khimie.ru

Историю ионного обмена подробно осветил В. А. Шапошник. Он отметил, что первыми научными исследованиями в области ионного обмена были работы английских агрохимиков Г.Томпсона и Т.Уэя, выполненные независимо друг от друга, но опубликованные в одном и том же номере журнала в 1850 г. Г. Томпсон, исследуя поглотительную способность почвы по отношению к применявшемуся тогда удобрению — сульфату аммония, установил, что ионы аммония продолжительное время удерживались почвой. Было доказано, что при этом происходил обмен ионов аммония из раствора на ионы кальция из почвы, результатом чего в ряде случаев было образование малорастворимого сульфата кальция. Т. Уэй нашел, что обменная емкость глины выше обменной емкости других компонентов почвы, и положил начало многочисленным исследованиям ионного обмена природных минералов, среди которых наиболее высокая обменная емкость была обнаружена у цеолитов и монтмориллонита. Стехиометричность и обратимость ионного обмена доказаны геохимиком Й. Лембергом в 1870 г. Позднее были получены и синтетичские неорганические ионообменники.

Особенно широкое распространение ионообменные методы получили после создания органических высокомолекулярных ионнообменников. Английские исследователи Б. Адаме и Е. Холмс в перерыве между измерениями обменной емкости разных материалов решили послушать граммофонную пластинку, нечаянно разбили ее и, по привычке измерив обменную емкость соответствующего материала, нашли ее более высокой, чем у других изученых материалов. Поскольку было известно, что пластинка сделананы (фенолформальдегидной смолы, то в 1935 г. Б. Адаме и Е. Холмс опубликовали соответствующую статью, а также взяли патенты США и Англии. Уже в 1938 г. в Германии было организовано серийное производство полимерных ионитов. Первые ионообменники имели в качестве ионогенных групп фенольные оксигруппы, это были слабокислые катионообменники. Вскоре, однако, фенолформальдегидные смолы стали сульфировать, и группа —SO₃Н обеспечила возможность работать практически при любом рН. Следующим важным шагом было открытие Г. Штаудингером полимеризации стирола и дивинилбензола (получение «сшитого» полистирола) и прививка к такому полимеру сульфогрупп (Г.Ф.Д’Алелио, США). Так появились массовые полимерные ионообменники (Дауэкс-50, КУ-2 и др.).

Термодинамическую теорию ионного обмена развил в 1930-е гг. Б. П. Никольский; он предложил уравнение, связывающее активности ионов в растворе и ионообменнике. В аналитической химии ионный обмен нашел применение сначала для концентрирования следовых количеств веществ и проведения отдельных реакций, затем в виде метода ионообменной хроматографии. Создателем ионообменной хроматографии является профессор Технологического университета Гётеборга Олаф (Улаф) Самуэльсон, который в серии публикаций, начиная с 1939 г., описал многочисленные применения этого метода для хроматографического разделения катионов или анионов в ходе качественного анализа.

Очень эффективным вариантом ионообменной хроматографии оказалась уже упоминавшаяся ионная хроматография, предложенная в 1975 г. в работе Г. Смолла, Т. Стивенса и В. Баумана. Этот вариант был основан не на объемном, а только на поверхностном ионном обмене и предусматривал автоматическое кондуктометрическое детектирование, обеспечивающее экспрессность. Ионная хроматография стала уникальным по информативности способом анализа смесей неорганических веществ, так как имеет разрезающую способность и экспрессность, превышающую возможен многих других методов.