9.3.1 Ионообменная хроматография

Механизмом элементарного акта ионообменной хроматографии является гетерогенный обратимый стехиометрический обмен между ионами в растворе и неподвижными ионами, находящимися в твердой фазе.

При ионообменной хроматографии сорбентами служат ионообменники (иониты) - вещества, которые имеют в своем составе катионы или анионы, способные к обмену в растворе с другими катионами и анионами.

В качестве ионообменников могут служить естественные минералы или синтетические органические полимерные вещества.

Обменная способность органических ионообменников значительно выше, чем неорганических.

Важнейшие ионообменные смолы, это продукты сополимеризации стирола.

Такой полимер образует матрицу ионита. В процессе синтеза или после него в сополимер вводят функциональные группы, содержащие ионы, способные к обмену. Такие группы называются обменными. Если сополимер содержит группы SO₃Н, СООН, ОН, то он проявляет свойства катионообменника (катионита). Наличие групп N(CH₃)₂, NH₂CH₃ придает сополимеру свойства анионообменника. Способность ионита к обмену определяется степенью диссоциации обменных групп, которая зависит как от химической природы групп, так и от свойств раствора.

Важнейшими физико – химическими характеристиками ионообменных смол являются обменная емкость и набухаемость.

Обменная емкость - это мера способности ионита поглощать ион из раствора. Полная обменная емкость ионита (ПОЕ) определяется максимальным числом миллиграмм – эквивалентов ионов, которые могут быть поглощены 1г воздушно – сухого ионита.

Набухаемость характеризует изменение удельного объема ионита при погружении в раствор, а также при изменении состава и концентрации раствора.

Важной характеристикой хроматографического процесса является коэффициент распределения К_р, равный отношению равновесных концентраций исследуемого элемента в ионите и в растворе:

К_р =  , (8.14)

где С_и – равновесные концентрации в ионите;

С_р – равновесные концентрации в растворе.

Отношение коэффициента распределения обменивающихся ионов называется коэффициентом разделения:

(8.15)

Значение К_р используют для выбора оптимальных условий разделения радиоактивных элементов (ионов). Чем больше отношение коэффициента распределения двух элементов (т.е., чем выше коэффициент разделения, тем полнее разделение).

Эффективность разделения методом ионообменной хроматографии, в отсутствие комплексообразующих агентов, зависит от химической природы разделяемых ионов и условий разделения.

Эффективность ионообменных разделений в равновесных условиях возрастает с увеличением числа элементарных актов.

Если в качестве элюэнта используются комплексообразующие агенты, например ЭДТА, эффективность разделения элементов в этом случае обусловлена избирательностью их связывания в непоглощаемый ионитом комплексный ион.

В радиохимии для определения К_р вместо концентраций используют удельные радиоактивности:

К_р , (8.16)

где I_o и I_p – начальная и равновесная удельная радиоактивности раствора,

V – общий объем используемого раствора,

m – навеска сухого ионита.

Кроме ионообменной хроматографии, для разделения радиоактивных элементов используют также распределительную и осадочную хроматографию.