
【化】 ion exclusion
ion
【化】 ion
【医】 ion
exclude; reject; blackball; fight off; ostracize; repel; reprobation
repulsion
【医】 repulsion
离子排斥(Ion Exclusion)是一种基于离子交换树脂的色谱分离技术,主要用于分离离子型物质与非离子型物质(如有机酸、糖类、醇类等),或不同离子之间的分离。其核心原理是利用离子交换树脂对溶液中带电离子与不带电分子的不同作用力实现分离。
电荷排斥效应
离子交换树脂骨架带有固定电荷(如磺酸基阳离子树脂带负电荷)。当溶液流经树脂时,与树脂固定电荷同性的离子(如阴离子流经阴离子交换树脂)会受到静电排斥(Donnan排斥),无法进入树脂微孔内部,较早被洗脱;而非离子型物质或弱离解物质不受排斥,可进入树脂孔道,洗脱时间较长。
Donnan膜平衡理论
该理论描述离子在树脂相与溶液相之间的分布平衡。固定电荷基团形成的“Donnan势垒”阻止同电荷离子进入树脂内部,其排斥强度遵循公式:
$$ frac{[I^+]_r}{[I^+]_s} = expleft(-frac{zFDeltapsi}{RT}right) $$
其中 ([I^+]_r) 和 ([I^+]_s) 分别代表离子在树脂相和溶液相的浓度,(z) 为离子价态,(Deltapsi) 为Donnan电位差。
有机酸纯化
在食品工业中用于分离柠檬酸、乳酸等有机酸与无机盐杂质。例如,发酵液中的有机酸(弱酸)因离解度低,受排斥作用弱,保留时间较长;而无机阴离子(如Cl⁻、SO₄²⁻)被强烈排斥而先流出。
糖类脱盐
制糖工艺中去除糖浆中的离子杂质。蔗糖等非离子物质可进入树脂孔道,延迟洗脱;离子型杂质被排斥并快速洗脱,实现高效脱盐。
权威参考文献来源:
离子排斥(Ion Exclusion)是化学分析中的一种分离机制,主要用于离子色谱技术。以下是详细解释:
离子排斥指溶液中带电离子因静电作用被固定相排斥的现象。其核心是带相同电荷的离子与固定相之间的Donnan膜效应,导致离子无法进入固定相的多孔结构,从而实现分离。该术语对应的英文为"Ion Exclusion"。
分离模式 | 原理 | 适用物质 |
---|---|---|
离子排斥色谱 | Donnan膜排斥带电离子 | 弱酸/弱碱、糖类 |
离子交换色谱 | 离子交换作用 | 强电离离子(Na⁺、Cl⁻) |
离子对色谱 | 形成离子对吸附 | 表面活性剂、大分子离子 |
Donnan平衡关系可表示为: $$ frac{[H^+]{内}}{[H^+]{外}} = frac{[Cl^-]{外}}{[Cl^-]{内}} $$ 其中固定相内部(内)与外部溶液(外)的离子浓度受静电排斥作用影响。
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