11.21 : Ionenaustauschchromatographie

Die Ionenaustauschchromatographie oder IEC ist eine Technik zur Trennung von Ionen basierend auf ihrer Affinität zur stationären Phase. Die stationäre Phase besteht aus einem vernetzten Polymerharz mit kovalent gebundenen ionischen funktionellen Gruppen. Die funktionellen Gruppen können entweder positiv (Kationenaustauscher) oder negativ (Anionenaustauscher) geladen sein. Ein Kationenaustauscher besteht aus einem polymeren Anion und aktiven Kationen, während ein Anionenaustauscher ein polymeres Kation mit aktiven Anionen ist. Die Wahl der stationären Phase hängt von der Art der Analyten und der gewünschten Trennung ab.

Die mobile Phase, typischerweise ein wässriger Puffer, fließt durch die stationäre Phase, wobei der pH-Wert des Puffers eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Retentionszeit der gelösten Stoffe spielt. Von der Equilibrierung bis zu den Waschschritten wird der pH-Wert so gewählt, dass er die Art des verwendeten Ionenaustauschers und den Grad der Bindungsaffinität des Analyten zum Austauscher beeinflusst. Je größer der Unterschied zwischen dem isoelektrischen Punkt (pI) des Analyten und dem pH-Wert des Puffers ist, desto stärker bindet die Zielspezies an die stationäre Phase. Durch Anpassen des pH-Werts können die ionischen Wechselwirkungen zwischen den Analyten und der stationären Phase kontrolliert werden, was zu ihrer differenziellen Elution führt.

Bestimmte Herausforderungen können auftreten, wenn Analyten unter den gegebenen pH-Bedingungen ähnliche Ladungen aufweisen, was zu einer schlechten Auflösung führt. Darüber hinaus können hohe Ionenkonzentrationen in der mobilen Phase zu einer hohen Hintergrundleitfähigkeit beitragen, die die Detektion beeinträchtigt. Eine Lösung besteht darin, eine Ionensuppressorsäule zu verwenden, um störende Ionen aus der mobilen Phase zu entfernen.

Die Selektivität der IEC wird durch die Art der verwendeten Austauschstelle (stark oder schwach) und den Grad der Vernetzung im Harz bestimmt. Starke Austauschstellen haben eine höhere Affinität zu Ionen und bieten stärkere Wechselwirkungen, was zu selektiveren Trennungen führt. Darüber hinaus beeinflusst der Grad der Vernetzung die Porosität und Durchlässigkeit des Harzes, was wiederum die Trennleistung beeinflusst.

Harze müssen bestimmte Anforderungen erfüllen, wie etwa vernachlässigbare Löslichkeit, Ionendiffusionsrate, chemische Stabilität und höhere Dichte als Wasser im gequollenen Zustand. Zu den Nachweismethoden gehören die UV/Vis-Absorption oder indirekte Nachweise, wenn gelöste Stoffe im UV/Vis-Bereich nicht absorbieren.

Die IEC findet breite Anwendung in der Wasseranalyse, Biochemie, Proteinreinigung und der Analyse verschiedener Verbindungen wie Aminosäuren, Nukleotiden und Pharmazeutika. Sie ermöglicht die Trennung geladener Analyten auf Grundlage ihrer Affinität zur stationären Phase und stellt ein leistungsstarkes Werkzeug zur Reinigung, Analyse und Charakterisierung komplexer Gemische dar.