11.21 : Cromatografia a scambio ionico

La cromatografia a scambio ionico, o IEC, è una tecnica per separare gli ioni in base alla loro affinità per la fase stazionaria. La fase stazionaria è una resina polimerica reticolata con dei gruppi funzionali ionici legati covalentemente. I gruppi funzionali possono essere caricati positivamente (scambiatori cationici) o negativamente (scambiatori anionici). Uno scambiatore cationico è forato da un anione polimerico e da cationi attivi, mentre uno scambiatore anionico è un catione polimerico con anioni attivi. La scelta della fase stazionaria dipende dalla natura degli analiti e dalla separazione desiderata.

La fase mobile, di solito un tampone acquoso, scorre attraverso la fase stazionaria, e il pH del tampone svolge un ruolo cruciale nel determinare il tempo di ritenzione dei soluti. Dalle fasi di equilibratura a quelle di lavaggio, il pH viene selezionato per influenzare il tipo di scambiatore ionico utilizzato e il grado di affinità di legame dell'analita con lo scambiatore. Maggiore è la differenza tra il punto isoelettrico (pI) dell'analita e il pH del tampone, più forte è il legame della specie target alla fase stazionaria. La regolazione del pH consente di controllare le interazioni ioniche tra gli analiti e la fase stazionaria, determinando la loro eluizione differenziale.

Possono sorgere alcune sfide quando gli analiti hanno cariche simili nelle condizioni di pH date, determinando una scarsa risoluzione. Inoltre, le elevate concentrazioni di ioni nella fase mobile possono contribuire a un'elevata conduttività di fondo, che interferisce con il rilevamento. Una soluzione consiste nell'utilizzare una colonna di soppressione ionica per rimuovere gli ioni interferenti dalla fase mobile.

La selettività dell'IEC è determinata dal tipo di sito di scambio utilizzato, forte o debole, e dal grado di reticolazione nella resina. I siti di scambio forti hanno una maggiore affinità per gli ioni e forniscono interazioni più forti, con conseguenti separazioni più selettive. Inoltre, il grado di reticolazione influisce sulla porosità e sulla permeabilità della resina, che a sua volta influenza l'efficienza di separazione. 

Le resine devono soddisfare dei requisiti specifici come la solubilità trascurabile, la velocità di diffusione ionica, la stabilità chimica e la densità maggiore dell'acqua quando rigonfia. I metodi di rilevamento includono l'assorbanza UV/Vis o il rilevamento indiretto se i soluti non assorbono nell'intervallo UV/Vis.

L’IEC ha ampie applicazioni nell'analisi dell'acqua, nella biochimica, nella purificazione delle proteine ​​e nell'analisi di vari composti come gli amminoacidi, i nucleotidi e i prodotti farmaceutici. Consente la separazione degli analiti carichi in base alla loro affinità per la fase stazionaria, fornendo un potente strumento per purificare, analizzare e caratterizzare delle miscele complesse.