Ion almashinish xromatografiyasi

O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O’RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI
“Noorganik va analitik kimyo” kafedrasi
Mavzu: “ION ALMASHINISH XROMATOGRAFIYASI"
TAQDIMOTI
TERMIZ- 2021 y.
Режа:

• Хроматографияда ионалмаштиргичлар.
• Катионалмаштиргичлар.
• Анионалмаштиргичлар.
• Кучли ва кучсиз кислотали катионалмаштиргичлар.
• Кучли ва кучсиз асосли анионалмаштиргичлар.
• Ионалмашиниш жараёнининг кайтарлиги, таъсир этувчи омиллар.
• Анорганик ва органик ионитлар.

Ионалмашиниш хроматографияси.
Агар каттик сорбент ионоген группалар тутса. У холда унга элюент эритмаси куйилганда катионлар ёки анион билан алмашиниш кетади. Бундай ионоген группалар тутадиган каттик сорбентлар ионалмаштиргичлар дейилади. Ионалмаштиргичлар катионалмаштиргичлар ва анионалмаштиргичларга булинади.
Катионалматиргичлар узида R-SO3H, R-COOH, R-OH каби группалар тутади. Булардаги водород катионлар билан алмашинишга мойилдир.
-SO3-, -COO-, -O- лар белгиланган ион дейилади, H+ эса K+, Na+ ва бошка катионларга алмашинишга мойил булган карама-карши ион дейилади.
Анионалмаштиргичлар -A-N(CH3)2, A2NH, A-NH2 булар асос хоссасига эга булган моддалардир, узида белгиланган -NH3+, RNH3+CI- ионлар тутади, CI- эса карама- карши иондир.
Ионалмаштиргичларнинг амфотерлари хам мавжуд, яъни узида кислота ва асос тутган ионалмаштиргичлардир. Белгиланган группалар pH га караб катионалмаштиргич ёки анионалмаштиргич булиши мумкин.
Исталган ионалмашиниш жараёнини кайтар стехиометрик жараён деб караш мумкин.
Бир хил зарядли ионлар учун умумий холда схематик равишда куйидагича тасвирлаш мумкин:
A+B- ~> A- +B
бунда, А ва В харакатчан фазадаги ионлар; А- ва В- ионалмаштиргичдаги ионлардир.
Бу жараён мувозанат константаси:
Бунда
Бунда - алмашиниш константаси
Концентрацион константаси эса:
Буни селективлик константаси хам дейилади.
Ионоген группаларнинг табиатига боғлиқ равишда катионалмаштиргичлар кучли кислотали ва кучсиз кислоталарга бўлинади.
Масалан кучли кислотали катионалмаштиргич R-SO3H сувли эритмаларда рН(1-14) нинг кенг интервалларида кислота хоссаларини намоён қилади ва депротонланган шаклда қатнашади. Бундай катионалмаштиргич протонланган шаклда (Н+ - формада) фақат кучли кислотали муҳитдагина гина мавжуд була олади. У уз протонини кислотали нейтрал ва ишкори мухитларда алмаштириш кобилиятига эга.
NR- SO3H + Mn+ + nH2O  (R-SO3)nM + nH3O+
Кучсиз кислотали катионалмаштиргичлар (R-COOH, R-OH) ионланган ҳолда қатнашади ва кучли ҳамда кучсиз кислотали муҳитларда протонланган ҳолда мавжуд бўлади. Улар кучли кислотали катионалмаштиргичларга нисбатан кучсиз кислотали муҳитларда ионалмашиниш реакцияларига кириша оладилар.
Ионалмашиниш жараёни қайтардир. Жараённинг мувозавнати эритманинг кислоталилига, алмашинишда иштирок этаётган катоинлар концентрациясига ва уларнинг зарядига, ҳамда температурага боғлиқдир. Турли катионлар катионалмаштиргичда турлича ушланадилар (уларнинг селективлик коэффициентлари турличадир). Кўпчилик ҳолларда юқори зарядли катионлар тўлароқ ва биринчи навбатда ушланади. Бир хил зарядли ионлар учун алмашинишга мойиллик гидратланган ионлар рудиусининг камайиши билан ортади, масалан,
