Phương phâp săc ký trao đổi ion dựa văo sự tao đổi thuận nghịch giữa câc ion của dung dịch định phđn tích vă câc ion đê bị hấp thụ trín nhựa trao đổi.
Nhựa trao đổi cĩ hai loại:
Loại 1: Loại cĩ khả năng hấp thụ câc cation gọi lă cationit. Loại 2: Loại cĩ khả năng hấp thụ câc anion gọi lă Anionit.
Cationit lă loại nhựa cĩ chứa câc nhĩm –SH, -SO3H, -COOH, - PO2H… vă được ký
hiệu tắc lă RH, R lă ký hiệu của gĩc nhựa.
Quâ trình trao đổi của Cation với nhựa cĩ thể biểu diễn bằng cđn bằng như sau:
R-H+ + Me+ R-Me+ + H+
Khi đĩ câc ion kim loại được giữ lại trín nhựa.
Anionit lă loại nhựa cĩ chứa câc nhĩm – NH2, … Hay câc nhĩm tương tự khâc vă được
viết tắc RNH3+OH-, nhựa năy trao đổi với Anion theo phương trình.
RNH3+OH + A- RNH3+A- + OH-
Khi đĩ anion được giữ lại trín nhựa.
1. Tâc dụng của nhựa
Mỗi loại nhựa trao đổi ion gọi chung lă ionit, cĩ khả năng hấp thụ một lượng nhiệt nhất định câc ion. Giâ trị đĩ gọi lă dung lượng của ionit.
Thường người ta biểu thị dung lượng của ionit bằng số miligam hay số mili đương lượng gam của ion bị 1 gam ionit hấp thụ.
Đa số câc ionit cĩ dung lượng khoảng từ 1 đến 8mĐg/1gam.
Dung lượng của ion của ionit phụ thuộc văo câc điều kiện khi tiến hănh hấp thụ (pH, nhiệt độ hấp thụ…, bản chất của ion hấp thụ vă phương phâp chế hô ionit).
2. Tâch câc ion ra bằng sắc ký trao đổi
Ionit hấp thụ câc ion ở điều kiện tỉnh cũng như động.
a. Trong điều kiện tỉnh
Trong điều kiện năy người ta cho thẳng ionit văo dung dịch khảo sât, giữa hăm lượng của ion cần xâc định bị hấp thụ lín ionit vă hăm lượng của nĩ nằm trong dung dịch cĩ một cđn bằng động.
b. Trong điều kiện động
Trường CĐCN Tuy Hịa Phđn tích cơng cụ
Trong điều kiện năy người ta cho dung dịch khảo sât chảy qua câc lớp ionit, khi đĩ cđn bằng giữa hăm lượng của ion cần xâc định trong dung dịch vă trong ionit khơng thiết lập được bởi vì dung dịch chuyển động từ trín xuống dưới, luơn luơn gặp những lớp ionit mới.
Trong thực tế người ta thường dùng phương phâp động, để tâch câc ion cần xâc định ra khỏi hỗn hợp câc ion khâc.
Trong một số trường hợp nếu tạo được những điều kiện thích hợp cho sự hấp thụ thì việc hấp thụ xêy ra rất chọn lọc.
Ví dụ: Cĩ thể tâch Cr vă Mn ra khỏi Fe, Al, Ni vă một số câc cation khâc bằng câch
oxy hô chúng đến CrO42- vă MnO4- , rồi dội dung dịch qua cột cationit, khi đĩ câc cation
được giữ lại trín cột cịn câc anion CrO42- vă MnO4- đi qua cột vă cĩ thể xâc định được trong dung dịch.
3. Giải hấp
Câc ion bị ionit hấp thụ, cĩ thể tâch ra (giải hấp) bằng dung dịch rữa ( dịch rữa) thích hợp.
Ví dụ: Cĩ thể giải hấp cation bằng dung dịch rữa axit, khi đĩ quâ trình giải hấp xêy ra ngược với quâ trình hấp thụ, câc ion kim loại chuyển văo dung dịch, cịn cation H+ thì lại bị cationit hấp thụ.
Để tâch chọ lọc câc ion, người ta thường dùng phương phâp rữa chọn lọc, bằng câch chọn thănh phần vă độ axit cảu dung dịch rữa thích hợp, ta cĩ thể tâch được từng ion ra khỏi cột, khi đĩ câc ion khâc vẫn bị hấp thụ trín cột.
Ví dụ: Ga vă Pb cùng bị hấp thụ trín cột cationit C50. Nếu ta rữa cột cationit bằng
dung dịch NH4CH3COO 3N thì chỉ cĩ ion Pb tâch khỏi ionit vă chuyển văo dung dịch rữa,
cịn lại Ga vẫn giữ lại trín cột cationit. Sau khi rữa hết Pb ta dùng dung dịch HCl 1,3N dội qua cột thì sẽ lấy được Gali.
4. Chuẩn bị thí nghiệm vă thí nghiệm
Để chuẩn bị cột nhựa trao đổi ion, ở phần dưới nhựa người ta đặt bong thuỷ tinh hay cột tấm thuỷ tinh xốp để giữ câc hạt ionit nhỏ, rđy vă chọn câc hạt nhỏ cĩ kích thước thích hợp vă cĩ đường kính 0,1 – 0,1mm.
Tuỳ theo nhiệm vụ nghiín cứu để nạp văo cột, câc hạt nhỏ sẽ lăm dung dịch khĩ chảy qua cột, cịn hạt lớn sẽ lăm giảm dung lượng của ionnit.
Trước khi nạp ionit văo cột cần phải chế hô nĩ.
