СЕПЛАЙФ®, все, что вам нужно знать об ионообменной хроматографии

Введение в ионообменную хроматографию:

Ионообменная хроматография — это метод колоночной хроматографии, который использует разницу в электростатической силе между обмениваемыми ионами на ионообменнике и различными ионами, разделенными в окружающей среде, и достигает цели разделения посредством обменного равновесия. Ионообменная хроматография обладает преимуществами высокой чувствительности, повторяемости, хорошей селективности и высокой скорости анализа и в настоящее время является одним из наиболее часто используемых методов хроматографии. 

 

В 1848 году Томпсон и др. открыл явление ионного обмена в процессе изучения обмена щелочных веществ в почве. В 1940-х годах появились полистирольные ионообменные смолы со стабильными обменными характеристиками. В 1950-х годах ионообменная хроматография вошла в область биохимии и стала применяться для анализа аминокислот. В настоящее время ионообменная хроматография по-прежнему является широко используемым методом хроматографии в области биохимии и широко используется для разделения и очистки различных биохимических веществ, таких как аминокислоты, белки, сахара, вирусы и нуклеотиды.

 

Процесс ионного обмена:  

Реакция между ионообменником и ионами или ионными соединениями в растворе в основном осуществляется путем ионного обмена. Протекающая реакция ионного обмена обратима. Предполагая, что RA представляет собой катионообменник, катион A+, диссоциированный в растворе, может подвергаться обратимой реакции обмена с катионом B+ в растворе, и формула реакции:

RA + B+ 鈫� RB + A+

 

Реакция достигает равновесия с чрезвычайно быстрой скоростью, и сдвиг равновесия подчиняется закону действия масс. 

 

Селективность ионита можно выразить константой равновесия K его реакции:

K锛漑RB][A+]/[RA][B+]

 

鉁擨f [A+] равен [B+] в реакционном растворе, тогда K=[RB]/[RA].

鉁擨f K>1, то есть [RB]>[RA], означает, что сила связи ионита с B+ больше, чем у A+;

鉁擨f K=1, то есть [RB]=[RA], это означает, что ионообменник имеет одинаковую силу связывания с A+ и B+;

鉁擨f K<1, то есть [RB]<[RA], это означает, что сила связи ионита с B+ меньше, чем у A+.

鉁擳Значение К — это параметр, который отражает силу связывания или селективность ионита по отношению к различным ионам, поэтому значение К называют коэффициентом селективности ионита по А+ и В+.

 

Механизм ионного обмена:

А+ диффундирует из раствора к поверхности смолы.

А+ попадает в активный центр внутри смолы с поверхности смолы.

А+ подвергается реакции метатезиса с RB на активном центре.

Десорбированный ион B+ диффундирует из внутренней части смолы на поверхность смолы.

Ионы B+ диффундируют с поверхности смолы в раствор.

 

Контролирующим шагом скорости обмена является скорость диффузии, которую можно контролировать посредством внутренней диффузии или внешней диффузии в различных системах разделения.

 

 

Факторы, влияющие на процесс ионного обмена: 

鉁擯Размер статьи: чем меньше, тем быстрее

鉁擠степень сшивки: небольшая степень сшивки, быстрая скорость обмена.

鉁擳температура: чем выше, тем быстрее, это связано с увеличением коэффициента диффузии.

鉁擨 по валентности: чем выше валентность, тем медленнее скорость диффузии.

鉁擨по размеру: чем меньше, тем быстрее

鉁 Скорость перемешивания: в определенной степени, чем больше, тем быстрее

鉁擲Концентрация раствора: когда обменный курс контролируется диффузией, чем больше концентрация, тем быстрее обменный курс.

 

Принцип ионного обмена:

Если выбрана катионообменная смола, положительно заряженное вещество заменяется на H+ и связывается со смолой. Если выбрана анионообменная смола, отрицательно заряженное вещество может быть заменено на OH- и связано со смолой.

Существуют различия в степени стойкости комбинации веществ на смоле, и компоненты смеси можно элюировать один за другим, подбирая соответствующий элюент для достижения цели разделения и очистки.

 

№1. Стадия уравновешивания: сочетание ионообменника и противоиона.

2. Стадия адсорбции: образец и противоионный обмен

3. Стадия десорбции: градиентный буферный раствор сначала смывает слабоадсорбированные вещества, а затем смывает сильноадсорбированные вещества.

4. Стадия регенерации: полная промывка исходным балансовым раствором, который можно использовать повторно.

 

Смолы для ионообменной хроматографии:

Заряженные группы катионитов заряжены отрицательно, а противоионы - положительно, что может осуществлять обменные реакции с катионами или положительно заряженными соединениями в растворе.

 

В зависимости от силы заряженной группы ее можно разделить на три типа: соответственно тип сильной кислоты (группа с сульфоновой кислотой, R-SO3H), тип средне-сильной кислоты (содержащий группу фосфорной кислоты или группу фосфористой кислоты, R-PO3H2). ) и слабокислотного типа (с карбоксильной группой и смолой на основе фенола, R-COOH или R-бензольное кольцо-OH).

 

Во время обмена этих обменников ионы водорода заменяются чужеродными катионами, как показано в следующей формуле:

R锛岰OOH锛婲a+锛漅锛岰OONa锛嬶紜H+

 

Анионит образуется путем введения в матрицу групп четвертичного амина [-N(CH3)3], третичного амина [-N(CH3)2], вторичного амина [-NHCH3] и первичного амина [-NH2].

 

По разному уровню щелочности аминогрупп его можно разделить на три типа: сильноосновные (включая четвертичные аминогруппы), слабоосновные (включая третичные и вторичные аминогруппы) и среднеосновные (содержащие как сильноосновные группы, так и вторичные аминогруппы). слабая основная группа).

 

При их обмене с ионами в растворе формула реакции имеет следующий вид:

 

Для получения дополнительной информации о конкретных типах смол для ионообменной хроматографии следите за обновлениями в нашей следующей статье об ионообменной хроматографии.