Ионообменная хроматография

Метод ионообменной хроматографии основан на использовании явления ионного обмена между неподвижной твердой фазой ‒ ионообменником (сорбентом) и подвижной жидкой фазой ‒ раствором, содержащим ионы, обмениваемые с ионами сорбента.

Ионный обмен ‒ это гетерогенный процесс, при котором сорбент и находящийся с ним в контакте раствор обратимо и стехиометрически обменивается одноименно (одного и того же знака) заряженными ионами.

В качестве сорбентов используют ионообменники ‒ иониты, представляющие собой обычно нерастворимые в воде твердые фазы. Иониты состоят из матрицы, в которой распределены ионогенные группы, включающие фиксированные, прочно связанные в матрице, ионы, и менее прочно связанные противоионы (т. е. ионы противоположного знака), способные к отщеплению от ионита и к переходу в раствор. Эти противоионы могут обмениваться с одноименными (катионы ‒ с катионами, анионы ‒ с анионами) ионами раствора.

Иониты, обменивающиеся катионами раствора, называются катионитами (катионообменниками), а иониты, обменивающиеся анионами раствора, ‒ анионитами (анионообменниками).

Известны также амфотерные иониты (амфолиты), способные обмениваться с раствором как катионами, так и анионами.

По химическому составу иониты бывают неорганические (например, алюмосиликаты, силикаты, Al(OH)₃ и органические (продукты химической переработки угля или лигнина*, а также полученные синтетическим путем ионообменные смолы).

По происхождению иониты разделяют также на естественные и искусственные. В практике чаще применяют искусственные иониты, к которым и принадлежат сульфированные угли (сульфоуголь) и ионообменные смолы.

Катиониты - сорбенты, способные к обмену катионами. Содержат в своем составе

 Ионогенные группы, раличной кислотности, например, группу – SO₃H, карбоксильную группу  –СООН, ион водорода которых способен к катионному обмену.

Химическую формулу катионитов схематично изображают

RSO₃H или [R]H

RSO₃Na или [R]Na,

где R (матрица) -сложный органический радикал

Наиболее часто применяют сильнокислотные катиониты марок КУ-1,КУ-2,СДВ-2

КУ-2 –сульфированный сополимер стирола и дивинилбензола

Схема катионного обмена:

[R]H + Ме⁺     = [R] Ме + Н⁺

Например:

 

RSO₃H + КNO₃   = RSO₃К + Н⁺

 

Аниониты - сорбенты, способные к обмену анионами

Содержат в своем составе

 Основные ионогенные группы, например, аминогруппы различной степени замещения:

-NH₂, =NH, -NH₂OH, и др.

 

Химическую формулу анионитов схематично изображают

 

R NH₃OH или [R]OH

RNH₃Cl или [R]Cl

Схема анионного обмена:

[R]OH + А⁺     = [R]А + OH^-

Применяют аниониты марок АВ-17, АН-1, ЭДЭ-10 и др.

Кроме ионитов, обладающих кислотно-основными свойствами, из­вестны также сорбенты, проявляющие окислительно-восстановительные и комплексообразующие свойства.

В ионообменной хроматографии ионный обмен проводят в хроматографических колонках.

Хроматографи́ческая коло́нка — устройство для хроматографии, используемое как для работы ручным методом, так и в составе специального агрегата, хроматографа.

Для работы ручным методом колонки представляют собой стеклянные трубки с краном в нижней части (иногда ‒ это обычные стеклянные бюретки). Колонки заполняют заранее приготовленным ионитом в той или иной форме и заливают дистиллированной водой (или раствором) так, чтобы верхний уровень жидкости всегда находился на 1‒1,5 см выше уровня иони­та. В нижнюю часть колонки перед ее заполнением ионитом помещают стеклянную вату.

 

Хроматографические колонки

 

Перед анализом ионообменную колонку регенерируют, т.е. переводят ионит в определенную ионообменную форму.

Зарядка катионита Н⁺ ионами, а анионита ОН^- ионами проводят путем пропускания через колонку определенного количества кислоты или основания. Затем ионит отмывают водой от избытка кислоты или щелочи (по индикатору) и пропускают через него с определенной скоростью анализируемый раствор.

Колонку промывают водой или другим элюентом, собирая элюат целиком или по фракциям.

Определение содержания анализируемого компонента завершают различными методами: титриметрическим, потенциометрическим, спектровотометрическим и другими