Állófázisok

Ahogy az 1.2.2. alszakaszban már említettem, az ionkromatográfiában els˝osorban szerves polimer alapú állófázisok terjedtek el. Kisebb mértékben azonban, de szervetlen alapú töl-teteket tartalmazó oszlopok is használatosak a gyakorlatban.

Szerves polimer alapú anioncserél˝ok

Sztirol-divinil-benzol, polimetakrilát és polivinil alapú ioncserél˝ok a legfontosabb szerves polimer alapú állófázisok az anionkromatográfiában. Ezek közül is a sztirol-divinil-benzol alapúak a legelterjedtebbek, köszönhet˝oen 0–14-ig terjed˝o pH stabilitási tartományuknak.

A sztirol kopolimerizációja divinil-benzollal szükségszer˝u a gyanta megfelel˝o mechanikai stabilitásának érdekében. A divinil-benzol, két funkciós csoportjának köszönhet˝oen, össze-köt két polisztirén láncot, így az állófázist térhálóssá teszi (1.5. ábra). Az ioncserél˝ok térhá-lósságát az el˝oállításukhoz felhasznált divinil-benzol százalékos mennyisége határozza meg.

A térhálósság befolyással van többek között a gyanta porozitására, szelektivitására, mecha-nikai stabilitására, ioncsere-kapacitására is [39]. Ez utóbbi, mely az egységnyi tömeg˝u vagy térfogatú gyantán található aktív csoportok számát jelzi az anioncserél˝o állófázisok talán legfontosabb tulajdonsága .

CH CH₂ CH CH₂ CH CH₂

CH CH₂ CH CH CH₂ CH CH₂

CH CH₂

CH CH₂ CH CH CH₂

1.5. ábra:Sztirol-divinilbenzol szerves polimer alapú állófázis sematikus ábrázolása

A szerves polimer alapú állófázisokra az ioncserél˝o funkciós csoportokat két lépcs˝oben kötik. Az els˝o lépésben a gyanta aromás csoportjait klórmetilezik, a második lépcs˝oben pedig tercier-amin segítségével a klórmetil csoportot aminálják, így kvaterner-ammónium funkciós csoportokkal rendelkez˝o anioncserél˝ohöz juthatunk [39].

1.4. Anioncsere-kromatográfia 23

Latex agglomerált anioncserél˝ok

Az anion-kromatográfiában használt állófázisok legfontosabb csoportja a latex agglomerált, vagy latex alapú anioncserél˝ok. Ezek az állófázisok a szerves polimer alapú anioncserél˝ok egy speciális csoportját alkotják, nagymértékú felhasználásuknak köszönhet˝oen célszer˝u azonban külön tárgyalni ˝oket.

A latex alapú anioncserél˝ok 5-25µm átmér˝oj˝u felületileg szulfonált sztirol-divinil-benzol kopolimerb˝ol és az erre felvitt, elektrosztatikusan kötött teljesen aminált pórusos anioncse-rél˝o gyöngyökb˝ol állnak. Az utóbbi ún. latex részecskék átmér˝oje kb. 0,1 nm. Mindezek alapján a latex alapú állófázisok három régióra különíthet˝ok el [14]:

(1) egy inert és mechanikailag ellenálló hordozóra, (2) egy vékony szulfonsav borításra a hordozó felületén,

(3) egy küls˝o aminált latex rétegre, mely az anioncserél˝o csoportokat hordozza.

Egy ilyen ioncserél˝o pásztázó elektron mikroszkóppal készített felvétele az 1.6 ábrán látható.

1.6. ábra:Latex alapú ioncserél˝o részecske pásztázó elektronmikroszkópos felvétele [40]. A részecske átmér˝oje 9µm.

Habár a latex réteg önmagában véve nagy ioncsere kapacitással rendelkezik, a kismé-ret˝u gyöngyök mégis kis ioncsere kapacitású állófázist eredményeznek. Köszönhet˝oen az állófázis pellikuláris felépítésének a latex alapú anioncserél˝ok meglehet˝osen nagy kroma-tográfiás hatékonysággal rendelkeznek. A hordozó felületi szulfonáltságának mértéke és a latex részecskék mérete jelent˝osen befolyásolja az oszlop hatékonyságát. Egyrészt a gyan-ta szemcséken gyan-található szulfoncsoport réteg megakadályozza az anionok gyangyan-ta belsejébe jutását, másrészt, köszönhet˝oen a latex részecskék kis méretének, a mintakomponenseknek csak kis távolságot kell megtenni diffúzióval az elúció során. Mindez a komplex rendszer jó-néhány el˝onyös tulajdonsággal ruházza fel a latex alapú állófázisokat a szilikagél és a szerves polimer alapú fázisokkal szemben [40, 41]:

(1) az inert szubsztrát jelent˝os mechanikai stabilitást és kis nyomásesést biztosít,

(2) a latex részecskék kis méretének köszönhet˝oen az állófázis hatékonysága nagy,

(3) a felületi szulfonáltságnak köszönhet˝oen elhanyagolható mérték˝u az állófázis duzzadá-sa, zsugorodáduzzadá-sa,

(4) kémiailag nagyon stabilak. Még 4 mol/l koncentrációjú NaOH sem képes megbontani a szulfonált felület és a latex részecske közti kötést.

