Introduction à la chromatographie d'échange d'ions:
La chromatographie d'échange d'ions est une méthode de chromatographie sur colonne qui utilise la différence de force électrostatique entre les ions échangeables sur l'échangeur d'ions et les différents ions séparés dans le milieu environnant, et atteint le but de la séparation par l'équilibre d'échange. La chromatographie d'échange d'ions a les avantages d'une sensibilité élevée, d'une répétabilité, d'une bonne sélectivité et d'une vitesse d'analyse rapide, et est actuellement l'une des méthodes de chromatographie les plus couramment utilisées.
En 1848, Thompson et al. découvert le phénomène de l'échange d'ions dans le processus d'étude de l'échange de substances alcalines dans le sol. Dans les années 40, des résines d'échange d'ions polystyrènes avec des caractéristiques d'échange stables sont apparues. Dans les années 1950, la chromatographie d'échange d'ions est entrée dans le domaine de la biochimie et a été appliquée à l'analyse des acides aminés. À l'heure actuelle, la chromatographie d'échange d'ions est toujours une méthode de chromatographie couramment utilisée dans le domaine de la biochimie et est largement utilisée dans la séparation et la purification de diverses substances biochimiques telles que les acides aminés, les protéines, les sucres, les virus et les nucléotides.
Le processus d'échange d'ions:
La réaction entre l'échangeur d'ions et les ions ou les composés ioniques dans la solution est principalement effectuée par l'échange d'ions. La réaction d'échange d'ions effectuée est réversible. En supposant que la PR représente l'échangeur de cations, le cation a + dissocié dans la solution peut subir une réaction d'échange réversible avec le cation b + dans la solution, et la formule de réaction est:
Ra + b + → rb + a +
La réaction atteint l'équilibre à un rythme extrêmement rapide, et le décalage d'équilibre suit la loi de l'action de masse.
La sélectivité d'un échangeur d'ions peut être exprimée par la constante d'équilibre K de sa réaction:
K ＝ [rb] [a +] / [ra] [b +]
✔if [a +] est égal à [b +] dans la solution de réaction, alors k = [rb] / [ra].
✔if k> 1, c'est-à-dire [rb]> [ra], cela signifie que la force de liaison de l'échangeur d'ions en b + est supérieure à celle de a +;
✔if k = 1, c'est-à-dire [RB] = [RA], cela signifie que l'échangeur d'ions a la même force de liaison à A + et B +;
✔SI K <1, c'est-à-dire [Rb] <[RA], cela signifie que la force de liaison de l'échangeur d'ions en B + est inférieure à celle de A +.
✔ La valeur K est un paramètre qui reflète la force de liaison ou la sélectivité de l'échangeur d'ions en différents ions, de sorte que la valeur K est appelée coefficient de sélectivité de l'échangeur d'ions pour A + et B +.
Mécanisme d'échange d'ions:
A + diffuse de la solution à la surface de la résine.
A + pénètre dans le centre actif à l'intérieur de la résine de la surface de la résine.
A + subit une réaction de métathèse avec RB sur le centre actif.
L'ion désorbé B + diffuse de l'intérieur de la résine à la surface de la résine.
Les ions B + diffusent de la surface de la résine dans la solution.
L'étape de contrôle du taux de change est le taux de diffusion, qui peut être contrôlé par diffusion interne ou diffusion externe dans différents systèmes de séparation.
Facteurs affectant le processus d'échange d'ions:
✔ Taille de la particules: le plus petit, plus vite
✔Degree de réticulation: petit degré de réticulation, vitesse d'échange rapide
✔Température: plus il est plus rapide, plus il est lié à l'augmentation du coefficient de diffusion
Valence ✔ion: plus la valence est élevée, plus le taux de diffusion est lent
Taille ✔ion: plus il est petit, plus
✔ Speed Speed: Dans une certaine mesure, plus plus vite, plus
Concentration de solution: lorsque le taux de change est contrôlé par diffusion, plus la concentration est grande, plus le taux de change
Principe de l'échange d'ions:
Si une résine d'échange de cations est sélectionnée, la substance chargée positivement est échangée avec H + et liée à la résine. Si une résine d'échange d'anions est sélectionnée, la substance chargée négativement peut être échangée avec oh- et liée à la résine.
Il existe des différences dans le degré de fermeté de la combinaison de substances sur la résine, et les composants du mélange peuvent être élués un par un en sélectionnant un éluant approprié pour atteindre le but de la séparation et de la purification.
✔1. Étape d'équilibre: combinaison d'échangeur d'ions et de contre-ion
✔2. Étape d'adsorption: échange d'échantillons et de contre-ions
✔3. Étape de désorption: La solution de tampon de gradient lave d'abord les substances faiblement adsorbées, puis lave les substances fortement adsorbées
✔4. Étape de régénération: laver complètement avec la solution d'équilibre d'origine, qui peut être réutilisée
Résines de chromatographie d'échange d'ions:
Les groupes chargés d'échangeurs de cations sont chargés négativement et les contre-ions sont chargés positivement, ce qui peut effectuer des réactions d'échange avec des cations ou des composés chargés positivement en solution.
Selon la force du groupe chargé, il peut être divisé en trois types, respectivement de type d'acide fort (groupe avec acide sulfonique, R-SO3H), de type d'acide moyen (contenant un groupe d'acide phosphorique ou un groupe d'acide phosphoreuse, R-PO3H2 ) et le type d'acide faible (avec groupe carboxyle et résine à base de phénol, R-COOH ou Ring-Benzene-OH).
Pendant l'échange de ces échangeurs, les ions hydrogène sont remplacés par des cations étrangères, comme le montre la formule suivante:
R－cooh ＋ na + ＝ r－coona ＋＋ h +
L'échangeur d'anions est formé en introduisant l'amine quaternaire [-N (CH3) 3], l'amine tertiaire [-N (CH3) 2], l'amine secondaire [-NHCH3] et l'amine primaire [-NH2] sur la matrice.
Selon le niveau d'alcalinité différents des groupes amine, il peut être divisé en trois types, respectivement fortement basique (y compris le groupe amino quaternaire), faiblement basique (y compris le groupe amino tertiaire et secondaire) et moyen basique (contenant à la fois un groupe de base fort et groupe basique faible).
Lorsqu'ils échangent avec des ions en solution, la formule de réaction est la suivante:
Pour plus d'informations sur les types spécifiques de résines de chromatographie d'échange d'ions, restez à l'écoute de notre prochain article sur la chromatographie d'échange d'ions.
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