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Cromatografia di scambio ionico
CROMATOGRAFO DI SCAMBIO IONICO AD ALTE PRESTAZIONI
HPIEC (High Performance Ion Exchange Chromatography)

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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

cromatogra1.jpg (30980 byte)

LEGENDA

1 - POMPA
2 - POMPA DI INIEZIONE
3 - MISCELATORE
4 - COLONNA DI SEPARAZIONE
5 - SOPPRESSORE
6 - DETECTOR
7 - SCHERMO DI CONTROLLO
8 - ELUENTE (fase mobile)
9 - ACQUA BIDISTILLATA
10 - CAMPIONE
11 - GAS INERTE

DESCRIZIONE DELLE PARTI COSTITUENTI L'APPARECCHIATURA

cromatogra1A.jpg (8545 byte) 1 - POMPA
Lo scopo di questa pompa è quello di inviare l'acqua bidistillata (9)  al miscelatore (3) e quindi  in colonna.

cromatogra1B.jpg (18157 byte)2 - POMPA DI INIEZIONE
In questa zona viene introdotta la miscela da analizzare e l'eluente che  vengono immessi nel miscelatore e quindi  nella colonna.
SCHEMA

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.
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soppressore.jpg (24140 byte)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.
cromatogra1C.jpg (12698 byte)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.
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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
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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.
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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.
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