Elegir el eluyente correcto en cromatografía es crucial, especialmente para la cromatografía de intercambio iónico (también conocida como cromatografía iónica o CI), como también lo es la elección de la columna correcta. Ambos deben trabajar en armonía para lograr un rendimiento de separación óptimo. En cromatografía, a menudo nos referimos al «triángulo de dependencia»: la relación interdependiente entre los analitos, la fase estacionaria y el eluyente. Esta entrada del blog se centra en la parte eluyente de este triángulo al tratar el papel de los eluyentes (fases móviles) en la CI, qué tipos de eluyentes se utilizan y qué hay que tener en cuenta al elegir y preparar un eluyente para su aplicación específica.
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Figura 1 Ilustra cómo este concepto se aplica específicamente a la cromatografía iónica. Cada uno de los tres componentes (analitos, fase estacionaria, y el eluyente—juegan un papel crucial e interconectado en el proceso de separación. Cambiar un componente influye en los demás. Si se altera el equilibrio entre ellos, puede afectar negativamente la resolución de pico, la retención de analito y el rendimiento general del método.
Comprender este triángulo es esencial para desarrollar métodos efectivos de cromatografía iónica. Proporciona un marco simple para solucionar problemas y optimizar la estrategia de separación para desafíos analíticos específicos. Conocer las propiedades del eluyente que pueden afectar la separación del analito es crucial. Esto le permite utilizar estas propiedades a su favor y lograr el mejor rendimiento posible en su análisis de CI.
En cromatografía, el eluyente (fase móvil) es la solución líquida que transporta los analitos a través de la columna de separación (fase estacionaria).Figura 2). Antes de entrar en la bomba de alta presión, el eluyente se desgasifica utilizando un desgasificador de eluyente. Luego fluye a través de un inyector (inyector 6/2 mostrado) antes de ser bombeado a través de la columna. Los analitos se detectan después de pasar por la columna.
La supresión en la cromatografía iónica se utiliza para eliminar las influencias de la conductividad del eluyente. Reduce el ruido de fondo al mínimo, lo que permite una mayor relación señal-ruido para los picos resultantes. Este paso de supresión ocurre entre la columna y el detector.
El eluyente juega un papel crucial en la separación de los analitos en función de sus interacciones con la columna. En la cromatografía iónica, el eluyente generalmente se basa en ácidos, bases o sales. La composición específica depende de la carga del ion a separar. Para el análisis de aniones, el eluyente generalmente se basa en mezclas de carbonato de sodio/bicarbonato de sodio, hidróxido de sodio o hidróxido de potasio. Los eluyentes para el análisis de cationes generalmente se basan en concentraciones bajas de ácido nítrico, ácido sulfúrico o ácido metanosulfónico.
Como ocurre con todas las separaciones por cromatografía líquida, la fase móvil IC es el parámetro más fácil de cambiar para influir en la separación del analito. Por el contrario, en la mayoría de los casos la columna y el sistema de detección están predefinidos.
La elección de un eluyente adecuado puede realizarse utilizando una amplia gama de criterios. Se deben considerar, entre otros, los siguientes parámetros: [1–8]:
El eluyente no debe interferir con el método de detección, por ejemplo, alta conductividad de base, alta absorbancia UV en la misma longitud de onda que el analito o reacción con los analitos de interés. Esto garantiza la mejor estabilidad de línea base posible, la reproducibilidad de los tiempos de retención y la sensibilidad [4].
Los productos químicos utilizados para el eluyente no deben crear reacciones no deseadas con la fase estacionaria y deben ser químicamente estables para evitar interferencias o degradación durante el análisis [5]. Por lo tanto, es necesario conocer las propiedades de la fase estacionaria. Los fabricantes a menudo describen las condiciones estándar, así como las limitaciones de la fase estacionaria (por ejemplo, el rango de pH adecuado o la adición de modificadores orgánicos).
Lea nuestra publicación de blog relacionada para obtener más información sobre cómo elegir una columna IC y optimizar la separación de analitos.
Mejores prácticas para columnas de separación en cromatografía iónica (IC) – Parte 2
La composición del eluyente influye directamente en la separación de los iones objetivo ya que afecta sus tiempos de retención. A continuación se mencionan los factores más importantes a tener en cuenta.
Las alteraciones del pH del eluyente provocan cambios en el equilibrio de disociación del analito, modificando así el tiempo de retención del analito (Figura 5).
