کروماتوگرافی تبادل یونی
کروماتوگرافی تبادل یونی شبیه کروماتوگرافی تقسیمی است. در کروماتوگرافی تقسیمی یک ماده جامد با یک مایع مناسب (که با مایعی که به عنوان فاز متحرک استفاده می شود امتزاج ناپذیر است) پوشش داده شده و به عنوان فاز ساکن استفاده می شود. اجزای تشکیل دهند، نمونه بین این مایع و فاز متحرک مایع تقسیم شده و تفکیک می شوند. عموماً، کروماتوگرافی تبادل یونی در مورد ترکیبات یونی، ترکیبات یونی‌شونده، مانند اسیدها و بازهای آلی و ترکیبات برهمکنش کننده با گروه های یونی به‌کار می‌رود. کروماتوگرافی تبادل یونی با استفاده از فازهای جامد رزینی حامل گروه های عاملی باردار انجام میشود.
در کروماتوگرافی تبادل یونی از رزین که روی آن کاتیون یا آنیون، بستگی به نوع تبادلگر، قرار داده شده است به عنوان فاز ساکن استفاده می شود. رزین یک پلیمر مخصوص با گروه عاملی یونی است که با پیوند کووالانس به بدنه اصلی پلیمر متصل شده است. این گروه عاملی یونی، یون ثابت نامیده می شود. سپس یونی با بارالکتریکی مخالف گروه عاملی، که یون قابل تعویض یا یون متحرک نامیده می شود، با نیروی الکترواستاتیک به یون ثابت روی رزین چسبیده است.
اگر یون ثابت متصل شده به بدنه اصلی رزین آنیون باشد (مانند شکل ۱)، یون مخالف یا یون قابلتعویض آن کاتیون خواهد بود. لذا این نوع رزین را رزین کاتیونی گویند، زیرا برای تبادل کاتیون مورد استفاده قرار میگیرد. رزین نشان داده شده در شکل ۱، که یون ثابت آن آنیون کربوکسیلات است، رزین کاتیونی سدیم شکل نامیده میشود، زیرا یون قابلتعویض آن یون سدیم است. در این شکل مشاهده می شود که یون ۲+ M که درون محلول مورد تجزیه یا محلول مورد جداسازی بوده است، پس از عبور از درون بستر رزین، جای یون سدیم قرار گرفته و یون سدیم خارج شده است.
شکل ۱- یک رزین کاتیونی سدیم شکل.
اگر یون ثابت متصل شده به بدنه اصلی رزین کاتیون باشد (مانند شکل ۲)، یون قابل تعویض، آنیون خواهد بود. لذا این نوع رزین را رزین آنیونی گویند، زیرا برای تبادل آنیون استفاده می شود. در این شکل مشاهده می شود که گروه عاملی یک آمین نوع چهارم)، یون ثابت رزین است که بار الکتریکی مثبت روی نیتروژن بوده و این گروه با پیوند کوالانس محکم به بدنۀ پلیمری رزین متصل شده است. لذا، یون هیدروکسیل به عنوان یون قابل تعویض به یون مثبت ثابت، با نیروی الکترواستاتیک وصل شده است. این نوع رزین، رزین آنیونی هیدروکسیل شکل نامیده شده و برای جداسازی یا تجزیه آنیونها استفاده می شود (یون کلرید جای یون هیدروکسیل نشسته است).
شکل ۲- یک رزین آنیونی هیدروکسیل شکل.
فازهای ساکن: فازهای ساکن مورد استفاده در کروماتوگرافی تبادل یونی ممکن است مواد معدنی طبیعی از قبیل سدیم آلومینوسیلیکات یا نوعی خاک رس و یا مواد سنتزی از قبیل زیرکونیوم فسفات باشد. اما غالباً از رزینهای پلیمری (شکل ۳) استفاده میشود.
شکل ۳- واکنش پلیمرشدن برای ایجاد رزین استایرن- دی وینیل بنزن.