AI3+ Ni2+(Co2+)Cd2+, Mg2+NH4+, (K+)Na+
Анионалмаштиргичлар кучли ва кучсиз асосларга бўлинади. Кучли асосли анионалмаштиргичларга ҳаракатчан фаза анионлари билан алмашинишга мойил бўлган тўртламчи аммоний (R1 NR3 OH) группалари тутган ионалмаштиргичлар мисол бўла олади:
nR1NR3OH + An-  (R1NR3)nA + nOH-
Кучсиз асосли анионалмаштиргичларга амин группалари тутган ионалмаштиргичлар киради.
Кучли асосли ионалмаштиргичларни кенг рН(1-14) интервалларида кучсиз асослиларини эса кичикрок рН(1-9) интервалларида фойдаланадилар.
Аноионларнинг алмашинишга мойиллиги ҳам уларнинг заряди ва ион радиусларига боғлиқ бўлади.
Амалиётда тегишли ионалмаштиргичлар (катионалмаштиргич ёки анионалмаштиргич) майдалангандан сўнг диаметри 5-15 мм ва узунлиги 10 см атрофида бўлган колонкага жойлаштирилади ва дистилланган сув билан ювилади. Сўнгра шу колонкадан анализ қилинадиган эритма ўтказилади. Эритма ионалмаштиргич билан контактда бўлганда ионалмаштиргичнинг ионоген группаларидаги ҳаркатчан ионлари билан эритмадаги бир хил исмли ионлар орасида алмашиниш кетади. Жараён куплаб марта такрорланади. Колонкадан моддаларни ажратиб олиш учун тегишли эритувчи (элюент)дан фойдаланилади, яъни эритувчини аста-секинлик билан колонкадан (1мл/мин) ўтказилади. Бунда сорбиланиш қобилияти асосида ионлар ионалмаштиргичларда зоналар бўйича тақсимланади – ионнинг сорбиланиши қанчалик кам бўлса, колонкада унинг зонаси шунчалик пастда жойлашади. Элюентни ўтказиш давом эттирилса колонкада биринчи навбатда энг кам сорбиланадиган ион, сўнгра сорбиланиш қобилияти асосида қолган ионлар кам чиқади. Шу тарзда ионлар бир – биридан ажратилади
Ионалмашиниш жараёни комплекс ҳосил қилиш билан боғланса ажратишнинг эффективлиги янада ортади. Эритмада анионли комплекслар ҳолидаги металлар катион шаклидаги металлардан осон ажралади. Анион шаклидаги комплекслар (масалан, хлоридлар) қаторида, анион-алмаштиргичда сорбилданиш комплекснинг барқарорлиги ортиши билан ортади. Буларни кислота билан элюирланса, турли концентрацияли кислотадан фойдаланиб ажратиладиган элементларни кетма-кет (алохида франкцияларга) ажратиб олиш мумкин. Барқарорлиги кам бўлган анион шаклидаги комплекслар концентрацияси юқорироқ, барқарорлари эса концентрацияси камроқ бўлган кислоталар эритмалари ёрдамида ажратиб олинади.
Бир хир зарядли ва ўлчамлари бир-бирига яқин бўлган ионлар тахминан бир хил сорбиланади ва уларни бир-биридан ажратиб бўлмайди. Аммо сорбиланган ионлардан бирига лиганд хоссасини намоён қиладиган элюент танланса, у ҳолда элюентга шу металл ионининг комплекси чиқади, қолган ионлар эса колонкада қолади. Шу йўсинда колонкадаги қолган ионларни ҳам ажратиш мумкин.
Ионитлар асосан иккига бўлинади:
1) Анорганик ионитлар
2) Органик ионитлар
1) а) Табиий анорганик ионитлар: цеолитлар, алюмосиликтлар, масалан, AI2O3nSiO2 nH2O; AI2O3nSiO2  Na2O  nH2O.
б) Синтетик анорганик ионитлар: синтетик алюмокремний кислоталари
2) а) Табиий органик ионитлар: Тупроқнинг органик ташкил қилувчилари, торфлар, қўнғир кўмир, жун, целлюлоза ва хоказо.
б) Синтетик органик ионитлар: синтетик ионалмаштиргич смолалар, ўзида -SO3H, -COOH, -OH, -CH2N(CH3)3+CI-, -CH2NH(CH3)2+CI-,
-CH2NH2CH3+CI- ва ҳоказо ионоген групплар тутган синтетик полимер моддалар ва ҳок.