2.5. Ионообменная хроматография

Хроматография представляет собой метод разделения и анализа смесей, который основан на различном распределении ее компонентов между неподвижной и подвижной фазами. Когда смесь веществ проходит через хроматографическую колонку, заполненную сорбентом (это мелкораздробленная неподвижная фаза), в ней происходят динамические про цессы сорбции и десорбции молекул подвижной фазы. При этом в разной степени адсорбирующиеся компоненты поглощаются на разной высоте неподвижной фазы, т.е. на разных уровнях хроматографической колонки. Добавив растворитель, можно выделить (вымыть) фракции, содержащие отдельные вещества, ранее входящие в смесь, и таким образом разделить последнюю на компоненты. Наименее сорбируемый компонент смеси (скорость движения которого наибольшая) будет концентрироваться в нижней части хроматографической колонки и первым вымывается растворителем из нее. Хроматографические методы используются для разделения газов, паров и жидкостей в динамических условиях. Существуют различные виды хроматографии: адсорбционная, ионообменная, распределительная и др. Адсорбционная хроматография основана на различной способности компонентов смеси к адсорбции за счет действия межмолекулярных сил. Ионообменная хроматография основана на способности смеси к ионному обмену с сорбентом, происходящему в результате химического взаимодействия молекул (хемосорбция).

В последнем случае сорбент представляет собой высокомолекулярные органические вещества (синтетические смолы), имеющие группы, содержащие либо подвижный ион водорода, либо подвижный ион гидроксила. В первом случае это могут быть сульфогруппы – S0₃Н, карбоксильные группы – СООН и др., Во втором – анионы ОН^-, амминные группы NH₂^-, NH^2- и др. Такие сорбенты называются ионитами. Иониты, обменивающиеся с раствором катионами, называются катионитами, а обменивающиеся анионами — анионитами.

В общем виде реакции химического взаимодействия между ионитами и раствором можно представить следующим образом:

● на катионите

m∙R-H + Me^m+ ↔R_m-Me + m∙H⁺; (2.38)

● на анионите

n∙R-OH + A^n-↔R_n-A + n∙OH^- . (2.39)

Обмен катионов и анионов между ионитами и раствором происходит в количествах, равных или пропорциональных химическим эквива­лентам. Химическая реакция обмена ионов является обратимым процес­сом.

Метод ионообменной хроматографии применяется, в частности, для очистки воды от различных примесей, причем о количестве послед­них, поглощенных сорбентом, можно судить по изменению электропроводности раствора. Так, при прохождении жидкости через катионит за счет ионного обмена в растворе появляются наиболее подвижные катионы – ионы водорода, вследствие чего удельная электропроводность раствора увеличивается. При пропускании раствора через анионит освобождающиеся ионы ОН^- взаимодействуют с ионами водорода и образуют малодиссоциируемое соединение – воду Н₂0.

Электропроводность раствора при этом уменьшается. Степень очистки раствора можно контролировать и по изменению его кислотности (рН). Вода, очищенная от положительно и отрицательно заряженных ионов методом ионообменной адсорбции, называется деионизированной.