Ионообменная адсорбция

Ионообменная адсорбция – это процесс обмена эквивалент­ным количеством одноименно заряженных ионов из раство­ра и ионами на поверхности адсорбента.

Адсорбенты, способные к обмену катионов, называют катио­ниты, а способные к обмену анионов – аниониты. Их общее на­звание - иониты. Это твердые нерастворимые в воде и органиче­ских растворителях вещества, природные (например, некоторые белки) или синтетические высокомолекулярные вещества (ионо­обменные смолы), которые содержат ионогенные функциональ­ные группы на своей поверхности.

Катионит содержит на своей поверхности кислотные – кар­боксильные, сульфо- или фосфатные группы, диссоциированные в воде, у которых может обмениваться катион:

Перед адсорбцией катионит промывают раствором кислоты, переводя его в Н-форму, а затем медленно пропускают очищае­мую систему, например, соленую воду, из которой катионит ад­сорбирует катионы, посылая в раствор ионы Н⁺. Раствор после адсорбции подкисляется.

Аниониты представляют собой многокислотные основания, чаще всего содержат на своей поверхности аминогруппы. Перед адсорбцией анионит промывают раствором щелочи, переводя его в ОН-форму и затем используют для очистки водных растворов от анионов:

Иониты можно использовать многократно, регенерируя их перед использованием промыванием кислотой (катиониты) или щелочью (аниониты).

Медико-биологическое значение ионообменной адсорбции.

Ионообменная адсорбция используется для:

- опреснения морской воды последовательным пропусканием ее через катиониты, а затем через аниониты.

- уменьшения жесткости воды, путем связывания ионов кальция и магния.

- консервирования крови (удаление катионов Са²⁺)

- беззондовой диагностики кислотности желудочного сока

- детоксикации организма при различных отравлениях.

- в ионообменной хроматографии

Ионообменная адсорбция имеет место в живых организмах на поверхности биополимеров, например, белков, содержащих ионогенные функциональные группы.

Хроматография.

Хроматография – метод разделения смеси на отдельные ком­поненты с целью: – анализа состава смеси (что? сколько?)

– выделения компонентов из смеси.

Этот метод был впервые использован в 1903г. русским бота­ником

М.С. Цветом для разделения экстракта хлорофилла на от­дельные компоненты. Термин хроматография дословно перево­дится как цвето-запись, хотя метод этот применяется и для раз­деления неокрашенных веществ. В опыте Цвета использовалась стеклянная трубка (колонка), заполненная измельченным адсор­бентом (дробленым мелом). Сверху на адсорбент вносилось не­большое количество смеси, подлежа­щей разделению – экстракт хлоро­филла. Он впитывался в верхний слой адсорбента. И дальше всё время сверху пропускался растворитель (элюент). Вместе с этим потоком элю­ента перемещались вдоль колонки и компоненты смеси. Они адсорбировались на следующем участке адсор­бента, а элюент десорбировал их и пе­ремещал дальше (Рис. 1.16).

Рис 1. 16. Схема колоночной адсорбционной хроматографии по Цвету

Так постоянно повторяются процессы адсорбции-десорбции. Скорость перемещения компонентов смеси вдоль колонки вместе с растворителем разная, поскольку у компонентов разное срод­ство к адсорбенту и растворителю, разная прочность адсорбции. Поэтому постепенно вся смесь разделялась вдоль колонки на от­дельные зоны чистых веществ. Пропуская растворитель и дальше, собирались растворы каждого вещества в отдельные ёмкости.

В настоящее время методом хроматографии можно разделять и анализировать любые смеси веществ, поэтому он применяется во всех сферах деятельности человека. Особенно он стал распро­странен после того, как в 50-х годах XX века были созданы при­боры – хроматографы, благодаря чему стал возможен автомати­зированный анализ состава смесей. В медицине хроматографию ис­пользуют для экспресс-диагностики при острых отравлениях, чтобы быстрее выбрать тактику лечения, а также для спортивного допинг-контроля, для анализа питьевой воды на присутствие ор­ганических примесей, для анализа чистоты лекарственных средств и т.д.

Во всех существующих методах хроматографии всегда имеются две несмеши­вающиеся фазы: неподвижная фаза (НФ) с большой поверхно­стью и подвижная (ПФ) – поток газа или жидкости (элюент), проходящий через неподвижную фазу вместе с компонентами смеси. Разделение смеси на отдельные компоненты основано на разном распределении компонентов смеси между двумя фазами - под­вижной и неподвижной, а значит, и разной скорости их движения вдоль неподвижной фазы.