A latex alapú állófázisokon, egyedi felépítésüknek köszönhet˝oen, az anionok megköt˝o-dése más mechanizmus szerint játszódik le, mint hagyományos, szerves polimer-, vagy szi-likagél alapú ioncserél˝okön (ld. 3.1. szakasz, 45–56. oldal).

Szilikagél alapú anioncserél˝ok

A szerves polimer alapú ioncserél˝okkel párhuzamosan számos szilikagél (SiO₂) alapú álló-fázist is fejlesztettek az elmúlt étizedekben [42, 43]. A klasszikus szerves polimerekkel szem-ben a szilikagél alapú fázisok mechanikai stabilitása és hatékonysága lényegesen jobb. A szilikagél alapú ioncerél˝ok esetén nem kell számolni az állófázis duzzadásával ill. zsugo-rodásával eluensváltás és szerves módosító használata esetén sem. Legnagyobb hátránya ezeknek a fázisoknak, hogy csak meglehet˝osen sz˝uk, 2–8 pH tartományban használhatók.

Ennek a hátránynak köszönhet˝oen, használatuk nem terjedt el széles körben az ionkroma-tográfia területén, annak ellenére sem, hogy akár 15–20 ezres elméleti tányérszám érték is elérhet˝o szilikagél alapú állófázisok használatával.

Makrociklikus állófázisok

Szerves és szervetlen anionok elválasztása nem kizárólag szerves polimerre, vagy szilikagél állófázisra kötött er˝osen bázikus jelleg˝u funkciós csoportok segítségével lehetséges. A töltés-sel nem rendelkez˝o makrociklikus vegyületek is alkalmasak anionok elválasztására [44]. A makrociklikus vegyületek, úgymint a koronaéterek, kriptandok, kalixarének jellemz˝o tulaj-donsága, hogy képesek fémionokat szelektíven megkötni. Ionkromatográfiás állófázisként ezért kationok ligandcserés elválasztására használhatók, ahol a makrociklikus vegyületek említett tulajdonságának köszönhet˝oen az eltér˝o átmér˝oj˝u fémek eltér˝o mértékben szen-vednek visszatartást az oszlopban. Alkáli-hidroxid (LiOH, NaOH, KOH) eluenst használva anionok is elválaszthatók egymástól makrociklikus állófázison ioncserés mechanizmussal, ugyanis miközben a mozgófázis fémionja komplexet képez a makrociklikus vegyülettel, po-zitív töltés˝u anioncserél˝o funkciós csoportok alakulnak ki az oszlopban, amelyen megtörté-nik a mintaanionok elválasztása.

Anionok elválasztására els˝osorban kriptand alapú állófázisok használhatók, melyek szer-ves polimer hordozón való megkötésére az 1.7. ábrán látható egy példa. Köszönhet˝oen al-kilcsoportjának, az n-decil-2,2,2-kriptand molekula kovalens módon köthet˝o

sztirol-divinil-1.4. Anioncsere-kromatográfia 25

benzol hordozóra, meglehet˝osen stabil állófázist kapva ezáltal, ahogy az a Dionex Cryptand A1 oszlop esetében is tapasztalható [45, 46, 47]. Mivel a makrociklus ebben az esetben híd helyzet˝u nitrogént is tartalmaz, a mozgófázis pH-jától függ˝oen protonálódni képes, továb-bi pozitív töltés˝u funkciós csoportokat alakítva ki ezáltal a molekulán. A kriptand molekula protonálódási állandóinak értéke 10¹⁰és 10^7,5[48].

M⁺ N N

O O O O

O O A^– OH^–

1.7. ábra:Anioncserés elválasztás mechanizmusa n-decil-2,2,2-kriptand molekulát tartal-mazó állófázison

A kriptand molekula anionkromatográfiás alkalmazásának legf˝obb el˝onye, hogy az alkáli-hidroxid eluens típusának megváltoztatásával befolyásolható az állófázis ioncsereka-pacitása. A kapacitás az alkálifém-kriptát komplex stabilitási állandójával arányos. Mind-emellett az elúció során történ˝o eluens típus váltással ún. kapacitás gradiens érhet˝o el, mellyel megfelel˝o hatékonysággal nyílik lehet˝oség a jelent˝osen és a kevésbé visszatartott komponensek szimultán elválasztására is [45]. Köszönhet˝oen többek között ezen el˝onyös tulajdonságának, az Amerikai Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala (EPA) kriptand állófázist tartalmazó ionkromatográfiás oszlopot javasol perklorát meghatározására ivóvíz-ben [49].

Alumínium-oxid alapú anioncserél˝ok

A szilikagél mellett az alumínium-oxid (Al₂O₃) az egyik legelterjedtebb adszorbens a folya-dékkromatográfiában. Csakúgy, mint a legtöbb fém-oxid, az alumínium-oxid is ioncserél˝o tulajdonságokat mutat [50]. A szilikagél fázisokhoz hasonlóan az Al₂O₃fázisok is mechani-kailag és termikusan meglehet˝osen stabilak, nem duzzadnak, nem zsugorodnak. Alkalma-zásuk azonban kevésbé elterjedt, mivel ioncserél˝o-kapacitásuk kicsi, és csak sz˝uk pH tarto-mányban használhatók.