ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение ионообменных смол в аналитической химии из "Cинтетические ионообменники" Ионообменные смолы находятся в распоряжении аналитиков уже около двадцати лет, но фактически только за последние шесть-семь лет большинство химиков, работающих в области анализа, все в большей и большей степени постигают огромные возможности, которые иониты открывают в аналитической химии. Применение этих смол открыло новую главу в химическом анализе, и в настояш,ий момент, при наличии многих новых методов, основанных на использовании ионитов, химики находятся только в самом начале этой главы. Конечно, были также и исследователи, которые с давних пор оценили значение этих смол и начали публиковать статьи, относящиеся к вопросам аналитического применения ионитов, уже в 1936 г. [c.58] Читатель может обнаружить, что из почти двух с половиной тысяч статей, перечисленных в классифицированном библиографическом обзоре, большая часть их относится именно к вопросам применения ионообменных смол в химическом анализе. При изучении этих статей оказывается, что практически нет такой области химии, в которой бы иониты не находили себе все более и более широкого применения. [c.58] В данной главе автор не предполагает обсуждать какие-либо конкретные аналитические методики, ибо беглый взгляд на библиографию показывает, что уже и сейчас их слишком много во всяком случае, краткие обзоры вряд ли имеют большую ценность, поскольку почти всегда приходится прибегать к изучению первоисточников. Поэтому в настоящей главе будут описаны лишь различные направления, в которых можно использовать ионообменные смолы для химического анализа. Однако прежде чем перейти к делу, следовало бы мимоходом подчеркнуть, что всякий аналитический метод, разработанный с помощью ионитов, обычно может найти себе промышленное применение без стадии опытной установки. Так, например, если на колонке высотой 25 мм можно отделить небольшую примесь никеля к микрограммовым количествам кобальта, то можно заранее утверждать с определенной степенью надежности, что этот же процесс можно осуществить в масштабе сотен килограммов с колонкой, скажем, 3 м высотой и 300 мм диаметром. В этом отношении ионообменные процессы отличаются от классических химических операций, путь перевода которых из лабораторного масштаба в крупнопромышленный усеян ловушками для неосторожных. [c.59] В США существует тенденция однократно использовать в колоннах для очистки воды вставные патроны из смесей ионитов когда эти патроны отрабатываются, их выбрасывают, заменяя свежими. За моментом отработки патрона следят, измеряя электропроводность вытекающей воды или вводя в смолы индикатор, который изменяет их цвет, скажем, из синего в желтый. [c.60] Как сообш,алось выше, можно получать воду с электропроводностью 0,07 - 10 ом- см, однако даже в этом случае нужно принять некоторые меры, чтобы эта вода была пригодна для аналитических целей. Однажды автор пользовался водой, полученной с помощью смешанного ионообменного фильтра и имевшей указанную электропроводность, к которой было прибавлено известное микроколичество цинка затем этот раствор после добавки подходящей щелочи был подвергнут полярографическому анализу. К нашему удивлению, ожидаемой волны на полярограмме при соответствующем значении потенциала полуволны не было обнаружено. После многих экспериментов мы нашли, что ничтожные следы органического вещества, присутствующего в воде, образовали комплексное соединение с цинком, в результате чего потенциал полуволны был сдвинут. Если бы мы не знали точно, что цинк присутствует, мы бы, конечно, не обнаружили его полуволну. [c.62] Релей предложил метод получения ионообменных смол, который, по его утверждению, снижает до минимума опасность загрязнений. Ниже приводятся его рассуждения. [c.62] КИМ натром и, наконец, опять перевести в солевую форму с помощью раствора хлористого натрия. Таким способом удается освободиться от продуктов превращения азотистых веществ, оставшихся на смоле в процессе ее производства. Аналогичным образом следует подготавливать к работе и катиониты, несколько раз осуществляя перевод их из кислотной в солевую форму и обратно. [c.63] После заключительной регенерации иониты нужно тщательно промыть дистиллированной водой. Расход воды на промывку (скорость 0,08 л1мин на л объема ионита) для анионита равен 16 л на 1 л смолы и для катионита — 12 л1л. После промывки влажные иониты хорошо перемешивают друг с другом в отношении 2 объема анионита на 1 объем катионита. [c.63] Ионообменная колонна должна быть изготовлена из полиэтилена, плексигласа или из стекла пирекс (натриевое стекло исключено). Диаметр ее не должен быть менее 75 мм минимальная высота слоя ионообменной смолы 610 мм. В более узких колоннах будет заметно проявлять себя стеночный эффект в колоннах со слоем смолы меньшей высоты время контакта при оптимальной скорости жидкости может оказаться слишком мало. В нижней части колонны должен находиться либо плотный фильтр из найлона или аналогичного материала, либо стеклянный (пирекс), пористый фильтр 1. [c.63] Элюат следует пропускать через дополнительную небольшую колонну, наполненную сульфированной полистирольной смолой (1—2% дивинилбензола) в водородной форме. Вместо этого можно воспользоваться пи-рексовой или полиэтиленовой трубкой, свободно набитой платинированным асбестом, к которому приложен высокий отрицательный по отношению к земле потенциал. [c.63] Из этих трех возможных путей элемента жидкости единственно желательным является, конечно, первый. Вероятность того, что жидкость пойдет именно по этому пути будет прямо пропорциональна высоте слоя и отношению объема колонны к внутренней поверхности ее стенки. [c.64] В нижних сечениях колонны смесь смол перестает вести себя как смешанный ионообменный фильтр вследствие нарушений гомогенного распределения зерен катионита и анионита в результате этого вторичные и третичные аминогруппы, образовавшиеся путем деградации четвертичных аммониевых групп, могут гидролизоваться и пeJзexoдить в раствор. Катионитовый фильтр удаляет эти вещества за счет адсорбции или ионного обмена, образуя воду. Коллоидальные частицы анионита также поглощаются этим фильтром. Такие частицы притягиваются и удерживаются также отрицательно заряженной поверхностью. [c.64] Комментируя эти рассуждения, Китченер считает, что для некоторых целей, например при исследованиях в области поверхностных явлений, лучше использовать воду, трижды перегнанную в аппарате, с кварцевым холодильником и имеющую электропроводность 0,3 ом см, чем воду с электропроводностью 0,07 ом см из смешанных ионообменных фильтров вода в этом случае все еще содержит ничтожные следы органических веществ, обладающих высокой поверхностной активностью. Автор должен согласиться с этим утверждением несомненно, что при работе в некоторых областях следует очень осторожно относиться к воде, очищенной с помощью смешанного ионообменного фильтра, ибо почти невозможно избавиться от микропримесей органических веществ . [c.64] Исследователи обнаружили, что указанные выше затруднения отсутствуют, если применять слабоосновные смолы они также исчезают со временем в случае использования сильноосновных смол, так как долгий срок службы последних приводит к расщеплению четвертичных аммониевых групп с образованием третичных. [c.65] При создании системы Гриффина — Релея было решено ввести в обычную смесь сильнокислотного и сильноосновного ионитов небольшое количество третьей смолы средней основности. Этим самым уже вначале искусственно создаются условия благоприятной работы, которые в отсутствие такой добавки появились бы сами собой лишь через определенный отрезок времени. Третий ионит, как и все третичные амины, гидролизуется в небольшой степени, создавая тем самым условия для эффективной нейтрализации сильного притяжения между двумя основными компонентами смеси. Одновременно с этим небольшое количество анионов и катионов, образовавшихся при гидролизе, нацело сорбируются при их движении вниз по колонне, в результате чего вытекающая вода имеет такое же хорошее качество, как и в случае двухкомпонентной смеси. Понятно, что этого результата нельзя получить, подвергая старению сильноосновную смолу, потому что если бы это было сделано, качество очищенной воды ухудшилось бы. [c.65] Изготовители колонн системы Гриффина — Релея ссылаются на практику, согласно которой лондонская водопроводная вода, очищенная по их способу, имеет удельное сопротивление, измеренное с помощью кон-дуктометрического моста, более 1 мегом1см. [c.65] Самуельсон, Дьюрфелд, Кунин и Барри отчетливо показали, что с уменьшением диаметра зерен сильно возрастает емкость колонн до проскока и что во всех случаях, когда желательно достичь количественного извлечения каких-либо ионов, явно необходимо пользоваться высокодисперсным ионитом. Это относится п к анионитам, и к катионитам. Как правило, можно принять, что чем меньше зерна смолы, тем эффективнее проходит ионный обмен. Автору известен случай, когда для полного удаления ртути из раствора понадобилась колонна высотой 1525 мм и диаметром 10 мм, но когда смолу измельчили до размера 200 меш, высоту этой колонны оказалось возможным уменьшить до 155 мм. Однако при этом необходимо было отсасывать жидкость из колонны, поскольку без приложения вакуума время пропускания раствора через колонку было чрезвычайно велико. Смолы, выпускаемые промышленностью, уже имеют размеры зерен, удовлетворительные для большинства аналитических операций в случаях, когда требуется большая активность, ионит можно растереть в ступке до желаемой степени измельчения. [c.66] Описание аналитических применений ионообменных смол сгруппировано в данной книге в нескольких разделах. [c.67] Со времени появления первого издания этой книги опубликовано очень много статей, описывающих разделение металлов путем перевода их в комплексные анионы, которые поглощают анионообменными смолами и затем элюируют. Типичным примером такой методики служит работа Иентцша и Фроттера [1. апа у1. СЬет., 144,17 (1955)], которые изучили сорбцию алюминия. [c.68] Вернуться к основной статье