53. Опишите основные характеристики ионообменных смол (набухаемость, емкость)

Ионообменники характеризуются степенью набухания и ем­костью. Степенью набухания называют объем упакованного в колонну обменника (в мл), приходящийся на 1 г его в сухом виде, и имеет размерность мл/г.

Максимальное количество ио­нов, которое может связать ионообменник, определяет его ем­кость, которая совпадает с концентрацией ионогенных групп. При этом часто используются термины полная и динамическая обмен­ная емкость. Полная обменная емкость (ПОЕ) — концентрация ионоген­ных групп и соответственно эквивалентная им концентрация противоинов в пересчете на единицу массы ионита. Таким образом, ПОЕ отражает способность ионита к поглощению определенного числа молей вещества в ионной форме и эквивалентное ему число молей ионогенных групп, приходящихся на единицу массы ионита (г или кг). ПОЕ обычно выра­жается в мМэкв/г (в миллимолях эквивалентов на грамм ионита). ПОЕ определяется экспериментально и в соответствии со своим физико-хи­мическим смыслом хи­мическим смыслом рассчитывается по уравнению:

где С_о и С_к — концентрации поглощаемого ионитом иона в объеме раствора, контактирующего с навеской ионита в статических условиях, в начальный и конечный момент времени после установления равновесия в системе, соответственно; V_m — объем раствора, m_s— навеска ионита.

При пропускании через сорбент раствора с сорбируемым веществом последнее может оказаться в выходящем растворе до того, как будет достигнуто состояние полного насыщения, т.е. до момента, когда извлечение сорбентом падает ниже определенной допускаемой величины. В этом случае рассматривают емкость сорбента до «проскока» и называют ее динамической обменной емкостью (ДОЕ).

— концентрации поглощаемого ионитом иона в объеме раствора до достижения в фильтрате концентрации C_K

Емкость выражается числом ммоль эквивалентов обмениваемо­го иона на 1 г сухого обменника (ммоль экв/г) или на 1 мл упакованного в колонну набухшего ионообменника (ммоль экв/мл) при значениях рН, соответствующих его полной иониза­ции.

Кроме того для высокомолекулярных ионов или амфолитов, например белков, вводят понятие «эффективная» емкость, котoрая зави­сит от размера молекулы амфолита, расстояния между ионогенными группами и степени доступности всего объема пори­стой матрицы обменника для этих молекул. Понятия емкости и эффективной емкости могут не совпадать. Иногда приходится снижать полезную емкость сорбента за счет изменения рН, уве­личивая при этом его эффективную емкость.

54. Опишите сильные и слабые катионообменники, анионообменники. Какое влияние оказывает на них изменение рН?

Поскольку ио­нообменная емкость сильных катионитов падает до нуля при низких рН, они не могут быть использованы при рН<1. Силь­ные аниониты должны применяться при рН<11, слабые ка­тиониты при рН>6, а слабые аниониты при рН<8. Этим объясняется широкое применение сильных ионитов, на которых может быть разделено большее количество веществ разных классов одно­временно, особенно если используется градиентное изменение рН. Сильно удерживаемые вещества, нестойкие при крайних значениях рН, могут разделяться на слабых ионитах. Еще раз под­черкнем, что сильные иониты полностью ионизированы в диа­пазоне рН=2—11. Слабые иониты полностью ионизированы в ограниченной области рН, и их ионизацией можно управлять, меняя рН элюента в пределах диапазона рабочих значений рН. Таким образом, к категории слабых могут быть отнесены ионообменники, значительно отличающиеся друг от друга. Для них характерно не только сужение рабочего диапазона рН, но и уменьшение прочности сорбции вещества внутри этого диа­пазона. Слабым ионообменникам, в частности анионитам с за­мещающими группами диэтиламиноэтила (ДЕАЕ), отдают пред­почтение в тех случаях, когда необходимо элюирование в мяг­ких условиях, например, при разделении белков и пептидов Катионообменники представляют собой специально синтезированные полимерные вещества, содержащие в своей структуре ионогенные группы кислотного характера: -SO₃H; - PO₃H; -COOH и др.