Ионообменная хроматография

ИОНООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ, вариант жидкостной хроматографии, в котором разделение веществ происходит за счёт различной способности разделяемых ионов в растворе к ионному обмену с ионогенными группами ионита (неподвижной фазы). В качестве неподвижной фазы для разделения катионов используют катионообменники, или катиониты, для разделения анионов - анионообменники, или аниониты (смотри в статье Иониты). Сильнокислотные катиониты и высокоосновные аниониты могут использоваться в широком диапазоне значений pH элюента, разделение ионов осуществляется путём подбора оптимальных значений pH. Слабокислотные катиониты используются только при pH > 6, а низкоосновные аниониты - при pH < 8, когда их ионогенные группы ионизированы. Катиониты и аниониты регенерируются растворами кислот и щелочей соответственно или концентрированными растворами солей. Амфотерные иониты содержат и кислотные, и основные ионогенные группы. Такие иониты способны к образованию внутренних солей, диссоциирующих при контакте с электролитами и сорбирующих как катионы, так и анионы. Амфотерные иониты регенерируются водой.

Варьируя значения pH элюента, природу и концентрацию ионогенных групп сорбента, степень набухания сорбентов, можно изменять степень диссоциации компонентов хроматографической системы, а следовательно, время удерживания разделяемых ионов. При этом достигается необходимая селективность разделения. В аналитической практике набухание ионитов может играть отрицательную роль, т. к. при этом нарушается упаковка слоя сорбента. Поэтому в высокоэффективной ионообменной хроматографии применяют практически ненабухающие иониты малой ёмкости со сравнительно прочной структурой полимерной матрицы.

Поскольку многозарядные ионы удерживаются ионитами сильнее однозарядных, в ионообменной хроматографии анионов часто применяют фосфатные растворы при высоких значениях pH (при которых фосфат-ионы трёхзарядны); такие растворы обладают высокой элюирующей способностью. При равных величинах зарядов удерживание катионов уменьшается с ростом радиуса гидратированных ионов. Поэтому, например, в ионообменной хроматографии на сульфокатионитах в разбавленных растворах удерживание катионов уменьшается в ряду: Ва²⁺, Pb²⁺, Sr²⁺, Са²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺, Со²⁺, Zn²⁺, Mg²⁺, Тl⁺, Ag⁺, Cs⁺, Rb⁺, K⁺, NHj, Na⁺, H⁺, Li⁺. Наряду с участием в процессах ионного обмена, иониты способны сорбировать различные химические соединения, главным образом органические ионы. Сверхэквивалентное поглощение таких ионов обусловлено образованием водородных связей, дипольным и гидрофобным взаимодействием ионов с полимерной матрицей ионита.

Детектирование в ионообменной хроматографии осуществляют фотометрическим, амперометрическим, флуориметрическим и другими способами. Наибольшее применение получил кондуктометрический метод детектирования, послуживший основой высокочувствительного варианта ионообменной хроматографии - ионной хроматографии. В высокоэффективной ионообменной хроматографии хроматографические колонки заполняют сорбентами с размером зёрен 5-8 мкм, давление при прокачивании через колонку элюента достигает 10⁷ Па.

Ионообменную  хроматографию применяют для анализа растворов электролитов, а также для препаративного и промышленного выделения ионов. В промышленных и препаративных целях ионообменную хроматографию используют для выделения алкалоидов, ферментов, белков, природных красителей, антибиотиков, индивидуальных РЗЭ, для утилизации гальваностоков и продуктов ядерных превращений. С помощью ионообменной хроматографии на гидрофильных высокопроницаемых ионитах на основе целлюлозы, декстранов, широкопористых силикагелей разделяют белки, нуклеиновые кислоты, флавоноиды, антоциановые красители и др. Ионную хроматографию применяют для анализа ионного состава природных и промышленных вод, а также для определения многих биологически активных веществ, существующих в виде ионов. Высокоэффективную ионообменную хроматографию смесей аминокислот, нуклеозидов, нуклеотидов, пиримидиновых оснований в биологических жидкостях (лимфе, моче, плазме крови, слезах, слюне и др.) используют в медицине для диагностики заболеваний.

Лит.: Риман В., Уолтон Г. Ионообменная хроматография в аналитической химии. М., 1973; Даванков В. А., Навратил Дж., Уолтон Х. Лигандообменная хроматография. М., 1989; Шпигун О. А., Золотов Ю. А. Ионная хроматография и ее применение в анализе вод. М., 1990; Спутник хроматографиста. Методы жидкостной хроматографии. Воронеж, 2004.