Cromatografía Iónica Recientes Avances Instrumentales
La IC (cromatografía iónica) es un método analítico que permite la identificación y cuantificación de especies químicas con carga. Los avances instrumentales alcanzados en los últimos años han sido impactantes.
Una breve reseña histórica ubica sus orígenes a mediados del siglo pasado. Si bien el desarrollo de la cromatografía HPLC (cromatografía líquida de alta performance) ocurrió a finales de los años 60, en IC no se había logrado un método lo suficientemente sensible dado que la fase móvil es necesariamente un electrolito que también aporta a la señal del detector de conductividad. Este inconveniente se remedió en 1975 al desarrollar Dow Chemical Company la técnica de supresión de iones del eluyente. El área de cromatografía iónica cobró un fuerte impulso y de allí surgió DIONEX (Dow IONic EXchange). A partir de ese momento todas las sucesivas técnicas de supresión son patentes desarrolladas por Dionex.
A continuación mostraremos un diagrama general del sistema, luego un análisis más detallado de los componentes tecnológicamente más innovadores y finalmente tres aplicaciones.
En la figura 1 se muestra un esquema de los principales componentes del equipo.
La alimentación externa para la fase móvil es exclusivamente agua de baja conductividad (< 0,054 μSiemens/cm) que pasa por una trampa de iones de modo de asegurarnos que el detector sólo responda a los analitos presentes en la muestra. Luego, una bomba la impulsa a la cámara del EG (generador de eluyente) en donde se genera la FM (fase móvil) por migración iónica de cargas desde un reservorio; pasa por el desgasificador que elimina los gases liberados durante el proceso electrolítico y llega posteriormente al inyector. Allí ingresa la muestra al sistema y luego alcanza la entrada de la columna; a la salida de la misma la tenemos separada en sus analitos componentes.
Entonces pasa por el supresor el cual disminuye casi de un modo total la señal de la FM. Es en estas condiciones que los analitos de la muestra llegan al detector. La señal eléctrica es procesada generando picos cuyas áreas son proporcionales a su concentración. La FM que sale del detector es recirculada pasando en contracorriente por el supresor y seguidamente por la trampa de iones para proveerlos de agua en forma permanentemente, permitiendo que el proceso electrolítico en ambos compartimientos sea continuo.
En la figura 2 se muestra un esquema detallado del EG en este caso para análisis de cationes. Consta de un reservorio con venteo y un cátodo conteniendo una solución concentrada de electrolito, en este caso MSA (ácido metansulfónico) y una cámara de generación debajo del mismo y provista de un ánodo. Cargando en el software del equipo la concentración deseada en función del tiempo, desde el reservorio irán migrando a la cámara aniones metansulfonato que son reemplazados por oxhidrilos liberados por reducción en el cátodo. Simultáneamente en el ánodo que está en la cámara de generación ocurre la hemirreacción de oxidación con liberación de protones. Como resultado final se obtiene la FM y oxígeno disuelto, es por ello que la próxima etapa es la de desgasificación.
En la figura 3 se muestra un esquema de funcionamiento del supresor autorregenerante catiónico y en la figura 4 del aniónico. El flujo por el tubo interno corresponde al de la FM con conductividad muy elevada a la llegada al supresor, además de los iones que se quieren analizar.
Por el tubo concéntrico externo se encuentran a cada lado los electrodos y circula agua en contracorriente. El material que separa los flujos corresponde a membranas de permeabilidad selectiva. Por ejemplo para el caso aniónico, en el ánodo se liberan protones que atraviesan la membrana y neutralizan a los oxhidrilos de la FM y en simultáneo los sodios de esta fase atraviesan la membrana y reaccionan con los oxhidrilos liberados en el cátodo para dar el hidróxido. Como resultado final tendremos a la salida del supresor una FM compuesta por analitos en su forma química de mayor conductividad, es decir, ácidos diluidos en agua.
En la figura 5 se muestra un esquema de la trampa de aniones autorregenerante. Consiste en dos flujos cuyas corrientes circulan en el mismo sentido y separados por una membrana semipermeable. La FM circula a través de una resina intercambiadora de aniones limitada exteriormente por el cátodo en donde se liberan por electrólisis los oxhidrilos. Entonces, los otros aniones son desplazados y atraviesan la membrana intercambiadora llegando al otro flujo que procede del supresor. Allí reaccionan con los protones liberados en el ánodo y van al recipiente de deshechos.
Todos estos avances (la generación de eluyente, el supresor electrolítico autorregenerante y la trampa de iones de operación continua) permitieron obtener una mejora sustancial en la relación S/N (señal/ruido), mayor estabilidad en la línea de base, muy bajos límites de detección y alta reproducibilidad en las determinaciones.
En la figura 6 podemos ver algunas aplicaciones:
i) En el primer cromatograma se pueden observar los bajos límites de detección que se pueden alcanzar, del orden de las ppt (partes por trillón), en este caso para la detección de trazas de aniones en agua ultrapura. Para llegar a estos límites se tomó un gran volumen de muestra y los aniones se retienen en un cartucho concentrador; desorbiéndolos luego con un pequeño volumen de NaOH de concentración elevada.
ii) En el segundo cromatograma se muestra un intercambio aniónico de alta performance, con detector amperométrico pulsado provisto de electrodo de oro, para la detección de carbohidratos y derivados de bajo peso molecular.
iii) En el tercer cromatograma se muestra una separación de metales de transición por derivatización post-columna y la correspondiente detección en el espectro visible a 530 nm.
