2.5. Ионная высокоэффективная жидкостная хроматография

Для определения неорганических ионов и достаточно сильных органических кислот и оснований в ионной форме используют ионную хроматографию. В ИХ неподвижная фаза –ионообменник. Это сорбент, в матрицу (полимер или силикагель) которого введены ионогенные группы. Ионогенная группа состоит из двух ионов. Один из них прочно фиксируется в матрице за счет ковалентной связи и называется функциональной группой (фиксированным ионом). Ионы противоположного заряда связываются с фиксированным ионом за счет электростатического взаимодействия, они называются противоионами. Противоионы могут обмениваться на эквивалентное количество ионов того же заряда из раствора. Между катионообменником и раствором происходит обмен катионов, между анионообменником и раствором — обмен анионов.

Ионообменники, содержащие в своей структуре сильнокислотные или сильноосновные группы, вступают в реакции обмена с любыми ионами раствора, обладающими зарядом того же знака, что и знак противоиона. Такие ионообменники называют универсальными.

Для решения практических задач варьируют условия разделения элементов подбором сорбента и подходящей подвижной фазы. При выборе сорбента и элюента руководствуются закономерностями ионобменной хроматографии. Удерживание тем выше, чем больше заряд иона и меньше размер его гидратированного иона.

В качестве подвижной фазы чаще всего используют водные растворы электролитов, так как вода обладает прекрасными растворяющими и ионизирующими свойствами. Под действием воды молекулы соединений в пробе мгновенно диссоциируют на ионы, ионогенные группы ионообменников гидратируются и также переходят в полностью или частично диссоциированную форму. Это обеспечивает быстрый обмен противоионов. На элюирующую силу подвижной фазы основное влияние оказывают концентрация и природа элюирующего иона, рН, ионная сила раствора.

В ИХ используют ряд детекторов, приведенных в табл.1. Для определения электроактивных соединений используют амперометрический детектор. Спектрофотометрический детектор используют в прямом детектировании, для ионов, поглощающих излучение в УФ- или видимой области, или в косвенном варианте, когда поглощающий компонент содержится в подвижной фазе. Самый распространенный в ИХ кондуктометрический детектор. Это универсальный детектор для определения заряженных веществ, с широким линейным диапазоном градуировочного графика, простой, надежный, недорогой.

При определении неорганических катионов и анионов обычно используют двухколоночную ионную хроматографию с кондуктометрическим детектором. Элюенты, используемые в ионной хроматографии, должны отвечать двум основным требованиям.

Во-первых, они должны быстро и селективно разделять определяемые ионы в разделяющей колонке.

Во-вторых, после прохождения подавляющей системы элюент должен превращаться в соединение, электропроводность которого максимально отличается от электропроводности соединения, в виде которого будет элюироваться определяемый ион .

Концентрация элюентов для двухколоночной хроматографии колеблется от 1 до 10 мМ. Катионы обычно элюируют разбавленными растворами сильных кислот, а анионы – разбавленными растворами солей слабых кислот. Концентрация анионов в растворе слабых кислот зависит от величины рН, она растет при его увеличении. При элюировании анионов их время удерживания уменьшается с ростом рН, что связано с увеличением концентрации элюирующего иона. При значительном увеличении рН возможно изменение состава элюента и связанное с этим изменение элюирующей способности. Например, в растворе карбоната натрия при повышении рН кислотно-основное равновесие сдвигается в сторону образования карбонат-иона, имеющего больший заряд и, следовательно, большую элюирующую способность, чем гидрокарбонат-ион.