SEPLIFÉRIA ®Tudo o que você precisa saber sobre cromatografia de troca iônica

Introdução à cromatografia de troca iônica:

A cromatografia de troca iônica é um método de cromatografia em coluna que usa a diferença na força eletrostática entre os íons trocáveis ​​no trocador de íons e os vários íons separados no meio circundante, e atinge o propósito de separação por meio do equilíbrio de troca. A cromatografia de troca iônica tem as vantagens de alta sensibilidade, repetibilidade, boa seletividade e rápida velocidade de análise, e é atualmente um dos métodos de cromatografia mais comumente usados. 

Em 1848, Thompson et al. descobriram o fenômeno da troca iônica no processo de estudo da troca de substâncias alcalinas no solo. Na década de 1940, resinas de troca iônica de poliestireno com características de troca estáveis ​​apareceram. Na década de 1950, a cromatografia de troca iônica entrou no campo da bioquímica e foi aplicada à análise de aminoácidos. Atualmente, a cromatografia de troca iônica ainda é um método de cromatografia comumente usado no campo da bioquímica e é amplamente usada na separação e purificação de várias substâncias bioquímicas, como aminoácidos, proteínas, açúcares, vírus e nucleotídeos.

O processo de troca iônica:  

A reação entre o trocador de íons e os íons ou compostos iônicos na solução é realizada principalmente por troca iônica. A reação de troca iônica realizada é reversível. Assumindo que RA representa o trocador de cátions, o cátion A+ dissociado na solução pode sofrer uma reação de troca reversível com o cátion B+ na solução, e a fórmula da reação é:

RA + B+ ou RB + A+

A reação atinge o equilíbrio a uma taxa extremamente rápida, e a mudança de equilíbrio segue a lei da ação das massas. 

A seletividade de um trocador iônico pode ser expressa pela constante de equilíbrio K de sua reação:

K锛漑RB][A+]/[RA][B+]

✔Se [A+] for igual a [B+] na solução de reação, então K=[RB]/[RA].

✔Se K>1, ou seja, [RB]>[RA], significa que a força de ligação do trocador iônico a B+ é maior que a de A+;

✔Se K=1, ou seja, [RB]=[RA], significa que o trocador iônico tem a mesma força de ligação para A+ e B+;

✔Se K

✔O valor K é um parâmetro que reflete a força de ligação ou seletividade do trocador iônico a diferentes íons, portanto o valor K é chamado de coeficiente de seletividade do trocador iônico para A+ e B+.

Mecanismo de troca iônica:

A+ difunde-se da solução para a superfície da resina.

A+ entra no centro ativo dentro da resina a partir da superfície da resina.

A+ sofre reação de metátese com RB no centro ativo.

O íon B+ dessorvido difunde-se do interior da resina para a superfície da resina.

Os íons B+ se difundem da superfície da resina para a solução.

A etapa de controle da taxa de câmbio é a taxa de difusão, que pode ser controlada por difusão interna ou externa em diferentes sistemas de separação.

Fatores que afetam o processo de troca iônica: 

✔Tamanho das partículas: quanto menor, mais rápido

✔Grau de reticulação: pequeno grau de reticulação, velocidade de troca rápida

✔Temperatura: quanto maior mais rápido, está relacionado ao aumento do coeficiente de difusão

✔Valência iônica: quanto maior a valência, mais lenta é a taxa de difusão

✔Tamanho do íon: quanto menor, mais rápido

✔ Velocidade de agitação: até certo ponto, quanto maior, mais rápido

✔Concentração da solução: Quando a taxa de câmbio é controlada pela difusão, quanto maior a concentração, mais rápida será a taxa de câmbio.

Princípio da troca iônica:

Se uma resina de troca catiônica for selecionada, a substância carregada positivamente é trocada com H+ e ligada à resina. Se uma resina de troca aniônica for selecionada, a substância carregada negativamente pode ser trocada com OH- e ligada à resina.

Existem diferenças no grau de firmeza da combinação de substâncias na resina, e os componentes da mistura podem ser eluídos um por um selecionando um eluente apropriado para atingir o objetivo de separação e purificação.

✔1. Estágio de equilíbrio: combinação do trocador iônico e do contra-íon

✔2. Estágio de adsorção: amostra e contra-troca iônica

✔3. Estágio de dessorção: a solução tampão de gradiente primeiro lava as substâncias fracamente adsorvidas e, em seguida, lava as substâncias fortemente adsorvidas

✔4. Estágio de regeneração: lavar completamente com a solução de equilíbrio original, que pode ser reutilizada

Resinas para cromatografia de troca iônica:

Os grupos carregados dos trocadores de cátions são carregados negativamente, e os contra-íons são carregados positivamente, o que pode realizar reações de troca com cátions ou compostos carregados positivamente em solução.

De acordo com a força do grupo carregado, ele pode ser dividido em três tipos, respectivamente tipo ácido forte (grupo com ácido sulfônico, R-SO3H), tipo ácido médio-forte (contendo grupo ácido fosfórico ou grupo ácido fosforoso, R-PO3H2) e tipo ácido fraco (com grupo carboxila e resina à base de fenol, R-COOH ou anel R-benzeno-OH).

Durante a troca desses trocadores, os íons hidrogênio são substituídos por cátions estranhos, conforme mostrado na fórmula a seguir:

R锛岰OOH锛婲a+锛漅锛岰OONa锛嬶紜H+

O trocador aniônico é formado pela introdução de grupos amina quaternária [-N (CH3) 3], amina terciária [-N (CH3) 2], amina secundária [-NHCH3] e amina primária [-NH2] na matriz.

De acordo com os diferentes níveis de alcalinidade dos grupos amina, eles podem ser divididos em três tipos: fortemente básicos (incluindo grupos amino quaternários), fracamente básicos (incluindo grupos amino terciários e secundários) e medianamente básicos (contendo grupos básicos fortes e básicos fracos).

Quando eles trocam com íons em solução, a fórmula da reação é a seguinte:

Para mais informações sobre os tipos específicos de resinas de cromatografia de troca iônica, fique ligado em nosso próximo artigo sobre cromatografia de troca iônica.