ستون کروماتوگرافی با دانه های متخلخل رزین تبادلگر یونی پر می شود. اگر این ستون با رزین تبادلگر کاتیونی پر شود، برای جداسازی کاتیونها و اگر با رزین تبادلگر آنیونی پر شود، برای جداسازی آنیونهای موجود در محلول نمونه استفاده می شود. در برخی از موارد، ستون با مخلوط رزین تبادلگر کاتیونی و آنیونی پر می شود، که می تواند هردوی کاتیونها و آنیونها را جداسازی کند. همان طور که بیان شد، روی سطح یک رزین تبادلگر یونی فقط یک نوع یون (یون ثابت و یون قابل تعویض) وجود دارد و یونهای قابل تعویض جای خود را به یونهای دیگری که درون محلول مورد تجزیه هستند داده و باعث جداسازی آنها می شود. برای مثال، رزین تبادلگر آنیونی بازی دارای یون قابل تعویض هیدروکسیل است و یونهای نیترات می تواند جایگزین آن شده و از محلول جدا شود.
رزینهای تبادلگر یونی بستگی به مکان مبادله روی سطح آن (یون ثابت روی سطح رزین و یون متحرک متصل به آن) به تبادلگرهای یونی اسیدی قوی، اسیدی ضعیف، بازی قوی و بازی ضعیف، دسته بندی می شوند.
کاربردهایی از کروماتوگرافی یونی
جداسازی یونها و ملکولهای یونی شونده: کروماتوگرافی تبادل یونی غالباً در شیمی معدنی و زیست شیمی (ترکیبات محلول در آب مانند پروتئینها و آمینواسیدها) مورد استفاده قرار میگیرد. یونهای فلزی را با توجه به نسبت بار به شعاع یونهای آب پوشیده می‌توان به‌وسیله کروماتوگرافی تبادل یونی جدا کرد. در شرایط مشابه، یونهای چندظرفیتی بیشتر از یونهای تک ظرفیتی در ستون می‌ماند. در مورد مخلوط یونهای همبار نیز نوعی انتخابگری وجود دارد. تقریباً می‌توان گفت که با افزایش شعاع یون آب دار تمایل رزین نسبت به آن کاهش می‌یابد. روش کروماتوگرافی تبادل یونی از ابتدا در جداسازی و تفیکیک لانتانیدها و محصولات شکافت راکتورهای اتمی کاربرد داشته است. امروزه جدول های ضریب توزیع اکثر عناصر جدول تناوبی به عنوان تابعی از pH برای انواع رزینها تهیه شده است. اخیراً استفاده از روش تبادل یونی در زیست شیمی و علوم مربوطه جداسازی و شناسایی تعداد زیادی از پروتئینها و نوکلئیک اسیدها را ممکن ساخته است.
تجزیه مقادیر کم: کروماتوگرافی یونی برای تجزیه مقادیر بسیار کم آنیونها و کاتیونها در نمونه‌های متنوعی از قبیل آبهای زیرزمینی یا مایعات بدن کاربرد یافته است. البته در مورد کاتیونها روشهای طیف‌بینی جذب اتمی یا نشر شعله‌ای ترجیح داده میشود. اما در مورد آنیونها هیچ روشی نمی‌تواند با روش کروماتوگرافی یونی رقابت کند.
تجزیه نمونه های زیست محیطی: توسط کروماتوگرافی یونی می توان انواع آلاینده های زیست محیطی را در نمونه های مختلف، مانند هوا، دودکش کارخانجات و معادن، انواع آبها، خاکها، گیاهان، فراورده های غذایی و غیره شناسایی و اندازه گیری کرد.
تصفیه آب: مناسب ترین روش تولید آب یونزدایی شده استفاده از رزینهای تبادلگر یونی است. از این رزینها در نیروگاه های تولید برق برای تهیه آب بویلرها استفاده می شود.
منبع: کتاب روشهای آنالیز دستگاهی، تألیف دکتر محمود پایه قدر- دکتر جواد مقدسی
روشهای آنالیز دستگاهی (کارشناسی ارشد زمین‌شناسی)
استفاده از مطالب با ذکر منبع بلامانع است