cromatografia cu schimb de ioni

7/30/2019 Cromatografia cu schimb de ioni

1/18

Cromatografia de schimb ionic


2/18

Cromatografia de schimb ionic Este o varianta a cromatografiei pe coloana. Este o tehnica lichid

cromatografica in care se utilizeaza ca material de umplutura acoloanei schimbatori de ioni (SI) si care reprezinta faza stationara.

Schimbatorii de ioni (SI) sint substante macromoleculare custructura reticulate pe care sint grefate grupari acide sau baziceionizabile care in anumite conditii experimentale sint capabili saretina din solutia cu care vin in contact ioni si sa elibereze incantitate stoechiometrica ioni ce difuzeaza in solutie.

Schimbatori de ioni (SI) care retin cationi se numesc cationiti (SIC) siin general au in molecula grefate grupari acide ( R - H+).

Schimbatorii de ioni (SI) care retin anioni se numesc anioniti (SIA) siin general au in molecula grefate grupari bazice ( R + OH-).


3/18

Cromatografia de schimb ionic Structura unui cationit (SIC)-este un copolimer al stirenului cu

divinilbenzenul (DVB).

-----CH-----CH2----CH-----CH2------CH-----CH2----CH-----CH2-------/ / / /

C6H4 C6H4 C6H4 C6H4/ / / /

SO3H SO3H / SO3H--------CH-----CH2----CH-----CH2------CH----CH2-

/ /

C6H4 C6H4/ /

SO3H ----CH-----CH2-


4/18

Cromatografia de schimb ionic Acestea se obtin prin reactia rasinii cu acid clorosulfonic

cind are loc o substitutie in pozitie para a ciclurilorbenzenice.se introduc astfel in pozitia para gruparisulfonice SO 3H puternic acide.

Aceste rasini prezinta capacitati de schimb diferite in

functie de gradul de reticulare determinat de procentul deDVB si in functie de natura grupelor acide. Cationitii (SIC)puternic acizi contin gruparea SO 3H, slab acizi conturgruparea COOH; -OH-.

Anionitii (SIA) sint de tip baze tari si au incorporate grupariamino cuaternare, sau baze slabe care contin amineprimare sau secundare. Se prepara prin clormetilarearasinii urmata de tratarea cu aminele corespunzatoare.


5/18

Cromatografia de schimb ionic-----CH----------------CH2---------CH-----CH2-------- CH--------CH2----CH-----CH2-------

/ / / /C6H4 C6H4 C6H4 C6H4/ / / /

CH2-N(CH3)+Cl- CH2-N(CH3)+Cl- CH2-N(CH3)+Cl- CH2-N(CH3)+Cl-

Trebuie precizat ca (SI)-SIC si SIA au retele tridimensionale ca pot fi de naturaanorganica-produse minerale-aluminosilicati de tip zeolit sau silice sau obtinuti

prin sinteza organica, copolimeri stiren-divinilbenzen, rasini acrilice sau dinpolizaharide cum sint dextrani si celulozele. Deci, dupa originea lor, calea de obtinere, starea lor fizica schimbatorii de ioni pot

fi :anorganici si organici, naturali sau sintetici, solizi sau lichizi.


6/18

Cromatografia de schimb ionic Proprietatile fizico chimice ale schimbatorilor de ioni

1.GRADUL DE RETICULARE 2.STABILITATE CHIMICA 3.STABILITATE TERMICA 4.POROZITATE 5.GRANULATIE 6.IONIZARE 7.CAPACITATE DE SCHIMB IONIC 8.SELECTIVITATE 9.UMFLAREA


7/18

Gradul de reticulare 1.Gradul de reticulare (numarul de legaturi transversale

dintre lanturile polimerice) determina marimea porilorinterni a SI si viteza de difuzie a ionilor in interiorul rasinii.Gradul de reticulare este dependent de continutul in DVB.

Un GR mic determina o umflare apreciabila a granulelor

cind vin in contact cu un solvent polar, are porii mari,permite o difuziune buna a ionilor deci un schimb rapid. Un GR mare are porii mici, rigiditate mare si rezistenta

mecanica mare, umflarea este redusa, procesul de schimbionic este lent, ionii voluminosi nu pot difuza in interiorulgranulelor. Aceste SI sint selectivi.

Prin controlarea procesului de polimerizare rasina obtinutapoate fi microreticulara sau macroreticulara.


8/18

Stabilitate chimica

2.Stabilitate chimica. Presupune rezistenta lasolutii apoase de acizi sau baze sau chiar fatade anumiti reactivi; nu sint solubili in apa dar

in contact cu apa se umfla (gonflare) prinfixarea unor cantitati importante de apa proces exoterm.


9/18

Stabilitate termica

3.Stabilitate termica. De obicei procesele deschimb ionic au loc la temperatura obisnuita,uneori se poate lucra si la temperaturi mai

mari. Schimbatori de tip rasini sulfonice si sarurile

lor rezista pina la temperaturi de 80c, dar SI cugrupari de amoniu cuaternar nu suportatemperaturi mai mari de 50 c.


