Ionenwisselchromatografie (IEC, ook wel ionchromatografie of IC) is een chromatografische scheidingstechniek waarbij ionen in een oplossing worden gescheiden op basis van hun affiniteit voor een ionenwisselend hars in de stationaire fase. De methode maakt gebruik van elektrostatische interacties: ionen worden tijdelijk gebonden aan vaste laadgroepen op de harskorrels en daarna met een elektrolytische mobiele fase (eluent) selectief geëlueerd. IC is de standaardmethode voor de gelijktijdige bepaling van anionen en kationen in watermonsters, levensmiddelen en farmaceutische producten.
Het werkingsprincipe berust op een reversibele uitwisseling van ionen tussen de mobiele fase en de stationaire fase. De stationaire fase bestaat uit een polymere harsketen waaraan vaste ionische groepen zijn gehecht. Tegenionen in de oplossing kunnen deze vaste groepen tijdelijk bezetten. De sterkte van de binding hangt af van de lading, de ionstraal en de polariseerbaarheid van het ion: hogere lading en grotere affiniteit voor de harsgroep leiden tot een langere verblijftijd op de kolom en een later elutietijdstip.
De volgorde waarin ionen elueren wordt grotendeels bepaald door hun positie in de selectiviteitsreeks. Voor een sterke anionenwisselaar (quaternair ammonium) geldt doorgaans, van zwak naar sterk gebonden:
F⁻ < OH⁻ < CH₃COO⁻ < HCOO⁻ < Cl⁻ < NO₂⁻ < Br⁻ < NO₃⁻ < SO₄²⁻ < I⁻ < SCN⁻ < ClO₄⁻
Voor een sterke kationenwisselaar (sulfonzuur) geldt bij benadering:
Li⁺ < H⁺ < Na⁺ < NH₄⁺ < K⁺ < Rb⁺ < Cs⁺ < Mg²⁺ < Ca²⁺ < Sr²⁺ < Ba²⁺
Deze reeksen zijn afhankelijk van het harstype, de pH en de ionensterkte, en dienen als richtlijn bij methodeontwikkeling. De positie van een ion in de reeks bepaalt de retentietijd en de mate van interferentie door andere ionen in de matrix.
Er worden twee hoofdtypen onderscheiden op basis van de lading van de vaste groepen op het hars:
Binnen deze twee hoofdtypen bestaat een verdere onderverdeling naar sterkte van de ionenuitwisseling:
De stationaire fase bestaat uit een poreus polymeer (meestal gesulfoneerd polystyreen-divinylbenzeen voor kationenwisseling, of quaternair-ammonium-polystyreen voor anionenwisseling) in korrelvorm van 3–10 µm. De deeltjesgrootte bepaalt de kolomprestatie: kleiner levert hogere scheidingsefficiëntie maar ook hogere tegendruk. Moderne IC-kolommen werken met deeltjes van 4–5 µm en kunnen honderden pieken per uur verwerken.
De mobiele fase (eluent) is doorgaans een waterige bufferoplossing of elektrolytoplossing. Veelgebruikte eluenten zijn:
De pH, ionensterkte en het type eluent bepalen de elutievolgorde en selectiviteit. Gradiëntelutie (stapsgewijs verhogen van de eluentconcentratie) verkort de analysetijd bij mengsels met een breed affiniteitsbereik.
Moderne IC-systemen werken vaak met een elektrolytische eluentengenerator (EG): de eluent (KOH bij anionen-IC, MSA bij kationen-IC) wordt continu in-line geproduceerd uit gedeïoniseerd water en een vaste reagensbron. Dit principe staat bekend als Reagent-Free IC (RFIC). De voordelen zijn een hogere eluentzuiverheid, nauwkeurige en reproduceerbare gradiëntvorming en het wegvallen van handmatige eluentbereiding. Daarmee wordt ook het risico op carbonaatcontaminatie (bij hydroxide-eluenten) sterk gereduceerd.
De standaarddetector voor IC is de conductiviteitsdetector, die de elektrische geleidbaarheid van het eluaat meet. Om de achtergrondgeleiding van de eluent te minimaliseren, wordt in moderne IC een suppressor geplaatst tussen kolom en detector. De suppressor neutraliseert de eluent-ionen chemisch of elektrochemisch, waardoor de achtergrondgeleiding daalt en de gevoeligheid voor de analyt-ionen toeneemt. Dit principe werd ontwikkeld door Small, Stevens en Baumann (Dow Chemical, 1975) en maakt detectielimieten van µg/L mogelijk.
Er bestaan twee generaties suppressoren:
Bij non-suppressed IC wordt de conductiviteitsdetector direct na de kolom geplaatst, zonder suppressor. Dit vereist eluenten met intrinsiek lage achtergrondgeleiding zoals ftaalzuur of benzoëzuur (voor anionen) of EDTA-houdende buffers (voor kationen). Non-suppressed IC is goedkoper en mechanisch eenvoudiger, maar minder gevoelig dan suppressed IC. De methode wordt nog gebruikt in routine-analyse waar µg/L-detectielimieten niet vereist zijn.
