موضوع مقاله: کروماتوگرافی یونی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # کروماتوگرافی یونی | مقدمه: این روش از انواع روش های کروماتوگرافی مایع است بنابراین از نظر دستگاهوری و اجزاء و وظایف هرکدام مشابه روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا یا HPLC است. | ## بخش 1: کروماتوگرافی یونی | در این روش بین فاز متحرک، که معمولا به صورت محلول است و حاوی نمونه ای ست که دارای اجزاء قابل یونیزه می باشد، و فاز ساکن، که باردار است، به صورت تعادلی و برگشت پذیر تبادل یون انجام می شود. فاز ساکن از پلیمر های سنتزی شامل گروه های متصل باردار تشکیل شده است که این گروه های باردار می توانند گروه های آنیونی یا کاتیونی باشند. گروه های آنیونی پیوند شده با رزین، برای جداسازی گروه های کاتیونی به کار می روند و بر همین اساس به آنها تبادل‌گرهای تعویض کاتیونی (cation exchange)، و این روش را کروماتوگرافی تعویض کاتیونی گویند. تاریخچه کروماتوگرافی یونی کروماتوگرافی یونی در دهه 1970 میلادی به‌طور رسمی به‌عنوان یک تکنیک تحلیلی جدید شناخته شد. برای تحلیل یون‌ها به روش‌های ساده‌تر نیاز بود که در نهایت کروماتوگرافی یونی به‌عنوان یک راهکار جدید معرفی شد. این سیستم از مواد تبادل یونی برای جذب آنیون‌ها و جداسازی آنها از یکدیگر استفاده می‌کرد. این آشکارسازها قادر به شناسایی تغییرات هدایت الکتریکی محلول به‌واسطه حضور یون‌ها بودند و این امکان را فراهم کردند که یون‌های مختلف به‌راحتی شناسایی و اندازه‌گیری شوند.Gupta, V. در این زمان، توسعه فازهای ثابت جدید مانند رزین‌های تبادل یونی پیشرفته‌تر و ارزان‌تر شد. همچنین، دستگاه‌های کروماتوگرافی یونی به‌طور چشمگیری بهبود پیدا کردند و قابلیت‌های آنها برای آنالیز یون‌ها در نمونه‌های پیچیده افزایش یافت. در دهه‌های 1990 و 2000، کروماتوگرافی یونی به‌طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفت. با افزایش نگرانی‌ها درباره آلودگی‌های شیمیایی در آب‌ها و خاک‌ها، استفاده از کروماتوگرافی یونی برای اندازه‌گیری یون‌ها و آلاینده‌ها در این محیط‌ها گسترش یافت. در این دوره، تکنولوژی‌های جدیدی برای بهبود دقت و سرعت تحلیل‌ها در کروماتوگرافی یونی معرفی شد. این شامل استفاده از ستون‌های نانو و مواد جدید فاز ثابت بود که توانستند جداسازی‌های بهتری را در مقایسه با روش‌های پیشین ارائه دهند. همچنین، دستگاه‌های کروماتوگرافی یونی جدیدتر از سیستم‌های اتوماتیک برای تزریق نمونه‌ها، کنترل دما و زمان و همچنین اندازه‌گیری دقیق‌تر استفاده می‌کردند.Brown, R. Elsevier در دهه 2010 به بعد، کروماتوگرافی یونی همچنان به عنوان یک روش قدرتمند برای آنالیز یون‌ها در محیط‌های پیچیده و کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود. همچنین، در این دوران توجه بیشتری به نرم‌افزارهای تحلیلی و اتوماسیون دستگاه‌های کروماتوگرافی یونی معطوف شده است. این تغییرات باعث شده‌اند که انجام آنالیزهای پیچیده‌تر و نیاز به نیروی انسانی کمتر شود، به‌طوری که امروزه کروماتوگرافی یونی در آزمایشگاه‌های پیشرفته و تحقیقاتی برای انجام آزمایشات روزمره بسیار کارآمد است.Köhler, H., & Niemeyer, G. این تکنیک مبتنی بر تفاوت در تعامل یون‌ها با فاز ثابت و فاز متحرک است که در