力越大。
例如 Li+、Na+、K+ 水合离子的电荷相同，
但它们的水合离子半径依次减小，因此，
树脂对它们的亲和能力依次增强。实验证
明：在常温下，较稀的溶液（＜0.1mol/L）
中，树脂对不同离子的亲和力大致有如下
的顺序： （1）阳离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂对金属离子的亲和
力随离子价数的增加而增大，如
称为全交换容量，它是树脂的特征常数，
不随实验条件变化。在一定操作条件下，
实际测得的交换容量，称为工作交换容量，
或有效交换容量，其大小与溶液中离子的
浓度、树脂床的高度、流速、树脂粒度的
大小以及交换基团的类型等因素有关。
二、交换平衡和离子交换树脂的亲和力
离子交换树脂与电解质水溶液接触时
发生离子交换反应，即树脂中活性基团上
弱碱性阴离子交换树脂
OH

2 SO 4

2 CrO4

NO3
CH3COO
I Br Cl F


以上的顺序仅是一般的情况。在温度较高、
离子浓度较大、有络合剂存在或非水介质
慢。
（2）交换容量
指单位质量或单位
体积树脂所能交换离子相当于一价离
子的物质的量，mmol/g（干树脂）、
mmol/mL（湿树脂）。它决定于树脂 中活性基团的数目。交换容量用实验
方法测得，一般树脂的交换容量为
3～6mmol/g。 mmol/mL（湿树脂）
交换容量分为全交换容量和工作交换
容量。树脂所含可交换离子全部被交换，
如—CH2N (CH2COOH )2
氧化还原树脂
含氧化或还原基团
大 孔 型
—SO3H 强酸性阳离子 弱酸性阳离子 —COOH、—OH 强碱性阴离子 —N(CH3)3+OH 弱碱性阴离子 伯、仲、叔氨基
1～14 6～14 0～12 0～9
4～5 ～9 3～4 ～5
1.5～9nm，av. 2～4nm
Th
4
Al
3
Ca
2
Na

当离子价数相同时，亲和力随水合离子半 径的减小而变大
Li H Na
2 UO2



NH4
2
K Rb Cs Ag
2




Mg
2
Zn
2
Co
Cu
Cd
2
Ca
2
Ba
2
La
3
Ce
3
Pr
在一定条件下，K值的大小表示树脂对Mn+
交换能力的强弱，又称为树脂对离子的亲
和力或树脂对离子的选择性系数（Mn+对
H+）。亲和力越大，越容易交换。亲和力
的大小与离子的性质及溶液的组成有关。
1. 亲和力大小与离子性质的关系
亲和能力与水合离子的半径、电荷及 离子的极化程度有关。水合离子半径越小、
电荷越高、离子的极化程度越大，其亲和
2
Al
3
弱酸性阳离子交换树脂对H+的亲和力比其
它金属离子都大，其它阳离子的亲和力顺
序与强酸型阳离子交换树脂相似。
（2）阴离子交换树脂 强碱性阴离子交换树脂
2 Cr2 O 7
2 SO 4
I


HSO 4

NO3

2 CrO4
Br



NO2
CN Cl OH F CH3COO
10～500nm，av. 20～100nm
萃淋树脂
或萃取树脂，是一种含有
液态萃取剂的树脂，是以苯乙烯-二
乙烯苯为骨架的大孔结构和有机萃取
剂的共聚物，兼有离子交换和萃取的 功能。
纤维交换剂 将天然纤维上的羟基酯
制成阳或阴离子交换剂。纤维交换剂
化、磷酸化、羧基化、氨（胺）基化，
是开放性的长链，具有表面积大、孔
第六节 离子交换分离法
离子交换分离法是利用离子交换
剂与溶液中的离子发生交换反应使离 子分离的方法。离子交换分离法是基
于物质在固相与液相之间的分配。
这种方法的分离效果很高，可用
于带相同、相反电荷或性质相近的离 子之间的分离；还可用于微量组分的 富集。 此方法的缺点是操作麻烦，周期
长。所以，在分析化学中一般用它来
的离子与溶液中同电荷的离子互相交换，
活性基团上的离子进入溶液，溶液中的离
子与树脂进行交换（不同电荷的离子及不
电离的物质不会与树脂发生交换反应）。
例如：
nR
- + SO3 H
n+ +M
n+ + ( R SO3)nM + nH
( R COO)2Ca + 2H+
2R COOH + Ca2+
R NH2 + H2O
隙宽松、稳定性高，交换速度快、容
易洗脱、分离能力强等特点。主要用
于分离蛋白质、氨基酸、酶等，也可 用于分离富集无机离子。
2. 结构
离子交换树脂为具有网状结构的
高聚物。由两个部分组成：高分子
聚合物骨架；可被交换的活性基团。
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
SO3H
SO3H
SO3H
R NH3+OH+ SO42
R
+ NH3 OH
( R NH3+)2SO42+ 2OH
这种交换反应是可逆的，达到平衡时：
nR
- + SO3 H
n+ +M

n+ + ( R SO3)nM + nH
n
K
n [(R SO 3 ) n M ]re sin [H ]w n n [M ]w [R SO 3 H]resin
解决比较困难的分离问题。
离子交换剂
高价金属磷酸盐 无机离子交换剂 高价金属水合氧化物 凝胶型 有机离子交换剂 大孔型
一、离子交换树脂
1. 种类
有机离子交换剂是一种高分子固体化 在水、酸和碱中不溶，化学性质稳定，对
合物，又称离子交换树脂，具有网状结构。
有机溶剂、氧化剂、还原剂及其他化学试
剂基本不反应，通常在低于50℃下使用，
3. 性质 （1）交联度（树脂中所含交联剂的质
量百分率）
CH CH2 CH CH2 CH
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
SO3H
SO3H
SO3H
交联度小，则对水的溶胀性能好，
网眼大，交换速度快，但选择性差，
树脂的机械性能差。相反，交联度大，
网眼小，交换的选择性高，机械强度 高，但对水的溶胀性能差，交换速度
分为凝胶型和大孔型两大类
形 态
分 类
功 能 团
使用pH 交换容量 范 围 mmol/g（干树脂） 1～14 6～14 0～12 0～9 弱酸～ 弱碱 4～5 ～9 2.5～4 5～9
凝 胶 型
—SO3H 强酸性阳离子 弱酸性阳离子 —COOH、—OH 强碱性阴离子 —N(CH3)3+OH 弱碱性阴离子 伯、仲、叔氨基 螯合树脂