Il cromatografia a scambio ionico è una tecnica analitica che si basa sui principi della cromatografia per produrre la separazione di specie ioniche e molecolari che presentano polarità. Ciò si basa sulla premessa di come queste sostanze siano correlate rispetto a un altro scambiatore di ioni chiamato..
In questo senso, le sostanze che hanno una carica elettrica vengono secrete grazie allo spostamento ionico, in cui una o più specie ioniche vengono trasferite da un fluido a un solido attraverso lo scambio, per il fatto di avere cariche uguali..
Queste specie ioniche si legano ai gruppi funzionali situati sulla superficie attraverso interazioni elettrostatiche che facilitano lo scambio ionico. Inoltre, l'efficacia della separazione ionica dipende dalla rapidità dello scambio di materia e dall'equilibrio tra le due fasi; cioè, si basa su questo trasferimento.
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Prima di iniziare il processo di cromatografia a scambio ionico, è necessario tenere conto di alcuni fattori di grande rilevanza, che consentono di ottimizzare la separazione e di ottenere risultati migliori..
Questi elementi includono la quantità di analita, la massa molare o il peso molecolare del campione e la carica delle specie che compongono l'analita..
Questi fattori sono essenziali per determinare i parametri cromatografici, come la fase stazionaria, le dimensioni della colonna e le dimensioni dei pori della matrice, tra gli altri..
Esistono due tipi di cromatografia a scambio ionico: uno che coinvolge lo spostamento dei cationi e uno che coinvolge lo spostamento degli anioni..
Nella prima la fase mobile (che costituisce il campione da separare) ha ioni con carica positiva, mentre la fase stazionaria ha ioni con carica negativa..
In questo caso, le specie caricate positivamente sono attratte dalla fase stazionaria a seconda della loro forza ionica e questo si riflette nel tempo di ritenzione mostrato nel cromatogramma..
Allo stesso modo, nella cromatografia che coinvolge lo spostamento anionico, la fase mobile ha ioni caricati negativamente, mentre la fase stazionaria ha ioni caricati positivamente..
In altre parole, quando la fase stazionaria ha una carica positiva viene utilizzata nella separazione delle specie anioniche, e quando questa fase è di natura anionica viene utilizzata nella segregazione delle specie cationiche presenti nel campione..
Nel caso di composti che presentano una carica elettrica e mostrano solubilità in acqua (come amminoacidi, piccoli nucleotidi, peptidi e grandi proteine), questi si combinano con frammenti che presentano la carica opposta, producendo legami ionici con la fase. Stazionario cioè non solubile.
Quando la fase stazionaria è in equilibrio, esiste un gruppo funzionale suscettibile di ionizzazione, in cui le sostanze di interesse nel campione vengono segregate e quantificate, potendosi combinare muovendosi lungo la colonna cromatografica..
Successivamente, le specie che sono state combinate possono essere eluite e quindi raccolte utilizzando una sostanza eluente. Questa sostanza è costituita da elementi cationici e anionici, che danno luogo a una maggiore concentrazione di ioni in tutta la colonna o che ne modificano le caratteristiche di pH..
In sintesi, prima una specie in grado di scambiare ioni viene caricata in superficie in modo positivo con controioni, quindi avviene la combinazione degli ioni che verranno secreti. Quando inizia il processo di eluizione, le specie ioniche debolmente legate subiscono il desorbimento.
Successivamente, anche le specie ioniche con legami più forti vengono desorbite. Infine avviene la rigenerazione, in cui è possibile che lo stato iniziale venga ricostituito lavando la colonna con la specie tamponata che inizialmente interviene..
La cromatografia a scambio ionico si basa sul fatto che le specie che manifestano una carica elettrica presente nell'analita vengono segregate grazie alle forze attrattive di tipo elettrostatico, quando si muovono attraverso una sostanza resinosa di tipo ionico in determinate condizioni di temperatura e pH.
Questa segregazione è causata dallo scambio reversibile di specie ioniche tra gli ioni trovati nella soluzione e quelli presenti nella sostanza resinosa di spostamento che ha natura ionica..
In questo modo, il processo utilizzato per la segregazione dei composti nel campione è soggetto al tipo di resina utilizzata, seguendo il principio degli scambiatori di anioni e cationi sopra descritto..
Poiché gli ioni di interesse sono intrappolati nella sostanza resinosa, è possibile che la colonna cromatografica fluisca finché il resto delle specie ioniche non viene eluito..
Successivamente, le specie ioniche intrappolate nella resina vengono lasciate fluire, mentre vengono trasferite da una fase mobile con maggiore reattività lungo la colonna..
Poiché in questo tipo di cromatografia la separazione delle sostanze viene effettuata per scambio ionico, ha un gran numero di usi e applicazioni, tra cui i seguenti:
- Separazione e purificazione di campioni che contengono combinazioni di composti di natura organica, costituiti da sostanze come nucleotidi, carboidrati e proteine.
- Controllo di qualità nel trattamento delle acque e nei processi di deionizzazione e addolcimento delle soluzioni (utilizzati nell'industria tessile), nonché la segregazione di magnesio e calcio.
- Separazione e purificazione di farmaci, enzimi, metaboliti presenti nel sangue e nelle urine e altre sostanze con comportamento alcalino o acido, nell'industria farmaceutica.
- Demineralizzazione di soluzioni e sostanze, dove si desidera ottenere composti di elevata purezza.
- Isolamento di uno specifico composto in un campione da separare, al fine di ottenerne una separazione preparatoria per poi essere oggetto di altre analisi.
Allo stesso modo, questo metodo analitico è ampiamente utilizzato nei settori petrolchimico, idrometallurgico, farmaceutico, tessile, alimentare e delle bevande e dei semiconduttori, tra le altre aree..
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