SEPLIFE ®, 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 utiliza 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. descobriu o fenômeno da troca iônica no processo de estudo da troca de substâncias alcalinas no solo. Na década de 1940, surgiram resinas de troca iônica de poliestireno com características de troca estável. 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 utilizado 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+ – 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 de íons 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 com A+ e B+;

✔Se K

✔O valor K é um parâmetro que reflete a força de ligação ou seletividade do trocador de íons para diferentes íons, portanto o valor K é chamado de coeficiente de seletividade do trocador de íons 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 dessorvido B+ 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 difusão 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 do íon: quanto maior a valência, mais lenta 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 por difusão, quanto maior a concentração, mais rápida será a taxa de câmbio

Princípio da troca iônica:

Se for selecionada uma resina de troca catiônica, a substância carregada positivamente é trocada por H+ e ligada à resina. Se for selecionada uma resina de troca aniônica, a substância carregada negativamente pode ser trocada por 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 a um, selecionando um eluente apropriado para atingir o objetivo de separação e purificação.

✔1. Estágio de equilíbrio: combinação de trocador de íons e 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 depois lava as substâncias fortemente adsorvidas

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

Resinas de cromatografia de troca iônica:

Os grupos carregados de 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 de ânions 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, pode ser dividido em três tipos, respectivamente fortemente básico (incluindo grupo amino quaternário), fracamente básico (incluindo grupo amino terciário e secundário) e moderadamente básico (contendo grupo básico forte e grupo básico fraco).

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

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