10/18

Porozitatea

4.Porozitatea -este data de numarul porilor peunitatea de suprafata si este directproportional cu gradul de

reticulare.Dimensiunea porilor determinaefectul de sitare al SI, care devin astfelpermeabili numai pentru ioni sau molecule deanumite dimensiuni.


11/18

Granulatia

5.Granulatia .Este data de dimensiunea particulelor de rasina (seprezinta sub forma de mici sfere sau granule), este factor importantprivind viteza de stabilire a echilibrului in procesele de separare.

Pentru aceeasi masa de rasina o granulatie mare ofera o suprafatamai mica de contact cu solutia deci o viteza de schimb si capacitatede schimb mai mica; o granulatie fina (mica) ofera o suprafata decontact cu solutia mai mare deci o viteza de schimb si capacitate deschimb mai mare, dar o viteza de curgere mai redusa.

Granulatia se exprima in mesh sau mm.

0 (fi)in mm=16 / mesh ( mesh numarul de ochiuri pe unitatea desuprafata-inch 2); 1 inch=2,5 cm.


12/18

Ionizarea 6. Ionizarea. Ionizarea gruparilor ce participa la schimbul ionic depinde de natura lor chimica. Astfel

grupele sulfonice si cele de amoniu cuaternar se ionizeaza puternic in timp ce grupele carboxil siamino sint mai putin ionizate.

-SO3H +H2O---> -SO3- +H3

+O, -SO3H +H2O-COO- +H3O

+, -COOH +H2O---->-COO- +H3O

+

-N+R3 Cl- +H2O---->-N +R3OH-+(H+Cl-),

-N+ -R Cl- +H2O-NH 3++OH-, -NH2+H2O


13/18

Capacitatea de schimb ionic 7.Capacitatea de schimb ionic. Capacitatea de schimb ionic (CSI) a

SI reprezinta cantitatea maxima de ioni exprimata in miliechivalentiobsorbiti de SI. Se exprima prin capacitatea specifica care estenumarul de miliechivalenti ioni absorbiti de un gram de Siuscat.Valorile oscileaza intre 1,5 si 10 si depend de tipul de rasina.

CSI se mai exprima si prin capacitatea volumetrica(CV) ce este datade numarul de miliechivalenti de ioni absorbiti de un cm 3 si imbibatcu apa.

Asa cum am mentionat mai sus ( vezi ionizarea) CSI depinde de ph-ul mediului in cazul Si slab bazici sau slab acizi.Pentru SI puternicacizi sau puternic bazici capacitatea de schimb nu este influientatade ph.

Practic coloana cromatografica a absorbit cantitatea maxima deioni adinci cind ionul introdus in partea superioara a coloanei seregaseste in elementul ce paraseste coloana.


14/18

Capacitatea de schimb ionic Reactiile de schim ionic sint reversibile si se pot reprezenta in general sub forma urmatoarei reactii:

AR +BS


15/18

Capacitatea de schimb ionic Reactiile de schimb ionic fiind reactii de echilibru i se poate aplica legea actiunii maselor:AR +BS


16/18

Selectivitatea 8.Selectivitatea. Este data de afinitatea dintre rasina si ionii ce se

schimba si depinde atit de rasina cit si de ionii ce se fixeaza.

Masura in care un ion este preferat fata de altul in procesul deschimb este caracterizat prin coeficientul de selectivitate alschimbatorului de ioni (SI).Se noteaza cu B si este dat de raportulcoeficientilor de distributie / repartitie (P) a celor doi ioniconcurenti A si B;

B = KA/B = PB / P A Pentru o separare buna se cere ca acest raport sa fie cit mai diferit

de unitate. Selectivitatea este determinata si de viteza diferita dedifuziune a ionilor in rasina, de gradul de reticulare a rasinii.


17/18

Umflarea

.Umflarea- are loc in procesul utilizarii SI, datoritatendintei solventului de a reduce prin diluarepresiunea osmotica ce apare in granule SI. Patrundereasolventului in SI afecteaza volumul porilor si prin

aceasta volumul ionilor ce pot fi retinuti. In solventi nepolari SI microreticulari ramin aproape

neumflate si deci capacitatea de schimb si viteza deschimb sint reduse.

SI macroreticulari in solventi nepolari de asemenea nu

vor suferi o umflare prea mare si pot fi folositi pentrusepararea ionilor organici voluminosi.


18/18

Aplicatii ale SI Aplicatii ale SI:

1.apa demineralizata 2.dedurizarea apei 3.determinarea continutului in saruri al unei solutii 4.concentrarea unor solutii in cationi sau anioni de

determinat 5.separarea unor acizi si baze organice 6.separarea unor principii active din forme

farmaceutice

cromatografia cu schimb de ioni

Documents