11.21 : كروماتوغرافيا التبادل الأيوني

كروماتوغرافيا التبادل الأيوني، أو IEC، هي تقنية تُستخدم لفصل الأيونات بناءً على تقاربها مع الطور الثابت. يتكون الطور الثابت من راتينج بوليمر مترابط مع مجموعات وظيفية أيونية مرتبطة تساهميًا. يمكن أن تكون المجموعات الوظيفية مشحونة إيجابيا (مبادلات الكاتيون) أو مشحونة سلبًا (مبادلات الأنيون). يتكون المبادل الكاتيوني من أنيون بوليمري وكاتيونات نشطة، في حين أن المبادل الأنيوني عبارة عن كاتيون بوليمري مع أنيونات نشطة. يعتمد اختيار الطور الثابت على طبيعة المحللات والفصل المطلوب.

يتدفق الطور المتحرك، وهو عادةً محلول مائي منظم، عبر الطور الثابت، ويلعب الرقم الهيدروجيني (pH) للمحلول المنظم دورًا حاسمًا في تحديد وقت الاحتفاظ بالمذابات. خلال خطوات التوازن والغسيل، يتم ضبط الرقم الهيدروجيني للتأثير على نوع المبادل الأيوني المستخدم ودرجة تقارب ارتباط المحلل بالمبادل. كلما كان الفرق بين نقطة التساوي الكهربائي (pI) للمحلل والرقم الهيدروجيني للمحلول المنظم أكبر، زادت قوة ارتباط الأنواع المستهدفة بالطور الثابت. يسمح ضبط الرقم الهيدروجيني بالتحكم في التفاعلات الأيونية بين المحللات والطور الثابت، مما يؤدي إلى إفلاتها التفاضلي.

يمكن أن تنشأ تحديات معينة عندما يكون للمحللات شحنات متشابهة في ظل ظروف رقم هيدروجيني معين، مما يؤدي إلى دقة فصل ضعيفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تساهم تركيزات الأيونات العالية في الطور المتحرك في ارتفاع الموصلية الخلفية، مما يتداخل مع عملية الكشف. أحد الحلول لهذه المشكلة هو استخدام عمود قمع الأيونات لإزالة الأيونات المتداخلة من الطور المتحرك.

يتم تحديد انتقائية IEC من خلال نوع موقع التبادل المستخدم، سواء كان قويًا أو ضعيفًا، ودرجة الارتباط المتبادل في الراتينج. تتمتع مواقع التبادل القوية بتقارب أعلى للأيونات وتوفر تفاعلات أقوى، مما يؤدي إلى فصل أكثر انتقائية. بالإضافة إلى ذلك، تؤثر درجة الارتباط المتبادل على مسامية ونفاذية الراتينج، مما يؤثر بدوره على كفاءة الفصل.

يجب أن تلبي الراتنجات متطلبات محددة مثل قابلية الذوبان الضئيلة، ومعدل انتشار أيوني مناسب، استقرار كيميائي عالٍ، وكثافة أعلى من الماء عند الانتفاخ. تشمل طرق الكشف المستخدمة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية/المرئية أو الكشف غير المباشر إذا لم تمتص المواد المذابة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية/المرئية.

تتمتع IEC بتطبيقات واسعة في تحليل المياه، والكيمياء الحيوية، وتنقية البروتين، وتحليل المركبات المختلفة مثل الأحماض الأمينية، والنوكليوتيدات، والمستحضرات الصيدلانية. تتيح هذه التقنية فصل المحللات المشحونة بناءً على تقاربها مع الطور الثابت، مما يجعلها أداة قوية لتنقية وتحليل ووصف الخلطات المعقدة.