Ионная хроматография: понятие, виды, описание метода, приборы

Хроматографический метод – это современный способ разделения, оценки и анализа многокомпонентных смесей. В процессе хроматографии участвуют несмешивающиеся подвижная (элюент) и неподвижная (сорбент) фаза. Подвижной является смесь жидкостей или газ, содержащая в том числе определяемый аналит, и взаимодействующая с неподвижной – твердым с пористой структурой или жидким, но не смешивающимся с подвижной фазой, веществом. В результате образуются концентрированные зоны разделенных компонентов исходной смеси. Физически возможность разделения смеси на компоненты обусловлена различием в скорости перемещения частиц разных веществ жидкой подвижной фазы, движущейся вдоль сорбента, то есть при взаимодействии с сорбентом, частицы одних веществ из подвижной фазы задерживаются собрентом, а других – движутся через сорбент быстрее. Сорбенты делятся на адсорбенты – твердые вещества, способные концентрировать вещества подвижной фазы на своей поверхности и абсорбенты – твердые или жидкие вещества, поглощающие вещества подвижной фазы всем своим объемом.

Ионообменная хроматография

Ионообменная хроматография (ИОХ) – это частный случай жидкостно-твердофазной хроматографии, в основе которого разделение ионов веществ исходной смеси, если еще точнее – замещение ионов вещества неподвижной фазы ионами подвижной фазы в процессе их движения относительно друг друга. Здесь разделение физически обусловлено разным сродством ионов веществ в составе элюента ионам сорбента (в ионообменной хроматографии сорбент называется «ионообменник»), в следствие чего скорость движения по хроматографической колонке одних веществ из состава элюента отличается от скорости других. Другими словами, разделение возможно за счет разной плотности заряда частиц сорбента, аналитов, реагентов и прочих веществ, участвующих в процессе. Кроме того, возможно разделение по принципу гидрофобных различий ионов разных веществ.

Так или иначе, заряженные ионы неподвижной фазы взаимодействуют с противоположно заряженными ионизированными частицами подвижной фазы. В зависимости от заряда частиц подвижной и неподвижной фазы, который может быть положительным или отрицательным, выделяют виды ионообменной хроматографии:

• Катионная – сорбент имеет отрицательно заряженные функциональные группы, поэтому задерживает катионы (+) подвижной фазы.
• Анионная – наоборот, на сорбенте задерживаются анионы (-) подвижной фазы, поскольку сорбент имеет положительно заряженные частицы.

Ионная хроматография

В современной химической отрасли распространены и применяются термины ионная и ионообменная хроматография. Согласно положениям IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry – Международный Союз теоретической и прикладной химии), ионная хроматография (ИХ) – это вид ионообменной хроматографии, в ходе которого возможно кондуктометрическое или спектроскопическое детектирование ионов непосредственно в колонке. В данной статье мы говорим преимущественно об ионной хроматографии, то есть более современном методе, позволяющем не только разделять исходные смеси по ионообменному принципу, но и детектировать ионы по электропроводности (или другим способом) на выходе из колонки. ИХ – это вариант ИОХ с выраженным аналитическим акцентом, более оперативный, эффективный и чувствительный.

Примечание – каталог ионных хроматографов доступен по ссылке.

В основе ионной хроматографии может лежать один из 3 принципов взаимодействия ионов:

• Ионный обмен – эквивалентный обмен ионов сорбента на противоионы элюента. Удержание ионов происходит за счет действия электростатической силы (притяжение противоположных зарядов). В составе элюента при этом не одно вещество, а несколько: аналит и условно побочные вещества из исходной смеси, что требует такого подбора сорбента, который позволит его ионам задержать ионы аналита быстрее, чем ионы остальных веществ.
• Эксклюзия ионов – разделение ионов, основанное на том, что катионы сорбента действуют на недиссоциированные молекулы кислот, задерживая их на сорбенте, а на анионы кислотных остатков, заставляя их отталкиваться от сорбента, соответственно, не задерживаясь на нем. Ионоэксклюзивная хроматография (ИЭХ) – частный случай ионной хроматографии, применяемый для разделения слабых кислот.
• Формирование ионных пар – в состав элюента добавляют специальные реагенты, позволяющие образовывать незаряженные ионные пары с ионами аналита и задерживать их на поверхности неподвижной фазы.

