11.21 : כרומטוגרפיית חילוף יונים

כרומטוגרפיית חילוף יונים (Ion-Exchange Chromatography או IEC) היא שיטה להפרדת יונים בהתבסס על האפיניות שלהם לפאזה הקבועה. הפאזה הקבועה מורכבת משרף פולימרי מוצלב המכיל קבוצות פונקציונליות יוניות המחוברות קוולנטית. הקבוצות הפונקציונליות יכולות להיות טעונות חיובית (מחליפי קטיון) או שלילית (מחליפי אניון). מחליף קטיון מורכב מאניון פולימרי וקטיונים פעילים, בעוד שמחליף אניון הוא קטיון פולימרי עם אניונים פעילים. בחירת הפאזה הקבועה תלויה באופי האנליטים ובמטרות ההפרדה הרצויה.

הפאזה הניידת היא בדרך כלל בופר מימי הזורם דרך הפאזה הקבועה. ה-pH של הבופר ממלא תפקיד קריטי בקביעת זמן השהייה של המומסים. מהשלב הראשון של איזון ועד שלב השטיפה, נבחר pH שישפיע על סוג מחליף היונים ועל רמת האפיניות של האנליט למחליף. ככל שההבדל בין נקודת האיזואלקטריות (pI) של האנליט לבין ה-pH של הבופר גדול יותר, כך הקישור לפאזה הקבועה חזק יותר. התאמת ה-pH מאפשרת שליטה באינטראקציות היוניות בין האנליטים לפאזה הקבועה ומובילה להפרדה דיפרנציאלית.

אתגרים אפשריים כוללים רזולוציה נמוכה כאשר לאנליטים יש מטען דומה בתנאי pH נתונים, וכן ריכוזי יונים גבוהים בפאזה הניידת שעלולים לגרום למוליכות רקע גבוהה ולהפריע לגילוי. פתרון אחד הוא שימוש בעמודת דיכוי יונים להסרת יונים מפריעים מהפאזה הניידת.

סלקטיביות השיטה נקבעת לפי סוג אתרי ההחלפה - חזקים או חלשים - ורמת ההצלבה בשרף. אתרי החלפה חזקים מספקים אפיניות גבוהה יותר ליונים ואינטראקציות חזקות יותר, המובילות להפרדות סלקטיביות יותר. כמו כן, רמת ההצלבה משפיעה על הנקבוביות והחדירות של השרף, שבתורן משפיעות על יעילות ההפרדה.

דרישות השרף כוללות מסיסות מזערית, קצב דיפוזיית יונים מתאים, יציבות כימית, וצפיפות גבוהה יותר ממים כשהוא רווי. שיטות הגילוי כוללות ספיגת UV/Vis או גילוי עקיף במקרה שהמומסים אינם סופגים בתחום UV/Vis.

לכרומטוגרפיית חילוף יונים ישנם יישומים רבים כגון ניתוח מים, ביוכימיה, טיהור חלבונים, וניתוח תרכובות כמו חומצות אמינו, נוקלאוטידים ותרופות. שיטה זו מאפשרת הפרדה של אנליטים טעונים בהתבסס על אפיניותם לפאזה הקבועה ומהווה כלי רב עוצמה לטיהור, ניתוח ואפיון תערובות מורכבות.