SEPVIDA ®Todo lo que necesita saber sobre la cromatografía de intercambio iónico

Introducción a la cromatografía de intercambio iónico:

La cromatografía de intercambio iónico es un método de cromatografía en columna que utiliza la diferencia de fuerza electrostática entre los iones intercambiables en el intercambiador de iones y los diversos iones separados en el medio circundante, y logra el propósito de la separación mediante el equilibrio de intercambio. La cromatografía de intercambio iónico tiene las ventajas de alta sensibilidad, repetibilidad, buena selectividad y rápida velocidad de análisis, y actualmente es uno de los métodos de cromatografía más utilizados. 

En 1848, Thompson et al. Descubrió el fenómeno del intercambio iónico en el proceso de estudiar el intercambio de sustancias alcalinas en el suelo. En la década de 1940 aparecieron resinas de intercambio iónico de poliestireno con características de intercambio estable. En la década de 1950, la cromatografía de intercambio iónico entró en el campo de la bioquímica y se aplicó al análisis de aminoácidos. En la actualidad, la cromatografía de intercambio iónico sigue siendo un método de cromatografía de uso común en el campo de la bioquímica y se usa ampliamente en la separación y purificación de diversas sustancias bioquímicas, como aminoácidos, proteínas, azúcares, virus y nucleótidos.

El proceso de intercambio iónico:  

La reacción entre el intercambiador de iones y los iones o compuestos iónicos en la solución se lleva a cabo principalmente mediante intercambio iónico. La reacción de intercambio iónico realizada es reversible. Suponiendo que RA representa el intercambiador de cationes, el catión A+ disociado en la solución puede sufrir una reacción de intercambio reversible con el catión B+ en la solución, y la fórmula de la reacción es:

RA + B+ – RB + A+

La reacción alcanza el equilibrio a una velocidad extremadamente rápida y el cambio de equilibrio sigue la ley de acción de masas. 

La selectividad de un intercambiador de iones se puede expresar mediante la constante de equilibrio K de su reacción:

K锛漑RB][A+]/[RA][B+]

✔Si [A+] es igual a [B+] en la solución de reacción, entonces K=[RB]/[RA].

✔Si K>1, es decir, [RB]>[RA], significa que la fuerza de unión del intercambiador iónico a B+ es mayor que la de A+;

✔Si K=1, es decir, [RB]=[RA], significa que el intercambiador de iones tiene la misma fuerza de unión a A+ y B+;

✔Si K

✔El valor K es un parámetro que refleja la fuerza de unión o selectividad del intercambiador de iones a diferentes iones, por lo que el valor K se denomina coeficiente de selectividad del intercambiador de iones para A+ y B+.

Mecanismo de intercambio iónico:

A+ se difunde desde la solución a la superficie de la resina.

A+ ingresa al centro activo dentro de la resina desde la superficie de la resina.

A+ sufre una reacción de metátesis con RB en el centro activo.

El ion B+ desorbido se difunde desde el interior de la resina hasta la superficie de la resina.

Los iones B+ se difunden desde la superficie de la resina hacia la solución.

El paso de control del tipo de cambio es la tasa de difusión, que puede controlarse mediante difusión interna o difusión externa en diferentes sistemas de separación.

Factores que afectan el proceso de intercambio iónico: 

✔Tamaño de partícula: cuanto más pequeña, más rápido

✔Grado de reticulación: pequeño grado de reticulación, velocidad de intercambio rápida

✔Temperatura: cuanto más alta más rápida, está relacionada con el aumento del coeficiente de difusión.

✔Valencia de iones: cuanto mayor es la valencia, más lenta es la velocidad de difusión

✔Tamaño de ion: cuanto más pequeño, más rápido

✔ Velocidad de agitación: hasta cierto punto, cuanto mayor, más rápido

✔Concentración de la solución: cuando el tipo de cambio está controlado por difusión, cuanto mayor es la concentración, más rápido es el tipo de cambio.

Principio de intercambio iónico:

Si se selecciona una resina de intercambio catiónico, la sustancia cargada positivamente se intercambia con H+ y se une a la resina. Si se selecciona una resina de intercambio aniónico, la sustancia cargada negativamente puede intercambiarse con OH- y unirse a la resina.

Existen diferencias en el grado de firmeza de la combinación de sustancias en la resina, y los componentes de la mezcla se pueden eluir uno por uno seleccionando un eluyente apropiado para lograr el propósito de separación y purificación.

✔1. Etapa de equilibrio: combinación de intercambiador de iones y contraión

✔2. Etapa de adsorción: muestra y contraintercambio iónico.

✔3. Etapa de desorción: la solución tampón de gradiente primero lava las sustancias débilmente adsorbidas y luego lava las sustancias fuertemente adsorbidas.

✔4. Etapa de regeneración: lavar completamente con la solución de equilibrio original, que puede reutilizarse

Resinas de cromatografía de intercambio iónico:

Los grupos cargados de los intercambiadores de cationes están cargados negativamente y los contraiones están cargados positivamente, lo que puede realizar reacciones de intercambio con cationes o compuestos cargados positivamente en solución.

Según la fuerza del grupo cargado, se puede dividir en tres tipos, respectivamente tipo de ácido fuerte (grupo con ácido sulfónico, R-SO3H), tipo de ácido medio-fuerte (que contiene un grupo de ácido fosfórico o un grupo de ácido fosfórico, R-PO3H2 ) y tipo ácido débil (con grupo carboxilo y resina a base de fenol, R-COOH o R-anillo de benceno-OH).

Durante el intercambio de estos intercambiadores, los iones de hidrógeno son reemplazados por cationes extraños, como se muestra en la siguiente fórmula:

R锛岰OOH锛婲a+锛漅锛岰OONa锛嬶紜H+

El intercambiador aniónico se forma introduciendo grupos amina cuaternaria [-N (CH3) 3], amina terciaria [-N (CH3) 2], amina secundaria [-NHCH3] y amina primaria [-NH2] en la matriz.

Según el diferente nivel de alcalinidad de los grupos amino, se pueden dividir en tres tipos, respectivamente fuertemente básico (incluido el grupo amino cuaternario), débilmente básico (incluido el grupo amino terciario y secundario) y medianamente básico (que contiene tanto un grupo básico fuerte como un grupo amino cuaternario). grupo básico débil).

Cuando se intercambian con iones en solución, la fórmula de reacción es la siguiente:

Para obtener más información sobre los tipos específicos de resinas para cromatografía de intercambio iónico, permanezca atento a nuestro próximo artículo sobre Cromatografía de intercambio iónico.