Метод ионного обмена

Для концентрирования методом ионного обмена предназначены ионообменные смолы (иониты). Одни из них поглощают из раствора катионы и называются катионитами, другие сорбируют анионы (аниониты) .

Катиониты содержат активные функциональные группы —S0₃H, —СООН, которые прочно связаны с матрицей смолы. Подвижными (обменными) остаются только ионы водорода этих групп (Н-форма катионита) или заместившие их катионы (солевая форма).

Обменные ионы анионитов — гидроксид-ионы RNH₃—ОНили заместившие их анионы (солевая форма).

Из смол отечественного производства чаще всего применяют катиониты КУ-1, КУ-2, КУ-23, аниониты АН-2Ф, ЭДЭ-10П, АВ-16, АВ-17.

Ионный обмен подчиняется закону действующих масс и происходит в эквивалентных количествах. Схема катионного обмена:

где R- — нерастворимая органическая матрица смолы; Ме^п+ — катион, присутствующий в растворе (Na⁺, Са²⁺, А1³⁺).

Схема анионного обмена:

где R⁺ — нерастворимая органическая матрица анионита; А^п~ — анион, присутствующий в растворе (Cl^-, SO^^_, РО^-и др.).

Ионный обмен широко применяется для концентрирования катионов и анионов из разбавленных растворов. Для концентрирования катионов исследуемый разбавленный раствор (несколько литров) пропускают через слой катионита, сорбирующего все катионы. Затем вытесняют их из катионита как можно меньшим объемом хлороводородной кислоты (несколько миллилитров). Таким образом, удается повысить концентрацию определяемых ионов в десятки и сотни раз.

Ионный обмен наряду с другими методами (экстракция, дистилляция, электролиз, зонная плавка) очень распространен в техническом анализе для концентрирования примесей перед определением их в сверхчистых материалах. Это позволяет повысить чувствительность многих методов анализа (электрохимических, спектральных).

В сельскохозяйственном анализе ионообменное концентрирование применяют перед количественным определением микроэлементов или «инсектофунгицидных» ионов. В качественном анализе ионы концентрируют перед выполнением микрокристаллоскопических реакций. Анализ проводят либо в статических условиях, внося зерна ионита в исследуемый раствор, либо в динамических, пропуская анализируемый раствор через колонку — трубку, наполненную ионитом. При этом каждое зерно ионита накапливает обнаруживаемый ион.

Концентрирование ионов в статических условиях несложно: переносят 2—3 мл раствора в фарфоровый тигель, прибавляют 35—40 набухших зерен катионита (КУ-2, КУ-1 или КУ-23) в виде двух капель суспензии для концентрирования катионов; для извлечения анионов — такое же количество зерен анионита (АВ-17, АВ-16 или ЭДЭ-10П). Перемешивают содержимое тигля стеклянной палочкой в течение 5 мин, сливают жидкость. Зерна ионита, адсорбировавшие обнаруживаемые ионы, помещают в каплю реактива и фиксируют форму и цвет образовавшихся кристаллов. Этот метод позволяет повысить чувствительность многих реакций в десятки раз (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Повышение чувствительности реакций с применением катионитов.