Metodologia wymiany jonowej

Aby nastąpiła retencja elektrostatyczna, zarówno analit, jak i grupy funkcyjne sorbentu muszą być w postaci zjonizowanej. Odbywa się to poprzez ścisłą kontrolę pH matrycy próbki. W przypadku analitów zasadowych pH należy dostosować do co najmniej 2 jednostek pH poniżej pKa cząsteczki. W przypadku kwaśnych analitów pH należy dostosować do co najmniej 2 jednostek pH powyżej pKa cząsteczki. Dostosowując pH eluentu do co najmniej dwóch jednostek pH powyżej lub poniżej pKa analitów i / lub sorbentu, można skutecznie zneutralizować jedną lub obie grupy funkcyjne, zakłócając interakcję elektrostatyczną, umożliwiając wystąpienie elucji.

Uwaga: Ponieważ procesy wymiany kinetycznej między próbką a grupami funkcyjnymi sorbentu są znacznie wolniejsze w przypadku wymiany jonowej niż w przypadku fazy normalnej i odwróconej, natężenie przepływu powinno być kroplowe (~ 1 kropla / sekundę). Konieczne może być również zwiększenie objętości elucji i płukania, zapewniając wystarczający czas przebywania fazy ruchomej i fazy stacjonarnej w celu interakcji.

Rysunek 1. Metodologia wymiany jonowej

Tabela 1. Wymiana jonów i SPE w trybie mieszanym

Mechanizm retencji:	Elektrostatyczne przyciąganie naładowanych grup funkcyjnych analitu(ów) do przeciwnie naładowanych grup funkcyjnych na sorbencie. Połączenie fazy odwróconej i wymiany jonowej dla trybu mieszanego
Matryca próbki:	Próbki wodne lub organiczne o niskim stężeniu soli (< 0.1M) Płyny biologiczne Reakcje syntezy w fazie roztworu
Charakterystyka analitu:	Anality wykazujące niepolarne właściwości funkcjonalne Wymiana anionowa stosowana do izolacji związków kwasowych: kwasów karboksylowych, kwasów sulfonowych i fosforanów Wymiana kationowa do izolowania związków zasadowych: pierwszorzędowych, drugorzędowych, trzeciorzędowych i czwartorzędowych amin
Schemat elucji:	Oddziaływania elektrostatyczne zakłócone poprzez: modyfikację pH w celu neutralizacji związku i/lub grup funkcyjnych sorbentu zwiększenie stężenia soli (> 1M); lub użyć bardziej selektywnego przeciwjonu, aby konkurować o miejsca wiązania jonowymiennego
Wspólne zastosowania:	Narkotyki i związki farmaceutyczne w płynach biologicznych Usuwanie kwasów tłuszczowych w próbkach żywności/rolniczych Oczyszczanie reakcji syntetycznych Kwasy organiczne z moczu Herbicydy w glebie

Selektywność przeciwjonów i wymiana jonowa:

Selektywność przeciwjonów definiuje się jako stopień, w jakim przeciwjon jest zdolny do konkurowania z innymi przeciwjonami o grupę funkcyjną sorbentu wymieniacza jonowego. Retencję ułatwia posiadanie sorbentu i/lub matrycy próbki wstępnie skalibrowanej przeciwjonem, który jest mniej selektywny niż grupa funkcyjna analitu (minimalna konkurencja). Elucja analitu jest ułatwiona dzięki zastosowaniu buforów z przeciwjonami bardziej selektywnymi niż grupa funkcyjna analitu.

Dla wymienników kationów:

• Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺ > Mn²⁺ > RNH₃ ²⁺ > NH₄⁺ > Na⁺ > H⁺ > Li⁺

Dla wymienników anionowych:

• Sulfonian benzenu > Cytrynian > HSO₄^- > NO₃^- > HSO₃^- > NO₂^- > Cl^- > HCO₃^- > HPO₄^- > Mrówczan > Octan > Propionian > F^- > OH^-

Aby zmienić jon na bardziej selektywny, przepuścić przez sorbent 2-5 objętości złoża 1N roztworu nowego przeciwjonu. Aby zmienić jon na mniej selektywny, przepuść przez sorbent 5-65 objętości złoża 1N roztworu nowego przeciwjonu.

