Cromatografia di scambio ionico |
TEORIA DEL CROMATOGRAFO DI SCAMBIO IONICO: come risultato di un'analisi di scambio ionico si ha un cromatogramma, cioè un diagramma che ci permette di identificare i componenti di una miscela e le loro quantità; per questo motivo questo tipo di cromatografia è usato sia per analisi qualitative che quantitative.
SCHEMA SEMPLIFICATO DEL
CROMATOGRAFO
INIZIO
DESCRIZIONE DELLE PARTI COSTITUENTI L'APPARECCHIATURA
1 - POMPA
Lo scopo di questa pompa è quello di inviare l'acqua bidistillata (9) al
miscelatore (3) e quindi in colonna.
3 - MISCELATORE
Da qui passano i solventi prima di entrare in colonna e vengono mescolati in maniera
opportuna perché devono entrare in colonna omogeneamente per garantire un buona
separazione.
4 - COLONNA DI SEPARAZIONE
Consideriamo una colonna modello che ha come fase fissa il polimero di
polistirene-divinilbenzene ionizzato con SO3- H+. Nel mio
campione devo separare ioni come Ca2+, Na+ e K+. Al pH
costante del tampone utilizzato, a seconda della costante di equilibrio, (ione-controione
della fase stazionaria) ogni ione esce dalla colonna in tempi diversi.
SCHEMA
5 -
SOPPRESSORE
Il soppressore è un particolare strumento che permette l'eliminazione degli ioni
dell'eluente, i quali non permetterebbero la distinzione nel cromatogamma dei picchi del
campione da parte del detector.
L'uso di questa colonna aggiuntiva di soppressione dà luogo alla cromatografia ionica con
soppressore (SIC, Suppressed Ion Chromatography). Questa colonna è situata dopo la
colonna di separazione (3) ed attraverso il passaggio tra particolari membrane permette
l'eliminazione della conducibilità dell'eluente, separandolo dall'analita.
Uno svantaggio di questa colonna è che il passaggio della soluzione concentrata
dell'eluente, causa l'esaurimento precoce di essa che verrà sostituita con un'altra per
poter esser rigenerata con HCl.
Le colonne di soppressione possono essere di due tipi:
a) - soppressione a fibra: (vedi disegno) la colonna viene sostituita da una fibra
cava permeabile a specie ioniche. All'interno viene fatta passare la soluzione eluita
proveniente dalla colonna di separazione ed all'esterno, in controcorrente, la soluzione
responsabile della soppressione. Sfruttando un gradiente di concentrazione si ha la
migrazione degli ioni H+ all'interno della fibra e gli ioni Na+
verso l'esterno della fibra.Questo metodo non richiede rigenerazione. Un inconveniente è
la piccola superficie della fibra (per evitare l'allargamento dei picchi) che rende la
soppressione limitata.
b) - soppressione a
membrana: (vedi disegno) il principio di funzionamento è lo stesso del precedente ma in
questo caso si fa uso di una membrana piana semipermeabile a cationi o anioni, a seconda
dall'analisi da effettuare.
Questo tipo di soppressore viene usato molto più dell'altro perché la superficie di
contatto tra le fasi, eluente e soluzione per la soppressione, e per questo la
soppressione risulta più completa. Inoltre, dopo questo passaggio, gli unici ioni
responsabili della conducibilità sono quelli dell'analita.
SCHEMA
6 - DETECTOR (RIVELATORE)
Il detector è quello strumento che ci permette di determinare ogni sostanza in uscita
dalla colonna cromatografica. I più comuni sono rivelatori conduttimetrici perché
possono essere molto sensibili, sono economici anche nella manutenzione e possono essere
impiegati per lunghi tempi senza problemi. Si tratta semplicemente di una cella
conduttimetrica, ma bisogna star attenti che la conducibilità dell'eluente non mascheri
quella dello ione. Si ha quindi un inconveniente: si avrà sempre un valore di fondo alto
e costante che è la conducibilità della fase mobile. In caso di variazioni molto piccole
serviranno dei sistemi di amplificazione del segnale e, quando è possibile si utilizza un
rivelatore UV-Visibile. Anche per questo tipo di rivelatore ci sono delle condizioni
lavorative. Infatti i soluti separati devono, oltre ad assorbire, dare assorbimento
diverso da quello dato dall'eluente.
7 - SCHERMO DI CONTROLLO
Da qui è possibile osservare e modificare i parametri di esercizio quali pressione della
colonna, temperatura, flusso dell'eluente . In caso di mal funzionamento di questi
parametri, lo schermo di controllo ci avverte.
8 - ELUENTE: Vedi "FASE MOBILE"nella parte
di teoria
SCHEMA
9 - ACQUA BIDISTILLATA
La maggior parte delle volte questi strumenti vengono spenti di rado perché per riportare
la colonna in equilibrio, il soppressore e per riavviare il sistema occorrono molte ore.
Se lo strumento non viene utilizzato per tempi brevi si può far scorrere in colonna acqua
bidistillata. Questa "ripulisce" la colonna reintegrando gli H+ nei
siti attivi dove potrebbero esserci rimasti alcuni ioni dell'eluente e che, con il tempo,
comprometterebbero le separazioni effettuate in colonna. In questa maniera la colonna è
sempre pronta all'uso.
SCHEMA
10 - CAMPIONE
Generalmente questi strumenti sono muniti di autocampionatore perchè è possibile così
effettuare più iniezioni consecutive e si può far lavorare lo strumento per ore da solo.
Il campione viene così messo in appositi vials e inseriti nell'autocampionatore con un
apposito tappo con una membrana in cui entra l'ago dell'iniezione.
In questo tipo di analisi, se il campione si presenta in forma liquida non deve subire
trattamenti preliminari, tranne che se fosse colorato; in questo caso va opportunamente
decolorato per non sciupare la colonna.
11 - GAS INERTE
Il gas inerte maggiormente usato è l'azoto. Si usa per degasare l'acqua o comunque
l'eluente. Essendo inerte, scaccia i gas contenuti nell'aria che sono solubili in acqua.
Consente quindi d'eliminare la formazione delle bolle d'aria che causano l'effetto
"spike" nel cromatogramma.
SCHEMA