Ионообменная хроматография

Ионообменная хроматография является методом, в основе которого лежит обмен между ионами анализируемого раствора и ионогенными группами сорбента.

Иониты (ионообменные сорбенты) представляют собой неорганические или полимерные органические соединения, содержащие в своей структуре ионогенные группы, способные к обмену ионов.

В зависимости от характера ионогенных групп ионообменные сорбенты разделяются на катионообменные и анионообменные.

Катионообменные сорбенты содержат сульфо-, карбоксильные, оксифенильные или другие группы, способные к обмену катионов.

Анионообменные сорбенты являются ароматическими или алифатическими аминами или четвертичными аммониевыми основаниями, способными к обмену анионов.

Реакцию обмена между катионами, находящимися в растворе (М₂⁺) и на катионообменном сорбенте (М₁⁺), можно представить следующей схемой:

R-M₁⁺ + M₂ ⁺ A^- R^-M₂⁺ + M₁⁺A^-

Где R^- - анион катионообменного сорбента;

А^- - анион, находящийся в растворе.

Наиболее часто применяются следующие ионообменные сорбенты: сильнокислотные, содержащие сульфогруппы, -КУ-2, СДВ-3, СБС, слабокислотные, содержащие карбоксильные группы,- КБ-4, КБ-4П-2, и др.; сильноосновные анионообменные сорбенты – АВ-17, АВ-16, ЭДЭ-10 II и слабоосновные АН-2Ф, Н-О.

Н-формой катионообменного сорбента называют сорбент, содержащий обменные ионы водорода; солевой формой – сорбент, содержащий катионы металлов. ОН – формой анионообменного сорбента называют сорбент, содержащий обменные ионы гидроксила. Применяются также анионообменные сорбенты в хлоридной, карбонатной и других формах.

Методика работы с ионообменными сорбентами для количественного анализа состоит из следующих операций:

1) подготовка сорбента;

2) подготовка колонки;

3) хроматографирование и определение содержания анализируемого вещества;

4) регенерация сорбента;

Подготовка сорбента. 5-10 г сорбента (с размером частиц 0,2-0,5 мм) помещают в стакан, промывают 2-3 раза дистиллированной водой, заливают разведенной соляной кислотой и оставляют набухать в течение 12 часов при периодическом перемешивании.

В случае анионообменного сорбента кислоту хлористоводородную отмывают несколько раз водой, заливают 5% раствором натрия карбоната или 2% раствором натра гидроксида и оставляют на 2-4 часа. Настаивание с раствором натрия карбоната или щелочи повторяют несколько раз до отрицательной реакции на хлор-ион. Обработку раствором щелочи проводят в делительной воронке для предупреждения поглощения углекислого газа из воздуха. Подготовленные таким образом сорбенты промывают 1-2 раза дистиллированной водой, переносят в колонку и промывают водой до нейтральной реакции.

Подготовка колонки. Колонка для хроматографирования представляет собой стеклянную трубку, нижняя суженная часть которой снабжена стеклянным краном или каучуковой трубкой с зажимом для регулирования скорости фильтрации. На высоте 0,5-1 см от места сужения трубки впаивают пористую стеклянную пластинку (фильтр №1).

Обычно применяют колонки длиной 15-25 см с внутренним диаметром 1-2 см, однако размеры колонок могут быть и другими.

Колонку устанавливают в строго вертикальном положении. Кран закрывают и колонку на ¾ наполняют дистиллированной водой. Затем подготовленный сорбент смывают в колонку, одновременно открывая кран. Необходимо строго следить, чтобы между зернами сорбента в колонке не задерживались пузырьки воздуха. Оставшиеся пузырьки воздуха можно удалить, пропуская через колонку снизу вверх струю воды. Когда слой сорбента достигнет высоты 8-10 см, закрывают кран и поверх сорбента помещают тампон из ваты, препятствующий всплытию зерен к поверхности раствора.

Хроматографирование и определение содержания анализируемого вещества. Перед началом определения следует проверить реакцию воды, вытекающей из колонки; она должна быть нейтральной. В противном случае колонку следует дополнительно промыть водой. Затем 5-10 мл анализируемого раствора, приготовленного, как указано в соответствующей статье, переносят в хроматографическую колонку, поддерживая скорость вытекания 20-25 капель в минуту. Собирают вытекающую жидкость в коническую колбу, промывают колонку водой до нейтральной реакции, собирая промывную воду в ту же колбу и поддерживая ту же скорость вытекания жидкости из колонки.

В полученном растворе определяют содержание анализируемого вещества титрованием раствором щелочи или кислоты или другими методами.

Регенерация сорбента. Через колонку катионообменного сорбента пропускают 4% раствор кислоты, через колонку анионообменного сорбента -5% раствор натрия карбоната или 2% раствор щелочи до тех пор, пока концентрация отходящей кислоты или щелочи не станет равной исходной. Затем колонку промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции.

При анализе одну и ту же колонку сорбента можно использовать для ряда определений без регенерации.

Метод ионообменной хроматографии используется в фармацевтическом анализе для количественного определения солей органических и минеральных кислот, солей алкалоидов и азотистых оснований и других групп лекарственных веществ.

Для количественного определения солей галогенводородных кислот можно использовать как катионит, так и анионит.