4.3. Ионообменная хроматография

Метод ионообменной хроматографии основан на использовании ионитов (или ионообменников), обменивающих свои ионы на ионы электролитов в растворе за счет диффузии последних из раствора к иониту и обратно в эквивалентном количестве.

Метод впервые начал применяться в 50–60-х гг. XIX столетия, когда функции ионообменников выполняли природные и полусинтетические мате-риалы, в частности, алюмосиликаты, основной фрагмент цепи которых пред-ставлен ниже:

│ │

~ Si – O – Al – O – Si ~ . (4.20)

│ │

В настоящее время алюмосиликаты заменены на синтетические ионо-обменные смолы, обусловливающие хорошую воспроизводимость свойств. Эти смолы представляют собой высокополимеры губчатой структуры с различными ионогенными группами.

В зависимости от знака заряда функциональных групп, ионообменные смолы являются либо катионитами, каркас которых содержит кислотные отри-цательно заряженные (SO₃^–, PO₃^–, COO^–, N(CH₂CO₂^–)) и некоторые другие функциональные группы, – сульфополикислоты и смолы КУ-2, амберлит IR-20 и пр.,

либо анионитами, включающими в составе четвертичные (NR₃⁺), третич-ные (NR₂H⁺) или первичные (NH₃⁺) – аммониевые (пиридиновые основания), при этом анионы выступают в качестве подвижных противоионов.

Аниониты получают реакцией поликонденсации с использованием таких соединений, как фенилендиамин, полиэтиленполиамин и др. Типовые марки анионитов для хроматографии: амберлит, АН-1.

Взаимодействие ионообменной смолы с любым раствором электролита включает три основных процесса:

1. Ионный обмен, протекающий стехиометрически.

Например, для катионита RH, введенного в раствор, содержащий ионы Mg²⁺, справедливо равновесие:

2 HR + Mg²⁺ = MgR₂ + 2H⁺. (4.21)

– –

или H⁺ + 1/2 Mg²⁺ = 1/2 Mg²⁺ + H⁺, (4.22)

где горизонтальная черта показывает принадлежность к фазе ионита.

Константа ионного обмена:

, (4.23)

при этом активности и выражаются в мг-экв / г смолы.

2. Физическая абсорбция ионов и молекул на смоле.

3. Набухание смолы – за счет поглощения растворителя и проникновения внутрь электролита.

В области пищевой химии ионообменную хроматографию применяют для анализа аминокислот в продуктах питания.

4.3.1. Определение аминокислот в пищевых продуктах

Базируется на работах Штейна и Мура, которые в 1958 г. разработали автоматическую систему, позволяющую проводить полный анализ аминокис-лот в течение 24 ч. Впоследствии система, разработанная Муром, позволила сократить время разделения до 90 мин.

Так как ионообменная хроматография относится к типу жидкостной хро-матографии, большую роль играет правильный выбор системы растворителей.

Доказано, что смесь метанол – вода наиболее пригодна для таких целей.

Процесс разделения определяется такими факторами, как рН среды и ион-ная сила раствора.

С появлением аминокислотных анализаторов методика анализа отработана в совершенстве. Сущность ее сводится к следующему:

1. Навеску продукта (мясо, мука) обрабатывают этиловым спиртом до установления четкого разделения фаз (рис. 4.11.).

2. Водную фазу, содержащую аминокислоты, очищают на ионообменной смоле (типа КУ-2).

3. С использованием автоматического аминоанализатора периодически в жидкость, вытекающую из колонки, вводят нингидрин, и нагревают смесь до 100ºС.

Рис. 4.11. Разделение фаз при обработке белкового продукта этиловым спиртом

Нингидрин дает цветную реакцию на α-аминокислоты, поэтому интенсив-ность окраски, фиксируемая колориметром, регистрируется на самописце в виде кривой, точки экстремума которой соответствуют выделяющимся после-довательно кислым, нейтральным и ароматическим аминокислотам.

Общий вид хроматограммы представлен на рис. 4.12.

Качественный анализ основан на сопоставлении интенсивности окраски продуктов реакции соответствующей кислоты с нингидрином по сравнению с таковой для стандарта (лейцина).

Сигнал