Основные величины, характеризующие ионообменный процесс. Обмен органических веществ.

 

Основной практической величиной, характеризующей эффекттивность применения ионитов для разделения смеси ионов является концентрационная константа равновесия соответствующей- ионообменной реакции или коэффициент избирательности — К_изб

где в квадратных скобках приведены концентрация обменивающих ионов в ионите, а в круглых — концентрация соответствующих ионов в растворе.

При К_изб = 1 обмен не избирателен. Если К_изб < 1, это значит, что Ме- имеет меньшее сродство к иониту, чем ион Н~. Если К_из6 > 1, то больше избирательность поглощения иона из раствора.

Для осуществления ионообменного поглощения ион из раствора должен продиффундировать к частице ионита, затем продиффундировать внутри ее к ионогенной группе и, наконец, должна произойти сама ионообменная реакция.

В зависимости от свойств и структуры матрицы ионита, концентрации ионов в растворе, их размеров и строения, а такжезаполнения ими ионогенных групп ионита, стадией, определяющей скорость ионообменного процесса, может быть либо внешняя, либо внутренняя диффузия. Скорость сорбции в случае внешнейдиффузии при линейной изотерме сорбции определяется уравнением:

da/dt = бетта(Со-С),

где а — концентрация иона в ионите в момент времени t; бетта — кинетический коэффициент, бетта = 3D1/(5 >г₀);

D_x — коэффициент внешней диффузии; S — толщина пленки жидкости вокруг зерна; г₀ — радиус зерна ионита; С₀ — исходная концентрация иона в растворе; С — концентрация иона в растворе в момент времени t, равновесная с а.

Скорость сорбции при внутренней диффузии выражается уравнением

da/dt = бетта₂(а₀ -а),

где бетта- кинетический коэффициент, бетта₂ = 3D₂/r₀²;

D₂— коэффициент внутренней диффузии;

rq — радиус зерна;

а₀ — концентрация ионов в ионите, равновесная с С₀.

Из приведенных формул следует, что для определения скорости ионообменного процесса весьма существенным является значение величин коэффициентов диффузии, которые характеризуют ионообменную систему. Для технологии важно установить, какой из процессов ответственен за скорость суммарного процесса, так как возможности ускорения поглощения при определяющей роли внешней или внутренней диффузии различны.

Ионообменная хроматография вмс.

Ионообменная хроматография — один из самых широко применяемых методов разделения и очистки белков, благодаря высокой способности сорбентов связывать белок (50,0 г белка на1 л ионообменной смолы) и возможности использования различных методов элюации (непрерывной и ступенчатой).

Основной принцип ионного обмена можно проиллюстрировать. На первом этапе водный раствор смеси белков пропускают через колонку с неподвижным слоем ионообменной смолы.

Одним из наиболее широко используемых для очистки белков ионообменником является карбоксиметилцеллюлоза — катионообменная смола, получаемая посредством введения карбоксиметильных групп (несущие отрицательный заряд) в целлюлозную матрицу. Белки в катионной форме (несущие положительный заряд) связываются с этой смолой электростатическими силами. Затем адсорбированный белок элюируют буферными растворами с возрастающим значением — рН.  Постепенное изменение свойств элюента приводит к том что слабосвязанные с носителем белки десорбируются первыми; затем — все более прочно связанные с ионообменником. Следовательно, подвижная фаза, которая до ввода в колонку вообще; содержала белков, на выходе из колонки будет обогащенно десорбированными белками. Полученный при промывании колоки элюат собирают в виде фракций небольшого объема. Аналогично осуществляют и хроматографию на ионообменных смолах диэтиламиноцеллюлозе.