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.