MONOGRAFIA Praktyczna chromatografia jonowa

3.6.4 Wymieniacze kationowe oparte na żelu krzemionkowym
Pośród wymieniaczy kationowych opartych na żelu krzemionkowym wyróżnia się materiały z bezpośrednio
dołączonymi grupami funkcyjnymi oraz materiały pokryte polimerem.
Praktycznie jedynymi doniesieniami dotyczącymi materiałów z bezpośrednio dołączonymi grupami
funkcyjnymi, są te o silnie kwaśnych wymieniaczach, z grupą kwasu sulfonowego [a2, a4]. Mają one dobrą
wydajność chromatografowania, lecz są nieodpowiednie dla jednoczesnego oznaczenia metali alkalicznych
i metali ziem alkalicznych, z powodu dużych różnic w powinowactwie.
W żelach krzemionkowych pokrytych polimerami, tak zwanych fazach Schomburga, powierzchnia
krzemianowa jest pokryta „prepolimerem”, który jest następnie unieruchomiony przez usieciowanie.
Poprzez kolejne dołączanie grup funkcyjnych można uzyskać różnorodne typy wymieniacza. W celu
uzyskania słabo kwaśnych wymieniaczy kationowych stosuje się kwas polibutadienomaleinowy (PBDMA),
który następnie jest na miejscu gruntownie usieciowany [30]. Z powodu cienkiej warstewki polimeru, o
grubości od około 1 do 5 nm [31], ścieżki dyfuzji są krótkie i w efekcie uzyskiwany jest wysoki stopień
wydajności chromatografowania.
Istnieje duża ilość zastosowań wymieniaczy jonowych opartych na żelu krzemionkowym. Jednoczesny
rozdział metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych jest jednym z najczęstszych zastosowań; możliwy
jest również rozdział jonów metali przejściowych i metali ciężkich. Jednakże kilka ujemnych ich stron
zapobiega powszechnemu zastosowaniu wymieniaczy jonowych opartych na żelu krzemionkowym:
• Przy pH7 wzrasta znacznie rozpuszczalność żelu krzemionkowego; prowadzi to do zmniejszenia
stabilności mechanicznej wypełnienia, rozpadu cząsteczek i martwej objętości na początku kolumny.
3.6.5 Wymieniacze kationowe oparte na polimerach organicznych
Jako matrycę stosuje się głównie żywice utworzone przez kopolimeryzację styrenu i diwinylobenzenu. Nie
istnieją tu ograniczenia wymienione dla wymieniaczy z żelu krzemionkowego; mogą być one stosowane w
całym zakresie pH (od 0 do 14) i są także nieaktywne w stosunku do fluorków. Chociaż ich odporność na
ciśnienie jest mniejsza, niż żeli krzemionkowych, jest jednak ogólnie nadal wystarczająca, za wyjątkiem
kilku żywic metakrylanowych.
Większość dostępnych w handlu wymieniaczy kationowych wykorzystuje jako grupy funkcyjne grupy
kwasów sulfonowych. Mogą one być przyłączone do układu aromatycznego albo bezpośrednio, lub przez
łącznik o zmiennej długości. Wymieniacze z kwasów sulfonowych z łącznikami mają znacznie lepszą
wydajność chromatografowania; długość łącznika ma drugorzędne znaczenie. Nie nadają się one dla
jednoczesnego oznaczania metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych z powodu dużych różnic w
powinowactwie.
3.6.6 Wymieniacze kationowe błonkowe
Wymieniacze błonkowe są tak samo dostępne, jak bezpośrednio modyfikowane żywice. Mają one układ
dwuwarstwowy, ponieważ nie jest możliwe przedstawienie całkowicie aminowanej cząsteczki substratu.
Dlatego też całkowicie sulfonowana cząsteczka substratu jest najpierw otoczona warstewką aminowanych,
a następnie warstewką sulfonowanych cząsteczek lateksu. Przyłączanie odbywa się poprzez
oddziaływania elektrostatyczne lub van der Waalsa. Względnie duża średnica cząsteczek substratu (10-30
µm) powoduje porównywalnie niskie ciśnienie wsteczne. Mała średnica cząsteczek lateksu (20-250 nm)
pozwala na krótkie ścieżki dyfuzji i odpowiednio szybkie procesy wymiany, co prowadzi do wysokiej
sprawności kolumny rozdzielającej. Niedogodnością materiałów błonkowych jest ich czułość na
rozpuszczalniki organiczne [32] oraz fazy ruchome o wysokiej mocy jonowej, ponieważ w tym przypadku
cząsteczki lateksu są stopniowo przemieszczone.
Praktyczna Chromatografia Jonowa 39