Применение ионообменников в аналитической химии

Ионообменники широко применяются в практике.Их используют при анализеруд,минералов,сплавов,вод,пищевых и других многочисленных

объектов.Одной из первых областей применения ионного обмена была теплотехника,где ионообменники использовались для деоинизации(обессоливания) воды. Принцип очистки воды прост. Воду последовательно пропускают через систему колонн,наполненных катионообменником в Н-форме и анионообменником в ОН-форме.В катионообменных колоннах происходит поглощение катионов, далее вода, содержащая кислоты, поступает в колонку с анионообменником и освобождается от анионов.

При выполнении аналитических работ все чаще требуются особо чистыереактивы.Предложенрядэффективныхметодовочискиреактивовс применением ионного обмена. Например, на ионообменных колонках можно успешно очищать хлороводородную кислоту и ее соли от примесей железа. В концентрированныхрастворахионыFe³⁺образуютустойчивыехлоридные комплексы. Если такой раствор пропустить через колонку с сильноосновным аниообменником в Cl форме, то железо полностью задерживается на колонке.

Важной проблемой в анализе является концентрирование веществ перед их определением в сильно разбавленных растворах (природные, промышленные воды и др.). Раньше для этой цели упаривали большие объемы растворов, что сопряжено с затратой времени, энергии и возможными потерями веществ.

Применение ионитов упрощает задачу. Пропускание разбавленного раствора черезионообменник позволяет задержать в колонке подлежащие определению элементы. Последующее промывание колонки небольшим объемом подходящегоэлюентапозволяетполучитьболееконцентрированныйраствор анализируемоговещества.Предложеныметодыконцентрированияионов свинца, меди, серебра, железа и т.д. Особое значение имеет метод ионообменного концентрирования в геохимии при анализе природных вод.Исключительно важно концентрирование радиоактивных элементов, в частности, при определении в воде радиоактивных стронция, цезия, кобальта.

Широкое применение получил метод определения общей солевой концентрации растворов с помощью ионообменных смол. Сущность метода заключается в следующем. Вначале солевой раствор, например NaCl, пропускается через колонку с катионитом в Н форме. При этом катионы раствора будут сорбироваться катионообменником, а в растворе образуется эквивалентное количество кислоты.Образовавшуюся кислоту определяют титриметрическим методом.

Такую же порцию исходного солевого раствора пропускают через колонку с сильно основным анионообменником в ОН⁻форме.Выделившееся эквивалентное количество щелочи определяют титрованием кислотой.

Широко применяются ионообменники при определении и разделении элементов и ионов. Так, например, сульфат-ионы отделяют от ионов щелочных металлов и железа, пропуская последуемый раствор через колонку с катионитом в Н-форме; в элюенте определяют серную кислоту. Это широко используется при анализе сульфидных руд и других серосодержащих материалов. Большое значение имеет ионообменный метод отделения при определении борной кислоты в ряде объектов (никелевые, свинцовые, борофтористоводородные электролиты, природные воды). Борную кислоту отделяют от мешающих ее определению катионов также пропусканием раствора через колонку с катионитом в Н-форме.

Метод ионообменной хроматографии широко применяется при разделении редкоземельных элементов (лантаноидов). В качестве элюентов при разделении используют растворы многих комплексантов. Так, для разделения циркония и гафния применяют щавелевую кислоту. При анионообменных разделениях часто используют растворы хлороводородной кислоты различной концентрации и смеси ее с фтороводородной, а также растворы серной кислоты, карбоната аммония и т.д.

Исключительное значение имеет ионообменная хроматография для решения проблем охраны окружающей среды при анализе почв,природных и промышленных вод на содержание многих металлов и неметаллов, например, ртути, кадмия, цинка; радиоактивных стронция, бария, церия, хлоратов, нитратов, нитритов и многих других.

Контрольные вопросы

1. На чем основан хроматографический способ разделения веществ? Что такое хроматограф? В чем ценность хроматографических методов?

2. Как классифицируются хроматографические методы по агрегатному состоянию фаз?

3. На чем основана ионообменная хроматография?

4. Катиониты и аниониты в хроматографии.

5. Перечислите способы получения хроматограмм?

6. Какими методами определяется полная обменная емкость ионообменника?

7. Что такое фактор разделения?

8. Для каких целей применяются ионообменники в аналитической химии?