me⁺ - kation soli

X' - anion soli.

W obu przypadkach nastąpiła częściowa wymiana jonów, związanych z wymieniaczem, na inne dostarczone przez roztwór. Położenie równowagi zależy od powinowactwa jonów do danego wymieniacza, od stężenia substancji biorących udział w wymianie jonowej oraz od temperatury. Ilościowe usunięcie jonów z roztworu jest możliwe w układzie statycznym jedynie w wyjątkowych przypadkach. Dlatego proces wymiany jonowej prowadzi się w układzie dynamicznym, przepuszczając roztwór elektrolitu przez kolumnę wypełnioną jonitem, stąd nazwa chromatografii jonowymiennej. Jonity mogą być zastosowane w analizie nieorganicznej do oznaczania całkowitego stężenia soli w roztworze, do oddzielania jonów o przeciwnych znakach, np. przeszkadzających w analizie, do rozdzielenia jonów tego samego znaku wykorzystując różnice w powinowactwie tych jonów do jonitu oraz do zagęszczania śladów.

1. Kolumna jonitowa

Na rys. 43 przedstawiono kolumnę jonitową stosowaną do celów analitycznych. Jest to rurka szklana wypełniona napęczniałym jonitem, zamknięta od dołu kranem służącym do regulacji szybkości przepływu cieczy. Prawidłowa szybkość przepływu wynosi 2-5 ml/min. Ilość jonitu, a stąd wymiary kolumn, zależy zarówno od liczby równoważników substancji, którą chcemy adsorbować, jak i od pojemności wymiennej jonitu. Pojemność jonowymienną jonitu określa się ilością milirównoważników pierwiastka zatrzymanych przez jednostkę wagową wymieniacza. 1 gram wysuszonej na powietrzu żywicy jonowymiennej może związać 1,5-5 milorównoważników w zależności od gatunku. Wysokość złoża jonitu w kolumnie jest zwykle 10- do 20-krotnie większa od średnicy kolumny.

Od dołu kolumna połączona jest z kapilarą rurką przelewową, która uniemożliwia opadnięcie cieczy w kolumnie poniżej górnego poziomu warstwy

jonitu. Zabezpiecza to przed wysychaniem jonitu oraz przed przedostawaniem się pęcherzyków powietrza pomiędzy ziarna jonitu, co zmniejsza wydajność procesu. Również przy napełnianiu kolumny należy zapobiec przedostawaniu się pęcherzyków powietrza. W tym celu na pęczniały jonit wytrząsa się z wodą w zlewce, a następnie spłukuje do kolumny pozwalając ziarnom jonitu swobodnie opaść pod działaniem siły ciężkości. Warstwę jonitu w kolumnie umacnia się w górze i w dole zatyczkami z waty szklanej lub płytkami ze szkła porowatego.

Przygotowanie kolumny

Napełnioną kolumnę przemywa się 4-molowym roztworem kwasu solnego w celu usunięcia ewentualnych zanieczyszczeń (np. Fc⁵⁺), a następnie wodą destylowaną do reakcji obojętnej. Po takim zabiegu kationit znajduje się w formie wodorowej, a anionit w formie chlorkowej. Chcąc uzyskać kationit w formie amonowej lub sodowej przepuszcza się przez kolumnę roztwór NH₄C1 lub NaCl i przemywa wodą. Jeśli chcemy uzyskać anionit w formie wodorotlenowej, przez kolumnę przepuszcza się rozcieńczony (2-molowy) oztwór wodorotlenku sodowego, a następnie wodą do uzyskania odczynu obojętnego. T ak przygotowane kolumny zdolne są do wymiany jonowej.

Regeneracja kolumny

Proces regeneracji kolumny ma na celu przywrócenie jonitu do stanu gotowego do ponownej wymiany jonowej. Regenerację kolumny kationi-towej przeprowadza się przez przemycie ok. 2-mo-lowym roztworem kwasu solnego, a amonitowej przez przemycie rozcieńczonym roztworem wodorotlenku sodu, chlorku sodu albo kwasu solnego o stężeniu 1 mol/1 lub wyższym.

Po skończonej regeneracji odmywa się jonity wodą destylowaną do reakcji obojętnej. Nad jonitem pozostawia się warstwę wody destylowanej.

W zasadzie jedną i tą samą ilością wymieniacza można posłużyć się dowolną ilość razy pod warunkiem właściwego obchodzenia się. Z uwagi na to, że żywica jonowymienna, jako substancja organiczna jest podatna na utlenianie, na kolumnę nie należy wprowadzać substancji silnie utleniających, jak np.

Hj0₂ lub stęż. HNOj.