Naast conductiviteitsdetectie worden onder meer toegepast:
Capillaire IC gebruikt kolommen met een inwendige diameter van 200–400 µm en een eluentdebiet in de µL/min-range. De methode is geschikt voor zeer kleine monstervolumes (klinische monsters, forensische sporen) en biedt een lager eluentverbruik. Doordat het hele systeem onder lager debiet werkt, leent capillaire IC zich uitstekend voor koppeling met massaspectrometrie.
Bij tweedimensionale IC (2D-IC) worden twee orthogonale scheidingsmechanismen achter elkaar geplaatst, bijvoorbeeld anionen-IC × kationen-IC of IC × omgekeerde-fase-HPLC. Hiermee worden complexe matrices ontrafeld waarin co-eluerende pieken in één dimensie niet te scheiden zijn. 2D-IC wordt onder meer toegepast bij analyse van proceswater, biologische monsters en farmaceutische tussenproducten.
IC en HPLC zijn verwante technieken: beide zijn vormen van hogedrukvloeistofchromatografie met een kolom, pomp en detector. Het verschil zit in het scheidingsmechanisme en de kolom: HPLC scheidt doorgaans op basis van polariteit (omgekeerde fase) of grootte, terwijl IC scheidt op basis van ionische lading en ionenaffiniteit. IC-systemen gebruiken specifieke ionenwisselkolommen en conductiviteitsdetectie, terwijl RP-HPLC C18-kolommen en UV-detectie gebruikt. IC wordt beschouwd als een subspecialisatie binnen de HPLC-familie. Lees meer in ons artikel over HPLC en omgekeerde-fase HPLC.
Chromatofocussering is een bijzondere vorm van ionenwisselaarchromatografie waarbij eiwitten worden gescheiden op basis van hun iso-elektrisch punt (pI) in een pH-gradiënt over de kolom. Bij klassieke ionenwisselchromatografie worden ionen gescheiden op basis van hun lading en affiniteit voor vaste ionische groepen; bij chromatofocussering wordt de pH van de eluent progressief verlaagd (of verhoogd), waardoor eiwitten op hun pI van de kolom elueren. Chromatofocussering is een biofarmaceutische techniek; klassieke IC is primair voor anorganische en kleine organische ionen.
Voor de scheiding van ionen op basis van lading-tot-massa-verhouding is naast IC ook capillaire elektroforese (CE) een belangrijke methode. Anders dan IC werkt CE zonder stationaire fase: scheiding ontstaat door migratie in een elektrisch veld door een gevulde capillair. CE en IC zijn complementair: CE biedt zeer hoge scheidingsefficiëntie voor kleine monsters, terwijl IC robuuster is voor routinematige hoge-doorzetanalyses.
IC wordt ingezet voor een groot scala aan toepassingen:
Ionenwisselchromatografie heeft een aantal duidelijke voordelen ten opzichte van alternatieve analysetechnieken:
De voornaamste nadelen zijn:
Bij vervuiling of afnemende prestaties (piekverbreding, verlies aan resolutie, drift in retentietijden) kan een ionenwisselkolom worden geregenereerd. Veelgebruikte protocollen zijn een spoeling met geconcentreerde NaOH (voor anionenkolommen) of HCl/MSA (voor kationenkolommen), gevolgd door equilibratie met de standaardeluent. Voor organische vervuiling worden methanol- of acetonitrilspoelingen toegepast volgens de instructies van de kolomleverancier. Een goed onderhouden IC-kolom gaat doorgaans 2.000 tot 5.000 injecties mee, afhankelijk van matrixcomplexiteit en monstervoorbereiding.
De vijf basismechanismen waarop chromatografische scheiding berust zijn: adsorptie (TLC, normaalfase HPLC), partitie (omgekeerde-fase HPLC, GC), ionenwisseling (IC), grootte-exclusie (SEC/GPC) en affiniteitschromatografie (biospecifieke binding). Ionenwisselchromatografie is daarmee één van de vijf hoofdmechanismen. Lees meer over dunnelaagchromatografie en gaschromatografie in de kennisbank.
De stationaire fase is de vaste of gebonden fase in de kolom waaraan componenten tijdelijk hechten. De mobiele fase is de vloeistof (of gas bij GC) die het monster door de kolom transporteert. Scheiding ontstaat doordat componenten een verschillende verhouding van verblijftijd in de stationaire versus de mobiele fase hebben: een hoge affiniteit voor de stationaire fase leidt tot een langere retentietijd.
Ja. Bij neutrale tot lage pH dragen eiwitten een nettolading die afhangt van hun aminozuursamenstelling en iso-elektrisch punt. Anionenwisselaars (zoals DEAE- of Q-Sepharose) worden veel gebruikt voor eiwitpurificatie in biofarmaceutische processen. De binding wordt verbroken door een zoutgradiënt (NaCl) of pH-verandering, waarna het eiwit puur geëlueerd wordt.
Een volledig IC-systeem omvat: hogedrukpomp, eluentengenerator of bufferreservoir, autosampler, ionenwisselkolom, suppressor, conductiviteitsdetector en data-acquisitiesoftware. Voor de monstervoorbereiding zijn filtereenheden (spuitfilters 0,2 µm), centrifugebuizen en verdunningsmiddelen nodig. Bekijk ons assortiment chromatografiematerialen of neem contact op voor advies over de juiste kolommen en verbruiksartikelen voor uw IC-toepassing.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
