La cromatografía de intercambio iónico o cromatografía iónica (IC) es una cromatografía de líquidos en la que como fase estacionaria se emplea una resina de intercambio iónico, de elevada masa molecular y esencialmente insoluble.
Los procesos de intercambio iónico se basan en los equilibrios de intercambio iónico entre los iones de una disolución y los iones del mismo signo que se encuentran en la superficie de la resina.
Los rellenos tradicionales empleados están formados por pequeñas partículas esféricas y porosas compuestas por polímeros entrecruzados (de estireno y divinilbenceno) que poseen grupos funcionales ácidos o básicos unidos químicamente:
- Las resinas de intercambio catiónico presentan grupos de ácido sulfónico (ácido fuerte) o grupos de ácido carboxílico (ácido débil):
- Las resinas de intercambio aniónico contienen grupos amino terciarios (muy básicos) o grupos amino primarios (bases débiles):
Como ejemplo, la aplicación de la ley de acción de masas al equilibrio de intercambio catiónico en una resina con grupos sulfónicos:
La constante representa la afinidad de la resina por los iones:
Un inconveniente de las partículas poliméricas porosas es la baja velocidad de difusión de las partículas de analito. Para ello se han desarrollado dos nuevos tipos de relleno más efectivos:
- Uno es un relleno en la que la superficie de una partícula esférica no porosa se recubre con una resina sintética de intercambio iónico.
- Otro es un relleno de micropartículas porosas de sílice recubiertas con una delgada película de intercambiador.
Fases móviles en cromatografía de intercambio iónico
De manera general, las fases móviles en cromatografía tienen las siguientes características:
- Deben poder disolver la muestra y tener una fuerza disolvente que proporcione tiempos de retención razonables (valores de k adecuados).
- Deben interactuar con los solutos de tal forma que favorezcan la selectividad (valores de α adecuados).
Las fases móviles empleadas suelen ser soluciones acuosas con cierta cantidad de algún disolvente orgánico miscible (como el metanol). En general, los iones de la fase móvil compiten con los del analito por los puntos activos del relleno del intercambiador iónico. El tipo y proporción de los disolventes en la fase móvil determinarán su fuerza y su selectividad.
Aplicaciones de la cromatografía iónica
La cromatografía de intercambio iónico se emplea tanto en la separación de especies inorgánicas como en la separación de compuestos orgánicos.
La aplicación de la cromatografía iónica al análisis de especies inorgánicas tuvo problemas en sus inicios debido a la falta de un buen sistema de detección de carácter universal. Obviamente, el detector más adecuado para la determinación de especies iónicas es el detector de conductividad, ya que son sencillos, económicos, fáciles de manejar y responden de manera predecible a todas las especies con carga. Sin embargo, la fase móvil presenta una elevada conductividad y tiende a enmascarar al analito, reduciendo la sensibilidad del detector.
Para solucionar este problema se ideó la cromatografía iónica con inhibidores (o supresores) que añade una columna inhibidora del eluyente a continuación de la columna analítica. La columna inhibidora (o supresora) se rellena con una segunda resina de intercambio iónico que convierte los iones del disolvente en especies moleculares poco ionizadas, sin alterar los iones del analito.
Por ejemplo, en la separación de cationes con frecuencia se emplea ácido clorhídrico como eluyente, de modo que la columna inhibidora es una resina de intercambio aniónico en la forma de hidróxido que lo neutraliza formando agua. Cuando se efectúa una separación de aniones, el relleno inhibidor es la forma ácida de una resina de intercambio catiónico y bicarbonato de sodio o carbonato como agente eluyente. Las columnas inhibidoras deben regenerarse para no perder su efectividad.
La cromatografía iónica se ha aplicado a una gran variedad de sistemas orgánicos y bioquímicos, incluyendo fármacos, conservantes alimentarios, azúcares y vitaminas, entre otros.
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