9.4. Ионная хроматография

Ионная хроматография (ИХ) – аналитический вариант классической ионообменной хроматографии. Ее отличает оперативность, большая эффективность и более высокая чувствительность анализа. Это достигается применением ионообменников меньшей емкости и меньшим размером диаметров зерен для увеличения скорости массообмена.

В классической ионообменной хроматографии разделение происходит за счет ионного обмена. Ионная хроматография применяется для разделения как неорганических, так и органических анионов и катионов. Разделение анионов в основном проводят на анионообменниках полимерной основы с четвертичными аммонийными группами. Катионы разделяются на катионообменниках с сульфогруппами.

Ион-эксклюзионная хроматография применяется для разделения слабых неорганических и органических кислот. Сильные кислоты не удерживаются и элюируют неразделенными как несорбируемые компоненты. В комбинации с подходящими методами детектирования этот метод может применяться для разделения и определения аминокислот, спиртов, альдегидов и сахаров.

В ион-парной хроматографии разделение происходит за счет адсорбции. В качестве адсорбентов применяются силикагели с химически привитыми алкильными группами. В элюент кроме органических модификаторов добавляются ион-парные реагенты. Ион-парная хроматография применяется для разделения поверхностно-активных анио- нов и катионов, комплексов переходных металлов. Иногда для разделения ионов также применяется обращенно-фазовая жидкостная хроматография с привитыми аминопропильными фазами.

Анализ неорганических и органических ионов в растворах является сложной аналитической задачей. Если для анализа катионов существуют альтернативные экспрессные и чувствительные методы (атомно-абсорбционная спектрометрия, спектроскопия на основе индуктивносвязанной плазмы), то для анализа анионов они отсутствуют. Такой чувствительный и оперативный метод, как ионная хроматография, позволяет определять все типы анионов. Одно из главных преимуществ ИХ – быстрое одновременное определение многокомпонентных смесей катионов или анионов (до 10 и более) в течение 2–15 мин, а также низкий предел обнаружения (10^–3 мкг·мл^–1) без предварительного концентрирования за счет подавления фонового тока. В последние годы в особочистой воде анионы определяют на уровне 10^–10%.

Линейность кондуктометрического детектора в ИХ – в пределах 0,01–100 мг·мл^–1, что позволяет определять как микро-, так и макрокомпоненты анализируемой смеси. При этом величина анализируемой пробы обычно 10–50 мкл.

При анализе водных проб в большинстве случаев пробоподготовка проста или же ее вообще нет, поэтому можно использовать разные детекторы или их комбинации, создавать полностью автоматический режим анализа. В настоящее время цена одного анализа анионов в питьевой воде методом ИХ самая низкая, недаром этот метод сертифицирован в США, Германии России и Беларуси.

На удерживание ионов в ИХ влияют следующие параметры: температура, скорость потока, рН, ионная сила, природа буферного раствора.

Типы ионообменных колонок. Основой современных ионообменников для ИХ являются силикагели и органические пористые полимеры. Последние в настоящее время доминируют, так как более стабильны в щелочных средах при рН > 8. Силикагели устойчивы в пределах значений рН от 2 до 8. Ионообменники характеризуются ионо- обменной емкостью – числом ионообменных центров на грамм ионообменника.

Наиболее распространенным и универсальным детектором в ИХ является кондуктометрический. Также в ИХ применяются электрохимический, спектрофотометрический, рефрактометрический, атомно-абсорбционный, флуоресцентный детекторы; системы на основе индуктивносвязанной плазмы, масс-спектрометрические и другие детекторы. Кондуктометрический детектор универсален; все остальные можно отнести к селективным.

Некоторые ионы поглощают в УФ-области, и их можно определять прямым УФ-детектированием и косвенным спектрофотометри- ческим детектированием. Для снижения предела обнаружения применяют косвенное флуориметрическое детектирование, а также потенциометрические и амперометрические методы детектирования.

Ионную хроматографию применяют для контроля пищевых продуктов и лекарств, анализа биологических жидкостей в медицине, кислотности почв, анализа детергентов в сточных водах, контроля выбросов в промышленности.

В таблице 9.1 перечислены анионы, определяемые в пищевыхпродуктах.

Таблица 9.1 – Анионы, определяемые в пищевых продуктах методом ИХ

Анион	Объекты анализа
Cl^–, NO3^–, SO4^2–, PO4^3–	Фруктовый сок, газированные напитки, листья чая, молоко, вино, овощи, морковный сок, картофельные чипсы, свиное мясо, детское питание, шпинат, пиво, компоты, фрукты, попкорн
NO2^–	Апельсиновый и фруктовые соки, шпинат, зерно, кофе, компоты, мясо, пищевые экстракты, консервы, пиво

Окончание таблицы 9.1

Анион	Объекты анализа
SO3^2–	Напитки, красное вино, лимонный и фруктовые соки, грибы, овощи, напиток «Кока-Кола», крахмал, пиво, виноград
H2PO4^2–	Чай, апельсиновый сок, печень, шпинат
I^–	Молочные продукты, соевые детские продукты, салаты, рыба
Br^–	Попкорн, хлеб, мясо, овощи, томатный сок
ClO2^–	Овощи
BrO3^–	Бакалейные продукты, хлеб
IO3^–	Молоко, попкорн, столовая соль
CrO4^2–	Апельсиновый сок, картофельные чипсы
SeO3^2–, SeO4^2–	Апельсиновый сок, картофельные чипсы
CN^–	Абрикосы, зерна фруктов, консервы