Іонообмінна хроматографія

Іо́нообмі́нна хроматогра́фія (Шаблон:Lang-en) — метод рідинної хроматографії, який базується на різній здатності розділюваних іонів до іонного обміну з нерухомою фазою (іонітом). В залежності від спорідненості до нерухомої фази розділювані іони рухаються із різною швидкістю: чим вища спорідненість, тим більша взаємодія частинок і менша швидкість.

Перші дані про застосування іонообмінної хроматографії датуються 1850 роком. Із введенням у 1970-х роках деяких модифікацій цей метод розвинувся до іонної хроматографії.

Іонообмінний механізм

Іонообмінна хроматографія розроблена для розділення різним чином заряджених чи поляризованих сполук між рухомою та нерухомою фазами. Рухома фаза зазвичай є водним буфером, в якому розчиняються вихідні речовини, а нерухома — органічною матрицею із хімічно закріпленими функціональними іонізованими групами, котрі містять протилежно заряджені замінні іони. До замінних іонів належать протони H⁺, гідроксильні групи OH^-, однозаряджені іони металів, двозаряджені моноатомні іони (Ca²⁺, Mg²⁺), поліатомні неорганічні іони (SO₄^2-, PO₄^3-), а також органічні основи (NR₂H⁺) і кислоти (RCOO^-).

Розділення відбувається на основі зв'язування розділюваних іонів аналіту з протиіонами, що знаходяться на нерухомій фазі:

$\mathrm{R}\mathrm{-}{\mathrm{X}}^{\mathrm{-}}\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{t}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{M}}^{\mathrm{+}}\mathrm{⟶}\mathrm{R}\mathrm{-}{\mathrm{X}}^{\mathrm{-}}{\mathrm{M}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{t}}^{\mathrm{+}}$

$\mathrm{R}\mathrm{-}{\mathrm{X}}^{\mathrm{+}}\mathrm{A}{\mathrm{n}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{M}}^{\mathrm{-}}\mathrm{⟶}\mathrm{R}\mathrm{-}{\mathrm{X}}^{\mathrm{+}}{\mathrm{M}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{A}{\mathrm{n}}^{\mathrm{-}}$,

де R — нерухома фаза;

XCat, XAn — закріплені функціональні групи, що дисоціюють із утворенням іонів;

М — розділюваний іон.

Для розділення суміші катіонів використовують відповідно катіоніти, а для суміші аніонів — аніоніти.

Нерухома фаза

Колонка з іонітом

В іонообмінній хроматографії колонки зазвичай наповнені кополімерами стирену і дивінілбензену, із ковалентно приєднаними функціональними групами. Як модифікація були запропоновані сферичні пористі частинки полімерів (розміром 30—40 мкм) або смоли, вкриті шаром пористого силікагелю.

В залежності від типів розділюваних іонів застосовують різні смоли:

Тип	Функціональні групи	pH	Приклади
Сильнокислотні катіонообмінники	сульфонові кислоти	4—13	-SO3-, -CH2CH2SO3-
Слабкокислотні катіонообмінники	карбонові кислоти	6—10	-COO-, -CH2COO-
Сильнолужні аніонообмінники	четвертинні аміни	2—12	-CH2N(CH3)3+, -CH2CH2N(CH2CH3)3+
Слабколужні аніонообмінники	аміни	2—9	-NH3+, -CH2CH2NH(CH2CH3)2+

Спорідненість аніонів до сильнолужних аніонітів зменшується зі зменшенням їхньої поляризованості:

SO₄^2– > I^– > HSO₄^– > NO₃^– > Br^– > NO₂^– > Cl^– > HCO₃^– > CH₃COO^– > OH^– > F^–

Спорідненість катіонів до типових сильнокислотних катіонообмінних смол знижується зі збільшенням радіусу їхніх гідратів та зменшенням заряду:

Ce⁴⁺ > Al³⁺ > Ba²⁺ > Pb²⁺ > Ca²⁺ > Ni²⁺ > Cd²⁺ > Cu²⁺ > Co²⁺ > Zn²⁺ > Mg²⁺ > Ag⁺ > K⁺ > NH₄⁺ > Na⁺ > H⁺ > Li⁺

У випадку розділювання металів, що близькі за своїми властивостями (наприклад, лантаноїдів), застосовують комплексоутворювачі (наприклад, ЕДТА, лимонну кислоту). В цьому випадку взаємодія комплексу з іонітом визначатиметься ступенем зв'язування металу з лігандами і загальним зарядом комплексу.

Рухома фаза

Рухомою фазою в іонообмінній хроматографії зазвичай є водний буфер, іонний склад та pH якого підбирають, виходячи з бажаного часу утримування. Для розділюваних катіонів рухома фаза (елюент) — це розчини кислот, для аніонів — розчини лугів.

У деяких випадках, зокрема, для іонів з високою спорідненістю, застосовується елюент, іонна сила (або pH) якого збільшується у часі. Це дозволяє досягнути ефективнішого заміщення іонів, що взаємодіють з іонообмінними смолами.

Детектування і модифікації методу

Найпоширенішим детектором іонів на виході з колонки є кондуктометричний, що реєструє електропровідність розчину при проходженні повз нього іонів. Однак при високій іонній силі елюенту детектор втрачає свою чутливість.

Використання пригнічувальної колонки

Шаблон:Частина зображення Модифікацією методу детекції стало розміщення між колонкою та детектором другої, пригнічувальної колонки (супресора), яка селективно видаляє з розчину іони елюенту, залишаючи розділювані іони. Наприклад, при використанні як елюенту хлоридної кислоти, в розчині знаходитимуться іони H⁺ та Cl^-, які видаляються смолою із закріпленими гідроксильними групами:

${\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{-}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{⟶}\mathrm{R}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Або для елюенту гідрокарбонату натрію:

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{C}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{R}\mathrm{-}\mathrm{H}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{R}\mathrm{-}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

Недоліком пригнічувальної колонки є те, що після певного часу роботи ємність знижується і її необхідно замінювати. В сучасних приладах використовуються мембранні пригнічувачі, котрі регенеруються безпосередньо під час роботи.

Одноколонкова іонна хроматографія

У випадку, якщо електропровідність рухомої фази є малою, достатнім для детекції є використання лише однієї колонки. У цьому випадку застосовують іонообмінники малої ємності. До елюентів з малою електропровідністю належать розчини слабких органічних кислот: фталевої, бензойної, саліцилової тощо.

Такий метод застосовується при визначенні іоногенних речовин, наприклад, амінокислот. Проте його чутливість є нижчою, ніж у двоколонковому варіанті.

Фотометричне детектування

Необхідність застосування двоколонкового методу також відсутня при визначенні сполук, що поглинають видиме чи ультрафіолетове випромінювання (такими зазвичай є органічні сполуки). Для цього застосовують відповідні фотометри. Також можливе зворотнє застосування фотометру: детектування сполук, які не поглинають випромінювання, із рухомою фазою, що поглинає. В такому випадку при проходженні повз детектор досліджувані іони будуть знижувати поглинання розчину, що вимірюватиметься детектором.

Застосування

Іонообмінна хроматографія широко використовується для розділювання фенолів та карбонових кислот, а також біологічних сполук: аміноцукрів, нуклеотидів, нуклеозидів, пуринових і піримідинових основ тощо.

Див. також

• Афінна хроматографія
• Іонообмінні смоли

Джерела

• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru

Посилання

• ІОНООБМІННА ХРОМАТОГРАФІЯ Шаблон:Webarchive //Фармацевтична енциклопедія