نهایت منجر به جداسازی آنها در ستون کروماتوگرافی می‌شود. برای درک بهتر اصول کار کروماتوگرافی یونی، لازم است که مفهوم فاز ثابت، فاز متحرک، مکانیسم‌های جداسازی و آشکارسازی را بررسی کنیم. فاز ثابت و فاز متحرک کروماتوگرافی یونی مانند سایر روش‌های کروماتوگرافی مایع، از دو فاز استفاده می‌کند: فاز ثابت: فاز ثابت در کروماتوگرافی یونی معمولاً یک ماده تبادل یونی است که در ستون کروماتوگرافی قرار می‌گیرد. این ماده می‌تواند از جنس رزین‌های تبادل یونی باشد که قادر به جذب یا دفع یون‌ها هستند. | ## بخش 2: کروماتوگرافی یونی | این فاز ثابت می‌تواند به‌طور اختصاصی یون‌های خاصی را جذب کند که باعث جداسازی آنها از یکدیگر می‌شود. فاز متحرک: فاز متحرک معمولاً یک محلول آبی است که یون‌های مختلف در آن حل شده‌اند. این محلول به‌طور مداوم از طریق ستون حرکت می‌کند و نمونه یون‌ها را همراه با خود به جلو می‌برد. مکانیسم جداسازی مکانیسم اصلی جداسازی در کروماتوگرافی یونی به تعامل یون‌ها با فاز ثابت مربوط می‌شود. فرآیند جداسازی به این صورت است که: زمانی که نمونه‌ای شامل یون‌های مختلف به ستون کروماتوگرافی تزریق می‌شود، این یون‌ها با فاز ثابت (رزین تبادل یونی) واکنش می‌دهند. یون‌ها به دلیل بار الکتریکی‌شان و ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاص خود با فاز ثابت تعامل می‌کنند. این تعاملات می‌تواند به‌صورت جذب و دفع یون‌ها روی سطح رزین یا جایگزینی یون‌های موجود در فاز ثابت با یون‌های نمونه باشد. یون‌هایی که تعامل ضعیفی با فاز ثابت دارند، سریع‌تر از ستون عبور می‌کنند، در حالی که یون‌هایی که تعامل قوی‌تری با فاز ثابت دارند، کندتر حرکت می‌کنند و در نتیجه از یکدیگر جدا می‌شوند. بنابراین، یون‌ها به‌طور جداگانه از هم حرکت می‌کنند و در نتیجه در نقاط مختلفی از ستون در زمان‌های متفاوت جدا می‌شوند. آشکارسازی پس از اینکه یون‌ها از ستون خارج شدند، برای شناسایی و اندازه‌گیری آنها از یک آشکارساز استفاده می‌شود. این آشکارساز قادر است تغییرات در هدایت الکتریکی محلول را شناسایی کند که ناشی از حضور یون‌ها است. به‌طور کلی، اصول کار آشکارساز بدین صورت است که: هنگامی که یون‌ها از ستون خارج می‌شوند، به فاز متحرک که از درون سیستم عبور می‌کند اضافه می‌شوند. تزریق نمونه نمونه‌ای که شامل یون‌ها است، معمولاً به‌وسیله یک دستگاه تزریق وارد دستگاه کروماتوگرافی یونی می‌شود. فاز ثابت و فاز متحرک در سیستم‌های پیشرفته در سیستم‌های پیشرفته کروماتوگرافی یونی، از مواد فاز ثابت خاص و پیشرفته استفاده می‌شود که می‌توانند توانایی جذب بالاتری داشته باشند. ترکیب محلول‌ها به‌طور دقیق تنظیم می‌شود تا بهترین نتایج را برای جداسازی فراهم کند. این دستگاه شامل چندین بخش اصلی است که هرکدام نقش حیاتی در عملکرد صحیح و کارآمد دستگاه ایفا می‌کنند. پمپ (Pump) پمپ در دستگاه کروماتوگرافی یونی مسئول هدایت فاز متحرک از مخزن به ستون کروماتوگرافی است. این پمپ معمولاً پمپی با دقت بالا است که قادر است محلول فاز متحرک را با سرعت ثابت یا متغیر از طریق سیستم عبور دهد. پمپ‌ها معمولاً به گونه‌ای طراحی می‌شوند که می‌توانند فشار بالایی را برای عبور محلول از ستون ایجاد کنند، زیرا این محلول باید از مواد تبادل یونی با اندازه منافذ بسیار ریز