Способы детектирования в ионной хроматографии

Для детектирования определяемых ионов могут применяться разные типы детекторов, например, кондуктометрический (измерение электропроводности раствора), спектрофотометрический (измерение спектра поглощения веществ раствора в инфракрасном, ультрафиолетовом и видимом диапазоне), амперометрический (измерение предела тока, пропускаемого через раствор), рефрактометрический (измерение показателя преломления света). Наиболее точным и чувствительным является кондуктометрический способ детектирования, существует 2 варианта его проведения:

• Использование устройства, подавляющего фоновую электропроводность элюента (чтобы точно измерить электропроводность именно аналита).
• Использование такого элюента, электропроводность которого изначально низкая.

Преимущества ионной хроматографии

• Широкие возможности в отделении и определении ионов: с помощью ионной хроматографии можно определять как органические, так и неорганические ионы, катионы и анионы.
• Высокая точность в определении ионов.
• Высокая чувствительность (возможность работать с низкими концентрациями).
• Высокая скорость анализа (как правило, на современном оборудовании можно определять 10-20 ионов менее, чем за 30 минут).
• Возможность работать с малыми объемами исходной смеси, без потери точности.
• Широкий диапазон концентраций (от концентрации 1 нг/мл до 1000 мг/л).
• Как правило, не требуется специальная пробоподготовка (особенно актуально для анализа водных проб – одной из самых распространенных сфер применения ионной хроматографии).
• Передовое программное обеспечение, позволяющее быстро обрабатывать, анализировать и интерпретировать полученные данные.

Ознакомиться с каталогом ионных хроматографов, поставляемых компанией Тирит можно по ссылке.

Применение ионной хроматографии

Ионная хроматография находит широкое применение в количественном определении как неорганических анионов и катионов, так и разделении органических веществ: кислот, аминокислот, аминов, сахаров, белков, пептидов, спиртов и т.д. Современная ИХ повсеместно применяется в производстве лекарств, в частности для подготовки характеристики основных действующих и вспомогательных веществ в составе, для контроля качества производимой лекарственной продукции, для повышения растворимости действующих веществ. При этом хроматографическому анализу подлежат образцы на всех этапах производства: исходные составы, полученные промежуточные продукты, готовые продукты, а также все виды участвующих в производстве следовых компонентов: разбавители, очищающие растворы для оборудования и т.д. Ионная хроматография применяется в биологических и клинических медицинских исследованиях, например, для определения изоферментов креатинкиназы (КК) в сыворотке крови и тканях человека. В ядерной физике, в экологических исследованиях, в частности в исследованиях воды.

Благодаря возможности применения разных методов детектирования, сферы применения ионной хроматографии расширяются еще более существенно – этот метод можно применять для широчайшего круга специфичных веществ и условий, к которым применимы одни способы анализа, но совершенно не применимы другие.

Устройство ионного хроматографа

Конструкция ионного хроматографа может отличаться от производителя к производителю, но наиболее типовая состоит из следующих элементов:

1. Емкость с элюентом, из которой он перекачивается в рабочую зону устройства.
2. Двухплунжерный насос, с помощью которого элюент с постоянной скоростью подается в колонку. Как правило, конструкцию снабжают таким насосом, который обеспечивает минимальную пульсацию и высокое давление.
3. Дозирующий кран – фактически, соединитель насоса и разделительной колонки.
4. Разделительная колонка – заполнена анионообменником для обмена ионами с ионами аналита в составе элюента. Материалы, контактирующие со средой выполнены из химически стойких материалов, пригодных в том числе для работы с органическими растворителями. Конструкции некоторых хроматографов предусматривают предварительную колонку, которая устанавливается перед разделительной, ее задача – улавливать посторонние смеси в элюенте.
5. Подавительная колонка или подавитель, задача которого снизить электропроводность фона элюента и повысить электропроводность ионов аналита, что необходимо для повышения детектируемости.
6. Кондуктометрический детектор, аналоговый сигнал которого преобразуется в цифровой и передается на компьютер для анализа и интерпретации данных.
7. Сливная емкость, куда стекает элюат.

Компания «Тирит» предлагает проверенное оборудование от надежных поставщиков. Ознакомиться с каталогом хроматографов (в том числе ионных) и спектрофотометров можно по ссылке. Для получения консультации обращайте по телефонам +7 (495) 223-18-08, 8-800-600-18-03, электронной почте info+403012@tirit.org или заполняйте форму обратной связи.