Ví dụ: Đối với Cationit ta phải rữa câc cationit bằng dung dịch HCl, sau đĩ rữa nhiều lần bằng dung dịch muối Natri hay muối amoni.
Đối với anionit người ta chế hô hoăn toăn khâc tuỳ theo bản chất ionit vă mục đích dùng cột ionit.
Sau khi chế hô xong rữa cẩn thận bằng nước cất, sau đĩ rĩt văo cột cùng với nước để ionit được tạo yhănh một lớp dăy 30 – 40cm. Lớp ionit phải luơn luơn ngập dưới nước.
Kết luận: Chuẩn bị cột như vậy lă xong. Dung dịch khảo sât sau khi chuẩn bị xong cho chảy qua cột với tốc độ từ 2 đến 5 ml trong một phút.
Tuỳ theo nhiệm vụ đặt ra, ta giữ lại dung dịch đê qua cột hay bỏ đi, sau khi toăn bộ dung dịch đê cần phđn tích đê dội qua cột, ta rữa ngay cột nhiều lần bằng nước cất, tiếp đĩ ta giải hấp câc ion bị hấp thụ trín cột bằng dung dịch rữa thích hợp rồi tiến hănh phđn tích.
Việc tâch bằng ion khơng phức tạp, nếu ta chọn được ionit, phản ứng của dung dịch phđn tích, dịch rữa, câc điều kiện hấp thụ vă rữa thích hợp thì việc tâch sẽ hoăn toăn thănh cơng.
Phương phâp tâch bằng sắc ký trao đổi ion khơng những được sử dụng r?ng rải trong hô học phđn tích mă cịn giải quyết hăng loạt câc vấn đề trong thực tế sản xuất như tinh chế nước, tinh chế đường, tâch câc vết kim loại…
Để hiểu rỏ hơn việc tâch sắc ký trao đổi ion, ta lấy một ví dụ cụ thể
VD: Tâch Co vă Ni bằng phương phâp trao đỏi ion, việc tâch dựa văo sự hấp thụ câc ion Co vă Ni trín cột cationit rồi tâch chúng bằng dịch rữa axit Citric, sau đĩ dùng phương phâp trắc quang để xâc định Co vă Ni trong dịch rữa.
a. Xđy dựng đường chuẩn
Dùng pipet lấy văo 5 bình định mức dug tích 25 ml lần lượt 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 vă 1,25ml dung dịch chuẩn Ni cĩ hăm lượng 0,02g/ml. Thím dung dịch rữa đến vạch mức.
Dung dịch rữa pha như sau: Hoă tan 250 gam axit citric văo 2,5 lít nước cất, thím 5 gam phenol văo dung dịch vă pha loêng đến 5 lít, lắc đều dung dịch. Đo mật độ quang dung dịch ở bước sĩng 650nm, vẽ đường chuẩn A teo hăm lượng Ni.
Ta cũng xđy dựng đường chuẩn với dung dịch Co2+ (0,02g/ml), nhưng đo mật độ quang
ở bước sĩng 525nm.
b. Chuẩn bị cột trao đỏi ion
Nạp cationit KY -2 văo cột trao đổi cation, câc hạt cationit phải cĩ kích thước 0,1 – 0,2 mm, lớp cationit dăy 40,50 cm, rữa cationit lần lượt bằng 100ml dung dịch HCl 6N, 200ml
nước cất, 5ml dung dịch NH4Cl 5M cho đến khi dung dịch cĩ phản ứng kiềm theo metyl da
cam, sau đĩ rữa bằng 300 – 400 ml nước cất, tốc độ dẫn qua dung dịch 5 ml/phút, lớp ionit phải luơn luơn ngập dưới lớp dung dịch, cột trao đổi chế hô như vậy coi như lă xong vă cĩ thể dùng được.
c. Tâch Co vă Ni từ dung dịch chuẩn
Lấy 10ml dung dịch Co vă Ni cho văo cốc 50ml. Rĩt hỗn hợp năy văo cột trao đổi chuẩn bị như trín, rồi cho dung dịch chảy qua cột với tốc độ 5ml/phút ( chú ý luơn luơn giữ cho cột ngập dưới dung dịch). Rữa cột bằng 100ml nước cđt, sau đĩ rữa cột bằng dung dịch
Trường CĐCN Tuy Hịa Phđn tích cơng cụ
rữa, thu những dịch rữa văo ống đong cĩ chia độ, mỗi phần 10ml rữa tới khi dung dịch chảy
qua khơng cịn mău hồng của muối Co2+ tâch ra thì ngừng lại. Đo mật độ quang của từng
phần dung dịch rữa ở tai bước sĩng 650 nm vă 525nm, câc dự kiện thu được ghi văo bảng sau:
STT 1 2 3 4 …6
A525
A650
Hăm lượng từng phần dịch rữa Ni2+
Co2+
Hăm lượng của Co vă Ni xâc định bằng câch, dựa văo đường chuẩn xđy dựng ở trín. Nhưng trong câc phần dịch rữa thường cĩ mặt đồng thời cả Co vă Ni. Nín khi xâc định của Co vă Ni trong câc phần dịch rữa theo đường chuẩn phải hiệu chỉnh trước câc trị số mật độ quang thu được như sau:
A650thực = A650tìm được – 0,03 A525tìm được
A525thực = A525tìm được – 0,02 A650tìm được
Xâc định hăm lượng Co vă Ni tổng cộng, rồi so sânh với lượng đê lấy để phđn tích. Nếu kết quả sai lệch nhiều thì phải lăm lại.
d. Tâch Co vă Ni từ dung dịch chưa biết
Câc giai đoạn tâch tiến hănh như khi tâch dung dịch chuẩn vă cũng xâc định hăm lượng Co vă Ni cĩ trong mẫu phđn tích.