عبور کند. محلول فاز متحرک معمولاً از ترکیب آب و مواد شیمیایی خاص به‌وجود می‌آید که شرایط مطلوبی برای جداسازی یون‌ها فراهم کند. آشکارساز (Detector) آشکارساز در دستگاه کروماتوگرافی یونی به منظور شناسایی و اندازه‌گیری یون‌هایی که از ستون خارج می‌شوند، استفاده می‌شود. | ## بخش 3: کروماتوگرافی یونی | رایج‌ترین نوع آشکارساز در این تکنیک، آشکارساز هدایت الکتریکی است که قادر است تغییرات هدایت الکتریکی محلول در حال عبور را شناسایی کند. یون‌ها باعث افزایش هدایت الکتریکی محلول می‌شوند و این تغییرات توسط دستگاه اندازه‌گیری می‌شود. ستون معمولاً از جنس شیشه یا فولاد ضد زنگ ساخته می‌شود و درون آن مواد تبادل یونی به‌طور فشرده قرار می‌گیرد. یون‌ها پس از تزریق به ستون، با توجه به تعاملات مختلف با مواد تبادل یونی، از یکدیگر جدا می‌شوند. معمولاً از یک سیستم حلقه‌ای برای تزریق نمونه استفاده می‌شود، به این صورت که مقدار دقیقی از نمونه به فاز متحرک افزوده می‌شود. در برخی از دستگاه‌های کروماتوگرافی یونی، یک سیستم کنترل دما وجود دارد که دما را در سطح مطلوبی برای فرآیند جداسازی حفظ می‌کند. این سیستم معمولاً شامل نرم‌افزارهایی است که امکان تحلیل داده‌ها و انجام محاسبات مختلف را فراهم می‌آورد. واحد تأمین گاز (Gas Supply Unit) در برخی از سیستم‌های کروماتوگرافی یونی، به‌ویژه برای آشکارسازهای خاص یا به‌منظور ایجاد شرایط خاص در دستگاه، از گازها مانند نیتروژن یا هلیوم برای کمک به عملکرد صحیح دستگاه استفاده می‌شود. این گازها می‌توانند برای تنظیم فشار در آشکارسازها یا برای ایجاد شرایط خلأ در برخی بخش‌های دستگاه استفاده شوند. به‌طور مثال، یون‌های کوچکتر یا با بار الکتریکی بالاتر ممکن است زودتر از ستون عبور کنند. این روش در کاربردهایی مانند آنالیز آب، محیط‌زیست، صنایع دارویی و شیمی به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. ستون کروماتوگرافی در این روش حاوی مواد خاصی است که به‌طور انتخابی از یون‌های بزرگتر عبور نمی‌کند یا عبور آنها را محدود می‌کند. این یون‌ها معمولاً یون‌های با شعاع هیدراتاسیون بزرگ هستند که در مقایسه با یون‌های کوچک‌تر حرکت کمتری در ستون دارند. این روش بیشتر در جداسازی مولکول‌های بزرگ یا یون‌های پیچیده در محلول‌های آبی استفاده می‌شود. این جفت یونی از لحاظ ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی مشابه یک مولکول بزرگ عمل می‌کند و این ویژگی‌ها باعث جداسازی بهتر یون‌ها از یکدیگر می‌شود. این روش به‌ویژه برای جداسازی یون‌هایی که بدون استفاده از یون جفت نمی‌توانند به‌طور مؤثر جداسازی شوند، مناسب است. به‌عنوان مثال، این تکنیک در جداسازی آنیون‌های پیچیده و بررسی ترکیب‌های غیر آبی کاربرد دارد. در این نوع کروماتوگرافی، ستون کروماتوگرافی با رزین‌هایی پر می‌شود که به‌طور خاص به یون‌های خاص جذب می‌شوند. این روش به‌ویژه برای جداسازی یون‌های خاص که به‌طور معمول نمی‌توانند با روش‌های معمولی جداسازی شوند، استفاده می‌شود. رزین‌ها به‌طور انتخابی با یون‌هایی که ویژگی‌های مشابه دارند تعامل می‌کنند و بر اساس این ویژگی‌ها یون‌ها از یکدیگر جدا می‌شوند. | ## جمع‌بندی | در این روش، کاتیون‌ها مانند سدیم، کلسیم و منیزیم با یون‌های مشابه در فاز ثابت تبادل می‌کنند.