Iontová chromatografie

Prezentace na téma: "Iontová chromatografie"— Transkript prezentace:

1 Iontová chromatografie
Pokroky v separačních metodách Martina Černá,

2 Kapalinová chromatografie
Chromatografie = soubor metod sloužících k oddělování a analýze složek ze směsí Složky směsi rozdělovány mezi stac. a mobilní fázi Interakce: adsorpce (A) rozdělení mezi 2 fáze dle rozpustnosti (B) iontová výměna (C) síťový efekt (D) biospecifické interakce (E)

3 Iontová výměna Chemisorpce
= odtržení iontu vázaného v tuhé nemísitelné fázi, převod do roztoku a jeho náhrada jiným iontem z roztoku Výměna iontů závisí na: síle, která poutá iont v měniči iontů vlastnostech vyměňovaných iontů nemísitelnosti měniče iontů a kapalné fáze Nutné podmínky výměny iontů: snadný přístup iontu z roztoku k iontu z měniče iont z roztoku musí mít větší afinitu k vazebnému místu než vázaný iont (Coulombické interakce, transportní procesy)

4 Iontová výměna -mechanismus
Transport iontu z roztoku k výměnnému místu měniče iontů s póry - síťový efekt - dělení iontů dle velikosti iontová výměna rychlá - celková rychlost dána rychlostí difúze zúčastněných iontů a částic měniče Botnání organických polymerních měničů měnič se chová jako koncentrovaný elektrolyt rozpouštědlo osmózou proniká do měniče a ten bobtná až do ustáleného stavu reverzibilní děj – měnič musí být suchý a předem ekvilibrován s rozpouštědlem Afinita iontu k výměnnému místu vyplývá ze soutěže mezi energií solvatace iontu a přitažlivými silami vyvíjenými výměnným centrem afinita ↑ s ↑Q/r a tedy s ↑ ionizačním potenciálem iontu

5 Iontová výměna - pravidla
Z mechanismu iontové výměny vyplývá: Při nízkých koncentracích vodných roztoků a Tlab: ↑Afinita ↑náboj iontu (Na+ < Ca2+ < Al3+ < Th4+) Při nízkých koncentracích vodných roztoků, Tlab a stejném náboji iontů: ↑Afinita ↑atomové číslo (Li < K < Cs, F < Cl < I) Při vysokých koncentracích se změny v afinitě k měniči zmenšují

6 Iontová výměna – pravidla
V nevodném prostředí při vysokých teplotách a koncentracích afinita neroste s ↑ atomovým číslem, ale může i klesat Afinity H3O+ a OH- závisí na síle kyselin a bazí, které tyto ionty s výměnným místem vytvoří a platí: ↑Síla kyseliny či báze ↑ stupeň disociace a ↓afinita Velké organické ionty mají velkou afinitu k měničům iontů ↑ Afinita ↑ Aktivitní koeficient iontů

7 Iontově výměnná chromatografie
Podstatou elektrostatické interakce Využívá rozdílné výměnné adsorpce analytů na povrchu ionexu Nejdůležitější je povaha stacionární fáze a pH a iontová síla mobilní fáze Vliv mají hlavně: vlastnosti iontu permeabilita prostředí iontová síla disociační konstanta ionogenních skupin (pH mobilní fáze) adsorpční síly difuze měničem iontů

8 Iontově výměnná chromatografie- stac. fáze
Ionexy = nerozpustné látky, ve styku s vodnou fází uvolňují disociací ionty Typy: Organické polymery Materiály na bázi silikagelu Stacionární fáze modifikovány iontově výměnnými skupinami Podle disociace funkčních skupin dělení na silné a slabé ionexy

9 Iontově výměnná chromatografie- stac. fáze
Anex váže a vyměňuje anionty pro kyselé a anionogenní látky slabý anex: -NH2 silný anex: -N+(R)3 X- + R+Cl- ↔ X-R+ + Cl- Katex váže a vyměňuje kationty pro bazické a kationogenní látky slabý katex: -COOH silný katex: -SO3H X+ + R-K+ ↔ X+R- + K+

10 Charakteristiky ionexů
Výběr ionexu: dle dělených látek (s ↑ velikostí dělených látek ionexy s ↓stupněm zesítění) Kapacita ionexů = látkové množství funkčních sk. připadajících na 1g suchého ionexu nebo 1 ml nabobtnalého ionexu celková užitková Hustota a bobtnavost Botnání organický gel při styku s mobilní fází bobtná před prvním použitím nechat nabobtnat! (zbavení se nečistot) rychlost botnání závisí na stupni zesítění (↑v s ↑T) nabobtnalý ionex je v rovnováze s prostředím Regenerace a skladování převedení na Cl- cyklus nebo na Na+ cyklus

11 Iontově výměnná chromatografie- mob. fáze
Vodné tlumivé roztoky (obsahují protiionty) Vliv na retenci má: koncentrace mobilní fáze (↑c ↓tR) F- < OH- < CH3COO- < Cl- < I- < (COO)2- Li+ < H + < Na + < Ag + < Cu 2+ < Cd 2+ < Pb 2+ < Ba 2+ pH roztoku (ovlivnění míry ionizace) pH > 6 pro anex pH < 6 pro katex teplota organické rozpouštědlo (ACN, MeOH) sníží retenci ev. přídavek organického modifikátoru

12 Iontově výměnná chromatografie- optimalizace mobilní fáze
Fosforečnanový pufr (10-100mM, pH = 3-7, ev. 10) Nalezení pH, při kterém jsou všechny analyty zadržovány Zvyšování iontové síly pomocí protiiontu Vytěsnění vzorku z měniče

13 Iontově výměnná chromatografie- analyty
Látky iontové povahy (silné elektrolyty nebo slabé elektrolyty), ale i neutrální látky Anorganické ionty nejlépe malé ionty s vyšším mocenstvím Organické ionty uplatnění i fyzikální adsorpce Amfoterní ionty (zwiterionty) vazba na ionexy je dána pKA a pKB Bílkoviny účinná soprce je při pI = pH ±1 Použití: analýzy AMK, čištění peptidů a proteinů

14 Iontová chromatografie
Speciální případ iontově výměnné chromatografie Používá se: silný měnič iontů a vodivostní detekce Mobilní fáze: CO HCO3- (pro anionty) HCl (pro separaci kationtů) Nutné potlačit vodivost mobilní fáze → potlačovací iontově výměnná kolona za analytickou kolonou

15 Iontová chromatografie- použití
Použití: rutinní analýzy anorganických iontů Například: separace dusičnanů R-OH + Na+ + CO32- + NO3- →R-NO3 + OH- + Na+ + CO32- R-H + Na+ + OH- + CO32- →R-Na + H2O + CO32- Například: separace směsi aniontů Separace aniontů. Mobilní fáze: 2,8 mM NaHCO3/2,3 mM Na2CO3

16 Literatura Štulík a kol.: Analytické separační metody, 2004
Kellner a kol.: Analytical chemistry, 2.vydání, 2004 Pacáková, Štulík: Vysokoúčinná kapalinová chromatografie, 1984 Přednáška „HPLC“, 2012 Přednáška “Separační metody“, 2010 rum.bf.jcu.cz/public/fyzikala/Prezentace_prednasky/011-chromatografie.ppt ( )

17 Děkuji za pozornost