کروماتوگرافی یونی، IC

کروماتوگرافی یونی

روش­های جداسازی یونی از انقلاب صنعتی اروپا در کاهش سختی آب­ها استفاده شده است. از آن زمان به بعد، پژوهشگران انواع خاک­های رس همراه با سولفات آمونیم یا کربنات را برای کاهش مقدار کلسیم به­ کار برده ­اند. در ابتدای قرن بیستم، از ستون­های زئولیت برای حذف یون­های کلسیم و  منیزیم  که برای اندازه­ گیری سولفات مزاحمت ایجاد می­ کردند، استفاده شده است. روش­های جداسازی یونی در پروژه­ منهتن برای تخلیص و تغلیظ مواد رادیواکتیو مورد نیاز برای ساختن بمب اتمی استفاده شده است. در سال ۱۹۵۶ روش کروماتوگرافی براساس تبادل یونی برای جداسازی پروتئین­ ها گزارش شده است. این پژوهش­ها باعث شده که شکل جدید کروماتوگرافی یونی (IC)  در سال ۱۹۷۵ توسط اسمال معرفی شود. امروزه این روش برای تجزیه گستره زیادی از آنالیت­ها در داروسازی، زیست­ فناوری، محیط­زیست، کشاورزی، زمین­­ شناسی و صنایع دیگر، اهمیّت قابل­ توجهی یافته است.

کروماتوگرافی یونی جدید، نوعی کروماتوگرافی مایع با عملکرد زیاد است. در IC جداسازی براساس برهمکنش ­های یونی یا الکترواستاتیک بین آنالیت­های یونی و قطبی، یون­های موجود در فاز شوینده و گروه ­های عاملی یونی موجود در فاز ساکن است. این موضوع را می ­توان با دو مکانسیم (۱) تبادل یون به علت رقابت اتصال یونی یا جذب و (۲) طرد یونی به علت دافعه بین یون­های آنالیت هم­بار و یون­های موجود در فاز ساکن، شرح داد. کروماتوگرافی یونی، برای جداسازی فلزات گران­بها که در مقادیر کم در برخی کانسارها وجود دارند، برای مثال، جداسازی مولیبدن و رنیُم از کانسارها یا پسماندهای مس، در صنایع معدنی نیز کاربرد دارد.

 

دستگاه کروماتوگراف یونی یا IC

طرح ­واره ­ای از یک سیستم IC در شکل (۱) نشان داده شده است. اجزای تشکیل­ دهنده این سیستم مشابه HPLC و شامل یک واردکننده خودکار نمونه، یک پمپ با فشار زیاد، یک شیر تزریق دارای حلقه نمونه با اندازه مناسب (حجم ۱۰ الی μL250)، یک ستون محافظ، یک ستون تجزیه ­ای، یک فرونشاننده نوری یا سیستم مخلوط­ کننده واکنشگر بعد از ستون، یک آشکارساز و یک سیستم پردازنده داده­ ها است.

شکل ۱٫ طرح ­واره­ ای از اجزای تشکیل­ دهنده دستگاه کروماتوگراف یونی.

 

آشکارسازی: هر آشکارساز مناسبی را می ­توان برای شناسایی و اندازه­ گیری آنالیت­های مورد تجزیه با IC استفاده کرد. انتخاب آشکارساز به ماهیّت مولکول­ها و یون­های آنالیت بستگی دارد. از آشکارسازهای عمومی ضریب شکست (RID)، فرابنفش– مرئی، فلوئورسانس، پرتوشیمیایی برای نمونه­ های هسته­ ای و آشکارسازهای الکتروشیمیایی، برای کروماتوگرافی یونی استفاده می­ شود. آشکارساز رسانایی­ سنجی بیشتر از سایر آشکارسازها در دستگاه­های IC رایج است.

در آشکارسازی رسانایی­ سنجی، وقتی بین دو الکترود که خروجی ستون در آن جریان دارد، پتانسیل ثابتی اعمال شود، جریان الکتریکی ایجاد خواهد شد، زیرا در محلول خروجی از ستون یون­ها یا مولکول­های قطبی وجود دارند. شدت این جریان الکتریکی با رسانایی الکتریکی محلول متناسب است. رسانایی الکتریکی نیز با غلظت گونه­ های یونی موجود در محلول و رسانایی ویژه آن گونه­ ها بستگی دارد. غلظت، معادل تعداد یون­های حمل­ کننده جریان الکتریکی و رسانایی ویژه توانایی هر یون برای حمل الکتریسیته است. یون آنالیت موجود در محلول خروجی، در کروماتوگرام یک پیک ایجاد می­ کند که سطح زیر این پیک با غلظت آن متناسب است، در حالی­ که  سایر یون­های موجود منجر به زمینه یا خط پایه در کروماتوگرام می­ شوند. آنالیت­های مختلف با  غلظت یکسان، سطح زیر  پیک متفاوت یا ارتفاع پیک متفاوت، ایجاد می­ کنند، زیرا هدایت الکتریکی آن­ها با یکدیگر تفاوت دارد.

ولی، مشکلی که وجود دارد این است که علاوه بر گونه ­های آنالیت، گونه­ های دیگری نیز در محلول خروجی از ستون کروماتوگرافی یونی وجود دارند که همگی در هدایت الکتریکی محلول مشارکت دارند. اغلب هدایت الکتریکی سایر گونه­ های موجود در محلول­ های خروجی از ستون، بیشتر از هدایت الکتریکی آنالیت­ها است. زیرا همان­ طور که ذکر شد، غلظت سایر یون­های موجود در محلول خروجی ۱۰۴ الی ۱۰۵ بار بیشتر از غلظت آنالیت­ها است (به ­ویژه در کروماتوگرافی تبادل یونی). بنابراین، تلاش­های اولیه برای به­ کار بردن اندازه­ گیری رسانایی الکتریکی برای IC محدویت ­های معنی ­داری داشته است. امروزه این محدویت با ورود مفهوم کروماتوگرافی یونی فرونشانده­ شده برطرف شده است. در این روش، محلول خروجی از ستون قبل ورود به آشکارساز رسانایی­ سنجی، از میان بستر پرشده از یک مادۀ فرونشاننده (به شکل هیدروکسید) عبور داده می­ شود تا محلول خروجی از نظر شیمیایی اصلاح شده و آشکارسازی حساس، میسّر شود. کروماتوگرافی یونی فرونشانده­ شده به کروماتوگرافی یونی دوستونی و کروماتوگرافی یونی فرونشانده ­نشده به کروماتوگرافی یونی تک­ ستونی نیز معروف هستند.

در کروماتوگرافی یونی تک­ ستونی، ستون فرونشاننده وجود ندارد و فاز متحرک مستقیماً پس از خروج از ستون جداکننده به آشکارساز هدایت‌ سنج می‌رسد. این روش ساده است امّا همان­ طور که نشان داده شد، در صورت زیاد بودن هدایت الکتریکی محلول مورد آزمایش غلظت­های کم‌ آنیون­ها را نمی‌توان با آن تعیین کرد.

دو مدل دستگاه کروماتوگرافی یونی ساخت شرکت متروهم سوئیس.

 

منبع: کتاب روشهای آنالیز دستگاهی، تألیف دکتر محمود پایه قدر- دکتر جواد مقدسی

روش‌های آنالیز دستگاهی (کارشناسی ارشد زمین‌شناسی)

استفاده از مطالب با ذکر منبع بلامانع است.

 

 

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.