Estos ejemplos nos están demostrando la versatilidad en cuanto a la detección: UV-Vis, amperometría pulsada, también acoplamiento con MSD (detector de masa) y además la posibilidad de emplear sistemas de derivatizaciones on-line pre y post-columna y de preconcentración de muestras.
Por lo expuesto se observa que la cromatografía iónica, con los instrumentos disponibles actualmente en el mercado desde compañías especializadas como Dionex, se ha convertido en un método de análisis rápido, exacto, reproducible y de un amplio campo de aplicación.
En la figura 1 se muestra un esquema de los principales componentes del equipo.
La alimentación externa para la fase móvil es exclusivamente agua de baja conductividad (< 0,054 μSiemens/cm) que pasa por una trampa de iones de modo de asegurarnos que el detector sólo responda a los analitos presentes en la muestra. Luego, una bomba la impulsa a la cámara del EG (generador de eluyente) en donde se genera la FM (fase móvil) por migración iónica de cargas desde un reservorio; pasa por el desgasificador que elimina los gases liberados durante el proceso electrolítico y llega posteriormente al inyector. Allí ingresa la muestra al sistema y luego alcanza la entrada de la columna; a la salida de la misma la tenemos separada en sus analitos componentes.
Entonces pasa por el supresor el cual disminuye casi de un modo total la señal de la FM. Es en estas condiciones que los analitos de la muestra llegan al detector. La señal eléctrica es procesada generando picos cuyas áreas son proporcionales a su concentración. La FM que sale del detector es recirculada pasando en contracorriente por el supresor y seguidamente por la trampa de iones para proveerlos de agua en forma permanentemente, permitiendo que el proceso electrolítico en ambos compartimientos sea continuo.
En la figura 2 se muestra un esquema detallado del EG en este caso para análisis de cationes. Consta de un reservorio con venteo y un cátodo conteniendo una solución concentrada de electrolito, en este caso MSA (ácido metansulfónico) y una cámara de generación debajo del mismo y provista de un ánodo. Cargando en el software del equipo la concentración deseada en función del tiempo, desde el reservorio irán migrando a la cámara aniones metansulfonato que son reemplazados por oxhidrilos liberados por reducción en el cátodo. Simultáneamente en el ánodo que está en la cámara de generación ocurre la hemirreacción de oxidación con liberación de protones. Como resultado final se obtiene la FM y oxígeno disuelto, es por ello que la próxima etapa es la de desgasificación.
En la figura 3 se muestra un esquema de funcionamiento del supresor autorregenerante catiónico y en la figura 4 del aniónico. El flujo por el tubo interno corresponde al de la FM con conductividad muy elevada a la llegada al supresor, además de los iones que se quieren analizar.
Por el tubo concéntrico externo se encuentran a cada lado los electrodos y circula agua en contracorriente. El material que separa los flujos corresponde a membranas de permeabilidad selectiva. Por ejemplo para el caso aniónico, en el ánodo se liberan protones que atraviesan la membrana y neutralizan a los oxhidrilos de la FM y en simultáneo los sodios de esta fase atraviesan la membrana y reaccionan con los oxhidrilos liberados en el cátodo para dar el hidróxido. Como resultado final tendremos a la salida del supresor una FM compuesta por analitos en su forma química de mayor conductividad, es decir, ácidos diluidos en agua.
En la figura 5 se muestra un esquema de la trampa de aniones autorregenerante. Consiste en dos flujos cuyas corrientes circulan en el mismo sentido y separados por una membrana semipermeable. La FM circula a través de una resina intercambiadora de aniones limitada exteriormente por el cátodo en donde se liberan por electrólisis los oxhidrilos. Entonces, los otros aniones son desplazados y atraviesan la membrana intercambiadora llegando al otro flujo que procede del supresor. Allí reaccionan con los protones liberados en el ánodo y van al recipiente de deshechos.
Todos estos avances (la generación de eluyente, el supresor electrolítico autorregenerante y la trampa de iones de operación continua) permitieron obtener una mejora sustancial en la relación S/N (señal/ruido), mayor estabilidad en la línea de base, muy bajos límites de detección y alta reproducibilidad en las determinaciones.
En la figura 6 podemos ver algunas aplicaciones:
i) En el primer cromatograma se pueden observar los bajos límites de detección que se pueden alcanzar, del orden de las ppt (partes por trillón), en este caso para la detección de trazas de aniones en agua ultrapura. Para llegar a estos límites se tomó un gran volumen de muestra y los aniones se retienen en un cartucho concentrador; desorbiéndolos luego con un pequeño volumen de NaOH de concentración elevada.
ii) En el segundo cromatograma se muestra un intercambio aniónico de alta performance, con detector amperométrico pulsado provisto de electrodo de oro, para la detección de carbohidratos y derivados de bajo peso molecular.
iii) En el tercer cromatograma se muestra una separación de metales de transición por derivatización post-columna y la correspondiente detección en el espectro visible a 530 nm.
Estos ejemplos nos están demostrando la versatilidad en cuanto a la detección: UV-Vis, amperometría pulsada, también acoplamiento con MSD (detector de masa) y además la posibilidad de emplear sistemas de derivatizaciones on-line pre y post-columna y de preconcentración de muestras.
Por lo expuesto se observa que la cromatografía iónica, con los instrumentos disponibles actualmente en el mercado desde compañías especializadas como Dionex, se ha convertido en un método de análisis rápido, exacto, reproducible y de un amplio campo de aplicación.
Fuente DIONEX Corporation (USA)
Departamento de Aplicaciones de Bioesanco SA.
Para mayor información:
Bio Esanco SA
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Tel.: (54-11) 5237-1111
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