IÓNOVO-VYLUČOVACIA CHROMATOGRAFIA

Význam tématu

Ionovo-vylučovací chromatografie (ICE) představuje specializovaný typ iontové chromatografie, který umožňuje účinnou separaci slabých anorganických a organických kyselin, alkoholů, aldehydů, aminokyselin a cukrů. Díky principu Donnanovy rovnováhy poskytuje ICE alternativu k reverzní fázi, zejména pro analytický výzkum v potravinářství, farmacii, environmentálních a biologických aplikacích.

Cíle a přehled studie / článku

Článek shrnuje teoretické základy separačních mechanismů v ICE na silných i slabých ionexech, popisuje klíčové faktory ovlivňující retenci analytů a systematicky přehledává typy stacionárních a mobilních fází. Cílem je zdůraznit výhody, nevýhody a praktické možnosti využití ICE v různých oblastech analytické chemie.

Použitá instrumentace

Separační systémy vycházejí ze standardních chromatografických kolón na bázi:

• polystyren-divinylbenzen (PS-DVB) katexů (např. Aminex HPX-87H, Dionex IonPac),
• silikagélu katalyticky modifikovaného hliníkem nebo zirkóniem (Develosil 30-5, Zr-silica),
• polymetakrylátů (TSKgel CM-5PW, SP-5PW),
• PS-DVB katexů s různým stupněm zosieťování (2–12 %) a odlišnými funkčními skupinami (–SO3–, –CH2COO–, –N+(CH3)3).

Mobilní fáze tvoří převážně zředěné roztoky silných minerálních kyselin (sírová, benzoová, fosforečná) s či bez organických modifikátorů (alkoholy, cukry) a pH 1–3.adjustované.

Hlavní výsledky a diskuse

ICE separace probíhá dvěma současnými procesy: elektrostatickým odpuzováním disociovaných forem analytů od nabité ionexové matrice a difúzí analytů do neutrální „stagnantní“ nebo „kvázistagnantní“ vodní vrstvy nad ionexem. Retenční chování je ovlivněno:

• struktura, velikost a stupeň disociace analytů,
• pH, složením a iontovou silou mobilní fáze,
• hydrofobností a funkčním typem ionexu,
• stupeňm zosieťování polyméru,
• přítomností organických modifikátorů.

Výsledky ukazují, že:

• pro alifatické kyseliny (C1–C8) jsou optimální PS-DVB katexy se zředěnou kyselinou sírovou a malým množstvím alkoholu,
• pro aromatické kyseliny je vhodnější hydrofilní silikagel modifikovaný sulfopropylovými nebo karboxymetylovými skupinami,
• alkoholy a aldehydy se selektivně separují na silně sulfónovaných katexech,
• simultánní separace aniontů a kationtů je možná na katexech s karboxylovými funkčními skupinami,
• vysoká citlivost je dosažena kombinací ICE a hmotnostní spektrometrie v režimu MRM.

Přínosy a praktické využití metody

ICE nabízí:

• vysokou selektivitu pro slabé elektrolyty, které se reverzní fází špatně retenciují,
• možnost rychlého rozlišení komplexních matric (vína, džusy, odpadní vody, biologické vzorky),
• kompatibilitu s UV, konduktometrickou či MS detekcí,
• řízení retence změnou pH a složení mobilní fáze.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj ICE směřuje k:

• novým stacionárním fázím s vyšší chemickou stabilitou a širším rozsahem organických modifikátorů,
• integraci ICE s vysokorychlostními detektory (MS/MS, elektrochemická detekce),
• kombinovaným módem ion-pair/ion-exclusion pro rozšíření analytického okna,
• mikro- a kapilární ICE pro online coupling s hmotnostní spektrometrií.

Závěr

Ionovo-vylučovací chromatografie je univerzální technika vhodná především pro separaci slabých elektrolytů v komplexních matricích. Přináší vysokou selektivitu a možnosti optimalizace retence změnou mobilní fáze či stacionární fáze, avšak vyžaduje pečlivou kontrolu pH, iontové síly a složení eluce pro zajištění reprodukovatelného chování.

