ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория и применение ионообменной хроматографии Бреслер и А. И. Егоров. Теория и практика непрерывной хроматографии из "Хроматография, ее теория и применение" Недостатком хроматографического метода всегда считалась его прерывность. Для лроцессов тонкого разделения, например для разделения изотопов, важно создать не-лоерывнодействующий хроматографический аппарат. Трудность конструирования подобного аппарата заключается в необходимости создания противотока твердой фазы. При прямолинейном решении этой задачи ионит в форме порошка просыпают сквозь жидкость или передвигают при помощи конвейерной ленты и т. д. Во всех аппарата.х такого типа в жидкости создается значительное продольное перемешивание, вследствие чего высота эффективной тарелки возрастает до многих сантиметров и даже десятков сантиметров. Тем самым устраняется главное преимущество хроматографии — возможность получения большого числа ступеней разделения в одном, сравнительно небольшом, аппарате. [c.7] Другое, более целесообразное, решение, включающее использование существующей хроматографической аппаратуры, основывается на некоторых работах Спеддинга с сотрудниками [1]. [c.7] Рассмотрим метод и его теорию на примере разделения пары очень близких по химическим свойствам ионов (например, изотопных веществ). Создадим в установке движущуюся, но стационарную, т. е. не меняющую своей величины и формы, зону разделяемой смеси с обостревными передним и задним фронтами. Для этого необходимо, чтобы колонка была заполнена ионитом в форме определенного иона-предшествен-ника, а вытеснение зоны производилось соответствующим ионом-вытеснителем. [c.7] Стационарная зона передвигается по колонке без деформации и размывания и может пройти путь любой длины компоненты смеси накапливаются на разных концах зоны. По истечении достаточного времени в зоне установится некоторое распределение ионов каждого вида. Если длина зоны составляет 1-—2 м, то путь, который она должна пройти до достижения стационарного распределения, может составить десятки и сотни метров. Чтобы осуществить это, достаточно иметь несколько последовательно соединенных колонок без заметных мертвых объемов. Хроматографический процесс будет заключаться в перемещении стационарной зоны вдоль колонок (рис. 1). Освободившиеся секции регенерируют, т. е. переводят из формы иона-вытеснителя в форму иО На-пред-шественника. После того, как первая секция регенерирована, ее подключают в качестве приемника для движущейся зоны и т. д. Так как при этом степень перемешивания жидкости резко уменьшается, то высота эффективной тарелки может быть сделана равной нескольким миллиметрам и даже меньше. [c.7] Обратимся теперь к теории процесса разделения бинарной смеси изотопов. В этом случае теория неравновесной хроматографии позволяет получить полное решение задачи для общего, т. е. нестационарного случая. [c.8] Основное дифференциальное уравнение неравновесной хроматографии поддается линеаризации, если константа обмена К достаточно близка к единице, т. е. может быть представлена как где е — величина достаточно малая, чтобы можно было пренебречь по сравнению с Б. Для изотопов 8 составляет несколько процентов [1, 2]. Однако теоретические выводы можно применять с достаточной точностью пля разделения близких элементов в том случае, когда е 1. [c.8] При этом теория будет давать заниженные результаты, так как пренебрежение соответствует пренебрежению явлениями обострения фронта раздела между разделяемыми ионами. [c.8] Первое слагаемое в уравнении (2) характеризует перенос вещества-растворителем, второе — продольный диффузионный поток в жидкости, заполняющей поры, третье — продольный диффузионный поток в. набухших зернах ионита, четвертое—обратный перенос первого изотопа на поверхность ионита, приводящий к неподвижности зоны. [c.9] Теперь необходимо выразить i через mi. [c.9] Со — суммарная концентрация обоих изотопов в зоне. [c.9] Решение выражается в виде ряда, быстро сходящегося при не слишком малых промежутках времени. [c.12] Эта формула позволяет рассчитать, какое время следует выбрать, чтобы приблизиться к стационарному распределению изотопов внутри зоны. Очевидно, путь, который пройдет зона вдоль колонны за это время, составит УТ. Максимальное разделение, достигнутое при стационарном состоянии. [c.12] Таким образом, поставленная задача решена в форме, удобной для численных оценок и для анализа экспериментальных результатов. [c.13] Проанализируем теперь результаты опытов Спеддинга с сотрудниками [1] по разделению изотопов азота. Применим формулу для стационарного распределения, но упростим ее, пользуясь тем, что концентрация одного из изотопов является малой. [c.13] По данным Спеддинга и сотрудников [1] при скорости истечения растворителя 125 мл мин, при диаметре колонки 2 дюйма, т. е. 4,5 см и концентрации вытесняющего раствора С(,= 0, 2Ы, ВЭТТ составляет 0,44 мм. [c.14] Проведем расчет для длины зоны в 7 футов, т. е. в -200 см, при скорости 0,02 см1сек. Величина е, по данным Спеддинга, составляет 2 10 . [c.14] Опыт показал, что установление равновесия в этих условиях происходит после прохождения зоной пути 150 м, что хорошо совпадает с расчетной величиной. [c.14] Ионом-предшественником являлся водород, ионом-вытеснителем — Са +. Вытеснитель подавали в форме 0,45 N раствора Са (СНзСОО) 2. На рис. 2 видны обостренные задний и передний фронты зоны, а также стационарная граница лития — натрия. [c.15] Экспериментальные точки хорошо ложатся на теоретическую кривую, вычисленную для е = 0,3 и ВЭТТ = 0,55 см. [c.15] Вернуться к основной статье