Тема. Ионообменная хроматография

В основе ионообменной хроматографии лежит обратимый стехиометрический обмен ионов, содержащихся в хроматографируемом растворе, на подвижные ионы веществ, называемых ионитами, или ионообменниками.

Разделение смеси содержащихся в растворе ионов основано на различной способности их к обмену с ионами ионита. Синтетические органические ионообменники по знаку заряда обменивающих ионов делятся на две группы: на катиониты и аниониты (существуют также амфотерные иониты – амфолиты, способные осуществлять одновременный обмен катионов и анионов).

К первой группе относятся вещества, обладающие свойствами кислот; они представляют собой продукты полимеризации стирола или конденсации фенола и его производных с формальдегидом. В результате специальной обработки в их состав вводятся активные кислотные группы: —SО₃H; —CH₂SО₃H; —СООН; —ОН и др. Вследствие того, что активные группы структурно связаны с органическим скелетом, они не могут переходить в раствор. Подвижными являются только водородные ионы этих групп или заменяющие их катионы.

Вторую группу образуют вещества, обладающие свойствами оснований, способные к обмену анионов; это свойство определяется присутствием в них аминных или иминных групп.

Процессы обмена и регенерации ионообменников могут быть выражены следующими уравнениями:

Катионы nRH + Meⁿ⁺ ↔ R_nMe + nH⁺ (обмен),

R_nMe + nH ⁺ ↔ nRH + Meⁿ⁺ (регенерация),

где RH – катионит в водородной форме; Me – катионы;

Анионы nR ' OH + An^{n -} ↔ R ' nAn + nOH ^- (обмен),

R ' nAn + nOH ^- ↔ nR ' OH + An^{n -} (регенерация),

где R'OH – анионит в гидроксильной форме; An – анионы.

Ионообменный процесс можно рассматривать как гетерогенную химическую реакцию между активными группами ионообменника и ионами раствора, протекающую в соответствии с законом действия масс.

Ионообменивающие вещества, применяемые в химическом анализе, должны удовлетворять ряду требований: быть химически устойчивыми в различных средах, механически прочными в сухом и особенно в набухшем состоянии, обладать большой поглотительной способностью, обладать полной обратимостью процессов обмена.

Ионообменная способность зависит от рН среды, концентрации хроматографируемого раствора, природы поглощаемых ионов и других факторов. Ионообменный хроматографический анализ не требует сложной аппаратуры и позволяет разделять и анализировать смеси ионов с близкими свойствами.