El pH debe mantenerse dentro de un rango que evite la degradación o alteración de la fase estacionaria, especialmente para columnas basadas en sílice, que son sensibles a condiciones de pH extremas [7,9].
Además, los métodos de detección como la conductividad y la absorción UV son sensibles a los cambios de pH. Un pH fijo minimiza el ruido de línea de base y mejora la sensibilidad de detección [8].
Nuestra recomendación para la separación de iones es aislar inicialmente los iones monovalentes, seguidos de los iones multivalentes. La introducción de iones multivalentes en medio de iones monovalentes incrementando la concentración del eluyente o modificando el pH del eluyente plantea riesgos significativos. Estas separaciones (y por lo tanto la resolución de pico) son particularmente susceptibles al envejecimiento de la columna y a las variaciones de lote a lote.
La adición de un disolvente orgánico (por ejemplo, metanol, acetona o acetonitrilo) a eluyentes acuosos generalmente tiene poca influencia en el tiempo de retención de iones no polarizables (por ejemplo, fluoruro, cloruro, sodio, calcio, etc.). Los iones polarizables y menos hidrófilos (por ejemplo, yoduro, tiocianato, cationes de amonio orgánicos, etc.) normalmente se eluyen antes con el uso de un modificador orgánico.
Además, a menudo se utilizan modificadores orgánicos para aumentar la ionización dentro de la fuente de ionización por electrospray cuando un cromatógrafo de iones se acopla con un espectrómetro de masas.
Los agentes complejantes se utilizan para obtener una mejor separación de los iones de metales alcalinos. La adición de 18-crown-6-ether (1,4,7,10,13,16-hexaoxaciclooctadecano) al eluyente conduce a una mejor separación entre Na+, NH4+, y K+. Esta modificación es útil, por ejemplo, para mejorar la determinación de trazas de NH4 + contenido en muestras de agua natural con un alta carga de K+.
Figura 9 muestra cómo el tiempo de retención de K+ aumenta significativamente después de la adición de 18-crown-6-ether al eluyente (Tabla 1). Esto se puede explicar por la formación de la K+-18-crown-6-ether-complex como se muestra en Figura 10, que es considerablemente más grande. El tiempo de retención del potasio aumenta debido al impedimento estérico y, con ello, la distancia desde el NH4+. No habrá inferencia con el amonio incluso en altas concentraciones de potasio.
| Cima | Componente | Tiempo de reacción [min] | RT [min] (18-corona-6) |
|---|---|---|---|
| 1 | Litio | 4,31 | 4,25 |
| 2 | Sodio | 5,60 | 5,61 |
| 3 | Amonio | 6,28 | 6,42 |
| 4 | Potasio | 8,46 | 10,39 |
| 5 | Calcio | 17,47 | 17,00 |
| 6 | Magnesio | 20,78 | 20,00 |
Los ácidos dicarboxílicos forman complejos con muchos cationes divalentes. Normalmente estos complejos tienen una carga reducida. Como resultado, cuando se añaden ácidos dicarboxílicos al eluyente, los cationes multivalentes se retienen con menos fuerza y se eluyen antes. La magnitud de esta aceleración está influenciada por la constante de complexación del complejo catiónico específico.
Figura 11 muestra este efecto sobre el magnesio, el calcio y el zinc cuando se utiliza ácido dipicolínico (también conocido como ácido piridina-2,6-dicarboxílico, PDC o DPA) como modificador de eluyente. En comparación con el calcio o el magnesio, el zinc, un metal de transición, forma un complejo mucho más fuerte con el ácido dipicolínico. Por ello, incluso en concentraciones bajas de este agente complejante se ve fuertemente influenciado. El zinc ya eluye antes que el litio en el cromatograma b), y está totalmente complejado y eluye con el pico de inyección en c). El calcio forma un complejo débil con el ácido dipicolínico, pero su complejo es más fuerte que con el magnesio. La resolución del magnesio y del calcio se reduce en el cromatograma b), mientras que en c) el calcio ya eluye antes que el magnesio. Este modificador se aplica para reducir el tiempo de ejecución de las determinaciones que analizan calcio y magnesio además de cationes de metales alcalinos.
