img080 2

Kalionity s;| to wymieniacze jonowe o clutritMcr/c kwasów bądź ich soli, wymieniające z roztworem kationy. Można je rozpatrywać jako wiclowartościowc aniony / dodatnio naładowanymi przeciwjonumi albo Jako wielkocząsteczkowe kwasy lub sole tych kwasów. Grupy funkcyjne znanych kationitów można ustawić w pewien szereg zależnie od ich kwasowości:

—SOjH > —CH ₂S0₃H > —P0₃H > —As0₃H > —COOH > —OH > —SH.

W środowisku polarnym kationity dysocjują według schematu:

kationit—S0₃H -    [kationit—S0₃] ” + H ⁺

Przykładem wymiany jonowej na kationicie może być następująca reakcja:

sorpcja

(kationit—S0₃] H* +Na⁺ +C1“^==^ [kationit—S0₃]“Na⁺ + H⁺ + C1

regeneracja

(clucja)

W procesie sorpcji reakcja zachodzi w prawo, w procesie regeneracji (elucji) w kierunku przeciwnym.

Anionity są to wymieniacze jonowe o charakterze zasad bądź ich soli, wymieniające /. roztworem aniony. Stanowią wielowartościowe kationy z ujemnie naładowanymi przeciwjonami lub wielkocząsteczkowe zasady albo sole tych zasad.

Najczęściej spotykane grupy czynne anionitów można uszeregować następująco:

=N OH > = NH OH > =NH₂OH > —NH₃OH

Anionity o słabych grupach funkcyjnych, jak —NH₃OH, nadają się do wymiany silnych kwasów. Natomiast anionity z grupami aminowymi czwartorzędowymi (e=N • OH) wiążą nawet bardzo słabe kwasy.

W środowisku polarnym anionit dysocjuje według schematu:

R R R    R R R

\i/    [    \i/ T+oh-

anionit — N—OH -■ ^r Lanionit— N

Proces wymiany jonowej na anionicie może zilustrować reakcja:

R R R    R R R

\i / T	sorpcja	\l/
Lanionit —N J OH-+H^++Cr-		- Lanionit — N

CT + H₂0

regeneracja

(elucja)

Jony H^ł w kationitach i jony OH w anionitach są jonami ruchliwymi, które mogą być wymienione na inne jony, natomiast reszty kwasowe i zasadowe (makro-jony) pozostają bez zmian.

Pojemność wymienna, inaczej zdolność wymienna jonitu jest to ilość jonów, która może być wymieniona przez jednostkę masy lub objętości jonitu. Oznacza się ją w molach na 1 kg wymieniacza lub w mi li molach na I g wymieniacza.

Im więcej grup jonowymiennych wprowadzono do przestrzennego i/kiolelli |*ollnu*iu jonitu, tym większu jest l>ojcmnośe (zdolność) wymienna jonitu obliczona na jednostkę masy wymiemm /u I a pojemność zmienia się wraz. z pH roztworu, w którym znajduje się wymieniacz, np. wymieniacz kationowy nie ma grup wymienialnych w środowisku silnie kwasowym, gdyż są one zablokowane przez jony II' roztworu (żywica fenolowa KO występuje wtedy w formie niezjonizowanej ROM). Z dwóch wymieniaczy kationowych o różnych grupach polarnych ten jest silniejszy lub bardziej polarny, który ulega większemu jonizowaniu w mniejszych •.lęźcniach jonów wodorowych. Pojemność wymienna anionitów spada natomiast w środowisku zasadowym. Wymieniacz anionowy jest tym silniejszy, im bardziej zasadowe jest jego ugrupowanie polarne i im wolniej maleje jego zdolność wymienna ze wzrostem zasadowości środowiska.

Cykl jonitacyjny. Pierwszym etapem w cyklu jonitacyjnym jest proces sorpcji. Na początku tego etapu wymieniacz zawiera normalnie tylko jeden rodzaj jonów podlegających wymianie (np. —SO^H*). Roztwór wciekowy przepuszczany przez kolumnę może zawierać jeden lub kilka jonów wymiennych. Po przemyciu kolumny wodą jonit zawiera jony wymieniane z roztworem, jak również pewną część jonów obecnych poprzednio w wymieniaczu.

Drugim etapem cyklu jonitacyjnego jest regeneracja jonitu, czyli elucja. Jony /.tlrzymywane na jonicie usuwa się za pomocą przepuszczanego przez kolumnę nadmiaru roztworu elektrolitu (eluent lub regenerat), zawierającego najczęściej jeden jon wymienny o większym powinowactwie do złoża jonitu, niż jon lub jony wprowadzone w procesie sorpcji. Po przemyciu kolumny wodą cykl wymiany jest zakończony i jonit jest gotowy do następnego cyklu jonitacyjnego.

Podstawą chromatografii jonowymiennej jest wymiana jonów z badanego roztworu na jony o takim samym znaku związane z matrycą, tzn. w miejsce jonów odszeze-pianych od cząstek podłoża przyłączane są jony rozdzielanych składników (rys. 4.3).

p. przeciwjony ^ buforu startowego

substancje

rozdzielane

jony tworzące gradient

1	2	3	4	5
	Adsorpcja	Początek	Zakończenie
	substancji	rozdziału	rozdziału	Regeneracja
Start	rozdzielanych	(desorpcji)	(desorpcji)	kolumny
■ ► ■ ►	• • •		o o o o o o
o o °(+Jo) v+1/	aa-	©o	o °(§f	o/^9 v±y
oo				cr^o
	o o o o o o		A ▲ A	o o ©

Rys. 4.3. Procesy zachodzące podczas rozdzielania dwóch substancji na jonicie (wg: J. Gniot-Szulżyckn i wsp. 1994: Materiały pomocnicze do ćwiczeń z biochemii dla studentów biologii i chemii, cz, I. Białka. Wyd I Iniwcrsytctu Mikołaja Kopernika, Toruń, s. 46; za zgodą, nieznacznie zmienione)

105