Reference

1. Wheaton R. M., Bauman W. C.: Ann. N. Y. Acad. Sci. 57, 159 (1953).
2. Haddad P. R., Jackson P. E.: Ion Chromatography: Principles and Applications. Elsevier, Amsterdam 1990.
3. Weiss J.: Handbook of Ion Chromatography. Wiley-VCH, Weinheim 2004.
4. Ettre L. S.: Nomenclature for chromatography (IUPAC Recommendations). Pure Appl. Chem. 65, 819 (1993).
5. Lough W. J., Wainer I. W.: High Performance Liquid Chromatography: Fundamental Principles and Practice. Black Academic and Professional, Glasgow 1996.
6. Pryde A., Gilbert M. T.: Applications of High Performance Liquid Chromatography. Chapman & Hall, London 1979.
7. Glod B. K., Kemula W.: J. Chromatogr. A 366, 39 (1986).
8. Cheng C., Tsai H. R., Chang K. C.: J. Chromatogr. A 1119, 188 (2006).
9. Bhattacharyya L. (ed.): Applications of Ion Chromatography in the Analysis of Pharmaceutical and Biological Products. Wiley, New York 2012.
10. Tanaka K., Ohta K., Fritz J. S., Lee Y., Shim S.: J. Chromatogr. A 706, 385 (1995).
11. Novic M., Haddad P. R.: J. Chromatogr. A 1118, 19 (2006).
12. Bhattacharyya L., Rohrer J. S. (eds.): Ion Chromatography of Biological Products. Wiley, New York 2012.
13. Ng K. L., Paull B., Haddad P. R., Tanaka K.: J. Chromatogr. A 850, 17 (1999).
14. Tanaka K., Ohta K., Fritz J. S.: J. Chromatogr. A 770, 211 (1997).
15. Ohta K., Tanaka K., Haddad P. R.: J. Chromatogr. A 739, 359 (1996).
16. Fritz J. S.: J. Chromatogr. 546, 111 (1991).
17. Morris J., Fritz J. S.: Anal. Chem. 66, 2390 (1994).
18. Harlow G. A., Morman D. H.: Anal. Chem. 36, 2438 (1964).
19. Ohta K., Ohashi M., Jin J. et al.: J. Chromatogr. A 997, 117 (2003).
20. Tanaka K., Ohta K., Fritz J. S.: J. Chromatogr. A 739, 317 (1996).
21. Ohta K., Tanaka K.: J. Chromatogr. A 850, 177 (1999).
22. Ohta K.: J. Chromatogr. A 920, 181 (2001).
23. Turkelson V. T., Richard M.: Anal. Chem. 50, 1420 (1978).
24. Chen Z., Adams M. A.: Anal. Chim. Acta 386, 249 (1999).
25. Glod B. K., Alexander P. W., Haddad P. R., Chen Z. L.: J. Chromatogr. A 699, 31 (1995).
26. Lehotay J., Traiter M.: J. Chromatogr. A 91, 261 (1974).
27. Unger K. K.: Porous Silica. Elsevier, Amsterdam 1979.
28. Nawrocki J.: J. Chromatogr. 407, 171 (1987).
29. Ohta K., Tanaka K., Haddad P. R.: J. Chromatogr. A 782, 33 (1997).
30. Helaleh M. I. H. et al.: J. Chromatogr. A 956, 201 (2002).
31. Ito K., Takayama Y., Ikedo M.: J. Chromatogr. A 1039, 141 (2004).
32. Chinnici F., Spinabelli U., Riponi C.: J. Food Compos. Anal. 18, 121 (2005).
33. Fischer K. et al.: J. Chromatogr. A 706, 361 (1995).
34. Hicks K. B., Lim P. C., Haas M. J.: J. Chromatogr. A 319, 159 (1985).
35. Horňák K., Pernthaler J.: J. Chromatogr. A 1365, 115 (2014).
36. Jupille T. et al.: Am. Lab. 13, 80 (1980).
37. Spackman D. H., Stein W. H., Moore S.: Anal. Chem. 59, 1190 (1958).
38. Tanaka K., Fritz J. S.: J. Chromatogr. 361, 151 (1986).
39. Abe T. et al.: J. Chromatogr. A 920, 173 (2001).
40. Fan H. et al.: Anal. Sci. 21, 121 (2004).
41. Fisher K.: Anal. Chim. Acta 465, 157 (2002).
42. Cher P. et al.: J. Chromatogr. B 673, 153 (1995).
43. Ohta K.: J. Chromatogr. A 920, 69 (2001).
44. Mori M. et al.: J. Chromatogr. A 997, 219 (2003).
45. Xu Q. et al.: Analyst 125, 1453 (2000).
46. Viidanoja J.: J. Chromatogr. A 1383, 96 (2015).
47. Ferin R. et al.: Clin. Biochem. 46, 665 (2013).