Uwaga: Liczba objętości złoża zależy od tego, o ile mniej selektywny jest nowy przeciwjon niż obecny na sorbencie.

Podstawowe kroki

1. Obróbka wstępna próbki Stężenie soli powinno być mniejsze niż 0,1M. Rozcieńczyć próbkę w stosunku 1:1 buforem o odpowiednim pH, aby zapewnić jonizację grup funkcyjnych analitu.
   Przykłady:
   • Związki zasadowe: rozcieńczyć buforem 10-25 mM (np. fosforanem potasu lub octanem amonu), pH 3-6
   • Związki kwasowe: rozcieńczyć buforem 10-50 mM (np. buforem octanowym), pH 3-6
   • Związki kwasowe: rozcieńczyć buforem 10-50 mM (np. buforem octanowym), pH 3-6, bufor octanowy), pH 7-9
   
   Dla próbek obciążonych zakłóceniami (np, płyny biologiczne) zawierających różne poziomy stężenia soli, użyj technologii SPE w trybie mieszanym.
   
   
2. Kondycjonowanie/wyrównywanie Jeśli próbki są w niepolarnym rozpuszczalniku, ten sam rozpuszczalnik powinien być użyty do kondycjonowania urządzenia SPE. W przypadku próbek wodnych, kondycjonować 1-2 objętościami metanolu lub acetonitrylu w probówce. Wyrównać buforem o podobnym/identycznym pH i stężeniu soli do buforu użytego do wstępnej obróbki próbki.
   
   
3. Załadunek próbki Nałóż próbkę (z kroku 1) przy stałym i zmniejszonym natężeniu przepływu ~1-2 kropli/sekundę, aby zapewnić optymalną retencję. Kinetyka transferu masy w SPE z wymianą jonową jest wolniejsza niż w przypadku fazy odwróconej i normalnej. Zmniejszona szybkość przepływu ma kluczowe znaczenie dla spójnego odzysku.
   
   
4. Płukanie Należy zachować odpowiednią kontrolę pH i siły jonowej, aby zapobiec przedwczesnej elucji interesujących analitów. Użyj buforu o odpowiednim pH (np. buforu używanego do wstępnej obróbki próbki), aby usunąć polarne zakłócenia. Bardziej hydrofobowe zakłócenia można usunąć przy użyciu do 100% metanolu rozcieńczonego w buforze do wstępnej obróbki próbki.
   
   
5. Elucja Elucja przy stałym i zmniejszonym natężeniu przepływu ~1-2 kropli/sekundę w celu zapewnienia optymalnej desorpcji związku. Najczęstszą strategią elucji jest manipulacja pH. Ponadto większość wymieniaczy jonowych wykazuje pewne zachowanie w trybie mieszanym. Dodanie organicznego modyfikatora jest konieczne, aby zakłócić wtórne interakcje fazy odwróconej.
   Przykłady:
   
   • Związki podstawowe: eluować 2-5% wodorotlenkiem amonu w 50-100% metanolu
   • Związki kwasowe: eluować 2-5% kwasem octowym w 50-100% metanolu.
   
   Inne strategie elucji:
   • Użyj eluatu SPE o wyższym stężeniu soli (> 1M)
   • Użyj bardziej selektywnego przeciwjonu, aby konkurować o miejsca wiązania jonowymiennego.
   
   
6. Eluat Post-treatment Dostępnych jest wiele strategii elucji. Należy przetestować i zoptymalizować różne strategie elucji, aby zminimalizować obróbkę końcową eluatu.