| Cima | Componente | Tiempo de reacción [min] (a) | Tiempo de reacción [mín.] (b) | Tiempo de reacción [mín.] (c) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Sodio | 6,79 | 6,50 | 5,39 |
| 2 | Potasio | 10,42 | 9,93 | 8,08 |
| 3 | Magnesio | 33,05 | 29,90 | 19,05 |
| 4 | Zinc | 38,24 | 3,38 | – |
| 5 | Calcio | 44,48 | 35,87 | 16,08 |
Una vez que haya encontrado el eluyente específico que se adapta a sus necesidades de separación, puede considerar la automatización. Hay varias formas de automatizar la preparación de eluyentes. Una de ellas es la preparación de un stock de eluyente (concentrado) a partir del cual se puede diluir fácilmente y de manera automática la concentración exacta de eluyente. Los concentrados están disponibles en Merck para todos los eluyentes estándar de columnas Metrohm. Estos concentrados de eluyente se pueden diluir automáticamente con, por ejemplo, un módulo de producción de eluyente 941.
Además, para eluyentes de hidróxido como NaOH, KOH o LiOH, el módulo IC continuo 948, CEP es una opción ideal. Este módulo puede preparar continuamente eluyentes de hidróxido de forma electrolítica utilizando un concentrado de hidróxido.
Los eluyentes son una parte clave del triángulo de dependencia en la cromatografía iónica. Es esencial tener en cuenta los pasos de preparación correctos, los reactivos químicos utilizados y muchas otras variables antes de preparar un eluyente. La elección y preparación adecuadas del eluyente son cruciales para una medición de cromatografía iónica confiable y robusta.
Para ampliar sus conocimientos sobre cromatografía iónica, descargue nuestras monografías a continuación y comience a trabajar con su instrumento de IC.
[1] Kromidas, S. El experto en HPLC; Wiley-VCH: Weinheim, 2016.
[2] Haddad, P. R.; Jackson, P. MI. Cromatografía iónica; Revista de la Biblioteca de Cromatografía; Elsevier: Amsterdam, 1990.
[3] Schäfer, H.; Läubli, M. Monografía: Cromatografía iónica; Metrohm AG: Herisau, Suiza, 2023. https://www.metrohm.com/es/productos/8/1085/81085077.html
[4] Liu, Y.; Kaiser, E.; Avdalovic, N. Determinación de aniones a nivel de trazas en muestras de agua de alta pureza mediante cromatografía iónica con un sistema automatizado de generación de eluyentes en línea. Revista microquímica 1999, 62 (1), 164–173. DOI:10.1006/mchj.1999.1699
[5] Zou, J.; Motomizu, S.; Fukutomi, H. Cromatografía de interacción iónica en fase inversa de aniones inorgánicos con iones de tetraalquilamonio y aniones orgánicos divalentes mediante detección fotométrica indirecta. Analista 1991, 116 (12), 1399–1405. DOI:10.1039/AN9911601399
[6] Wahab, M. F.; Anderson, J. K.; Abdelrady, M.; y otros. A. Efectos de distorsión de pico en cromatografía iónica analítica. Anal. Química. 2014, 86 (1), 559–566. DOI:10.1021/ac402624a
[7] Martín, D. Cromatografía en columna;IntechOpen, 2013.
[8] Motomizu, S.; Oshima, M.; Hironaka, T. Determinación cromatográfica de intercambio iónico de aniones mediante detección fotométrica indirecta: comparación de iones del eluyente con respecto a la mejora de la sensibilidad. Analista 1991, 116 (7), 695–700. DOI:10.1039/AN9911600695
[9] Acikara, Ö. B. Cromatografía de intercambio iónico y sus aplicaciones. Del volumen editado Cromatografía en columna, editado por Dean F. Martín y Bárbara B. Martín, InterOpen 2013. DOI:10.5772/55744
[10] Metrohm AG. Manual de columna A Supp 19 (6.01034.4x0); 8.107.8013ES / 2023-03-08; Metrohm AG: Herisau, Suiza, 2023.
[11] Kolb, M.; Seubert, A.; Schäfer, H.; Laubli, M. (Editor). Monografía: Cromatografía iónica práctica, 3ª ed.; Metrohm AG: Herisau, Suiza, 2020. https://www.metrohm.com/es/productos/8/1085/81085069.html
Monografía: Cromatografía iónica práctica: una introducción
Monografía: Técnicas avanzadas de detección en cromatografía iónica
Manual de columna: Metrosep A Supp 19
La segunda edición completamente revisada y actualizada de la monografía «Cromatografía iónica» ofrece una exploración en profundidad de la teoría y las aplicaciones prácticas de la cromatografía iónica. Además, se incluyen discusiones detalladas sobre la teoría, los métodos de detección y los tipos de columnas de separación.
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