ионообменная хроматография

ИОНООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

жидкостная хроматография, основанная на разл. способности разделяемых ионов к ионному обмену с фиксир. ионами сорбента, образующимися в результате диссоциации ионогенных групп последнего. Для разделения катионов используют катиониты, для разделения анионов — аниониты (см. иониты). Элюентом в первом случае служит раствор кислоты, во втором — раствор щелочи. Разделение ионов регулируют подбором оптим. значений pH элюента. Сильнокислотные сульфокатиониты и высокоосновные аниониты могут использоваться при любых значениях pH, слабокислотные карбоксильные катиониты — только при pH > 6; слабоосновные аниониты находятся в ионизованном состоянии при pH < 8. Варьируя pH элюента, можно резко изменять степень ионизации компонентов разделяемой смеси (сорбатов) и, следовательно, время их удерживания, добиваясь необходимой селективности разделения. Многозарядные ионы удерживаются ионитом сильнее однозарядных. При равных величинах зарядов удерживание падает с ростом радиуса гидратир. иона. Поэтому при И. х. в разб. растворах на сульфокатионитах время удерживания катионов падает в ряду: Ва²⁺ > Pb²⁺ > Sr²⁺ > Ca²⁺ > Ni²⁺ > Cd²⁺ > Cu²⁺ > Со²⁺ > Zn²⁺ > Mg²⁺ > UO²⁺ > Tl⁺ > Ag⁺ > Cs⁺ > Rb⁺ > K⁺ > NH₄⁺ > Na⁺ > H⁺ > Li⁺. Для орг. ионов на электростатич. взаимод. с фиксир. зарядами ионита накладывается еще и гидрофобное взаимод. орг. части иона с матрицей ионита. Чтобы уменьшить его вклад в удерживание орг. ионов и добиться оптим. селективности их разделения, к водному элюенту добавляют орг. компонент (1–25% метанола, изопропанола, ацетонитрила или диоксана). Элюент в И.х. кроме кислоты или основания и орг. добавок может содержать нейтральный электролит, напр. NaNO₃, ионы которого конкурируют с разделяемыми ионами за взаимод. с сорбентом; при этом удерживание однозарядных ионов падает пропорционально концентрации соли в растворе, двухзарядных ионов — пропорционально ее квадрату. Важна также природа нейтрального электролита: чем выше сродство его ионов к сорбенту, тем выше элюирующая сила раствора. В И.х. анионов часто используют фосфатные растворы, которые обладают большой элюирующей способностью при высоких значениях pH, где фосфат приобретает заряд −3. Мн. неорг. катионы разделяют на сульфокатионитах, используя в качестве элюента комплексообразователи (орг. кислоты или гидроксикислоты). Разделение основано на том, что константы устойчивости образующихся комплексов, а значит и их сорбционные свойства, даже таких близких по свойствам катионов, как лантаноиды и актиноиды, при определенных значениях pH различаются достаточно сильно; при этом заряд комплекса можно менять (вплоть до отрицательного). С помощью И. х. разделяют некоторые нейтральные соед., если они способны превращ. в заряженные комплексы, как, напр., комплексы углеводов с борат-ионом. Удерживание разделяемых ионов в колонке пропорционально обменной емкости ионита. Для используемых в И. х. полимерных ионитов емкость 3–6 мг-экв/г, для ионитов на основе силикагеля с привитыми к его поверхности функциональными группами — на порядок ниже. При равном размере зерен (обычно 5–15 мкм) иониты на основе силикагеля обладают более высокой скоростью ионного обмена, что повышает эффективность хроматографич. колонок, однако их гидролитич. устойчивость при pH / 8 недостаточна. Для увеличения эффективности (числа теоретич. тарелок) колонки с полимерными ионитами обычно используют при повышенных температурах (50–80 °C); при этом увеличиваются коэф. диффузии ионов в фазе ионита. В качестве сорбентов для И. х. могут использоваться нейтральные носители, пропитанные жидкими ионитами, т. е. несмешивающимися с водой орг. основаниями или кислотами, напр., триоктиламином, триоктилметиламмонием, алкиловыми зфирами алкилфосфорной кислоты. Разбавленные растворы ионогенных ПАВ в сочетании с нейтральными гидрофобными носителями находят применение в ион-парной хроматографии (см. жидкостная хроматография), которая отличается высокой эффективностью и большим числом варьируемых параметров для подбора оптим. селективности разделения. Детектирование в И. х. осуществляют с помощью любого детектора, применяемого в жидкостной хроматографии (см. детекторы хроматографические). Наиб. универсален для ионных соединений кондуктометр, на применении которого основан вариант И. х. — ионная хроматография. И. х. применяется для разделения катионов металлов, напр., смесей лантаноидов и актиноидов, Zr и Hf Mo и W, Nb и Та; последние разделяют на анионитах в виде анионных хлоридных комплексов в растворах соляной и плавиковой кислот. Щелочные металлы разделяют на катионитах в водных и водно-орг. средах, щел.-зем. и редкоземельные металлы на катионитах в присутствии комплексонов. Большое значение имеет автоматич. анализ смесей прир. аминокислот на тонкодисперсном сульфокатионите в цитратном буфере при повышенной температуре. Аминокислоты детектируют фотометрически после их реакции с нингидрином или флюориметрически после дериватизации фталевым альдегидом. Высокоэффективная И. х. (колонки, упакованные сорбентом с размером зерен 5–10 мкм, давление для прокачивания элюента до 10⁷ Па) смесей нуклеотидов, нуклеозидов, пурияовых и пиримидиновых оснований и их метаболитов в биол. жидкостях (плазма крови, моча, лимфа и др.) используется для диагностики заболеваний. Белки и нуклеиновые кислоты разделяют с помощью И. х. на гидрофильных высокопроницаемых ионитах на основе целлюлозы, декстранов, синтетич. полимеров, широкопористых силикагелей; гидрофильность матрицы ионита уменьшает неспецифич. взаимод. биополимера с сорбентом. В препаративных масштабах И. х. используют для выделения индивидуальных РЗЭ, алкалоидов, антибиотиков, ферментов, для переработки продуктов ядерных превращений.

^{Лит.: Риман В., Уолтон Г., Ионообменная хроматография в аналитической химия, пер. с англ., М., 1973; Сенявин М. М., Ионный обмен в технологии и анализе неорганических веществ, М., 1980; Мархол М., Ионообменники в аналитической химии, пер. с англ., ч. 1–2, М., 1985; Остерман Л. А., Хроматография белков и нуклеиновых кислот, М., 1985.}

_{В. А. Даванков}