MATERIAŁY DO ĆWICZEŃ 

LABORATORYJNYCH - 

CHROMATOGRAFIA JONOWA  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mgr inż. Malwina Diduch 

mgr inż. Ewa Olkowska 

 

1.  WPROWADZENIE 

Termin  „chromatografia”  obejmuje  wiele  technik  fizykochemicznych 

ogólnie  zdefiniowanych  jako  fizykochemiczna  metoda  rozdzielania,  w  której 

składniki  rozdzielane  ulegają  podziałowi  pomiędzy  dwie  fazy:  stacjonarną 

(nieruchomą)  oraz  ruchomą  (poruszającą  się  w  określonym  kierunku). 

Najbardziej  rozpowszechnione  są  metody,  w  których  przemieszczanie 

mieszaniny następuje na drodze elucji. W tych technikach eluent (faza ruchoma) 

płynie  nieprzerwanie  przez  złoże  fazy  stacjonarnej,  natomiast  próbka 

wprowadzana jest do  układu  w określonej  porcji  poprzez  dozownik. Wszystkie 

techniki chromatograficzne można podzielić m. in. ze względu na: 

  kształt złoża fazy stacjonarnej:  kolumnowa i planarna, 

  rodzaj fazy ruchomej: cieczowa i gazowa, 

  mechanizm  rozdzielania:  absorpcyjna,  jonowymienna,  podziałowa, 

wykluczania i powinowactwa. 

Metody  chromatograficzne,  jako  jedne  z  nielicznych,  umożliwiają 

uzyskanie  wyników  jakościowych  i  ilościowych  dla  kilku  oznaczanych 

substancji w trakcje trwania jednego cyklu pomiarowego. 

 

2.  CHROMATOGRAFIA JONOWA – klasyfikacja  

 

Chromatografia  jonowa  jest  techniką  analityczną  wykorzystującą  wiele 

rodzajów  separacji  oraz  detekcji  w  celu  uzyskania  oznaczeń  indywiduów 

jonowych.  W  chromatografii  jonowej  wykorzystuje  się  cztery  główne  sposoby 

rozdzielania, różniące się rodzajem substancji stanowiącej materiał wypełnienia 

kolumny, a co za tym  idzie jej właściwościami (mechanizmem oraz zdolnością 

wymiany): 

  Wysokosprawna  Chromatografia  Jonowa  (High  Performance  Ion 

Chromatography, HPIC) w odmianie z lub bez tłumienia przewodnictwa, 

  Wysokosprawna  Chromatografia  Jonowykluczająca  (High  Performance 

Ion Exlusion Chromatography, HPIEC), 

  Chromatografia Par Jonowych (Ion Pair  Chromatography, IPC), 

  Chromatografia  Cieczowa  Oddziaływan  Hy6drofilowych  (Hydrophyilic 

Interaction Liquid Chromatography, HILIC) 

 

3.  CHROMATOGRAFIA JONOWA – zastosowanie 

Chromatografia  jonowa  uważana  jest  za  najważniejszą  instrumentalną 

metodę oznaczania głównych nieorganicznych anionów (F

-

, Cl

-

, Br

-

, NO

2

-

, NO

3

-

, 

PO

4

3-

,  SO

4

2-

)  oraz  kationów  (Na

+

,  K

+

,  NH

4

+

,  Ca

2+

,  Mg

2+

)  w  wodach  pitnych, 

powierzchniowych  i  podziemnych,  opadach  atmosferycznych,  ściekach 

przemysłowych  i  komunalnych  oraz  powietrzu  atmosferycznym  i  gazach 

przemysłowych. 

Stosując  technikę  chromatografii  jonowej  można  oznaczać  także  liczne 

związki  organiczne  (kwasy  tłuszczowe;  kwasy,  estry  oraz  sole  organiczne; 

surfaktanty;  cukry  proste  i  dwucukry)  w  żywności,  sokach  i  napojach 

chłodzących, winie, piwie , pływak ustrojowych, roztworach farmaceutyków. 

 

4.  CHROMATOGRAFIA JONOWA – schemat układu 

 

Rysunek 1. Schemat budowy chromatografu jonowego. 

1.  Eluent

 

Dobór eluentu w HPIC zależy głównie od używanej techniki detekcji. 

Do  rozdzielania  anionów  w  chromatografii  jonowej  z  tłumieniem 

przewodności  stosuje  się  najczęściej  wodne  roztwory  węglanu  sodu, 

wodorowęglanu  lub  ich  mieszaniny.  Podczas  supresji  jony  eluentu  są 

proponowane,  powstające  w  tym  procesie  słabe  kwasy  są  zdysocjowane  w 

bardzo  niewielkim  stopniu  i  wnoszą  niewielki  udział  do  całkowitego 

przewodnictwa.  Natomiast  do  elucji  kationów  najczęściej  stosowane  są 

wodne roztwory kwasów mineralnych. W przypadku stosowania techniki IC 

w  odmianie  bez  tłumienia  przewodności  fazy  ruchome  powinny  odznaczać 

się  niską  przewodnością  elektryczną  i  różnić  się  pod  tym  względem 

maksymalnie od oznaczanych jonów. 

Przy  wyborze  odpowiedniego  eluentu  należy  pamiętać  o  następujących 

zasadach, które gwarantują dobre rozdzielenie analitów: 

  ze  wzrostem  wartościowości  jonu  analitu  zwiększa  się  jego 

powinowactwo  do  grupy  funkcyjne  fazy  stacjonarnej,  dlatego 

wymagany jest eluent o większej mocy elucyjnej, 

  przy  jednakowym  ładunku  jonów  silniej  zatrzymywany  jest  ten 

o większym promieniu jonowym i stopniu polaryzacji, 

  jony  analitu  charakteryzujące  się  silnymi  oddziaływaniami 

hydrofobowymi  lub  siłami  Van  der  Waalsa  z  matrycą  będą 

wymywane przed jonami o słabszych oddziaływaniach  

2.  Pompa 

Najczęściej  stosowanymi  pompami  w  chromatografii  jonowej  są  pompy 

tłokowe. Ich  głównym zadaniem  jest wprowadzenie eluentu w ruch, a co za 

tym  idzie  wytworzenie  w  układzie  odpowiedniego  ciśnienia.  Zastosowanie 

pomp  kilkukanałowych  umożliwia  zmianę  stężenia  i/lub  składu  eluentu  w 

trakcie procesu czyli prowadzenia tzw. elucji gradientowej. 

 

3.  Kolumna 

Kolumna  analityczna    jest  najważniejsza  częścią    każdego  układu 

separacyjnego,  ponieważ  zachodzą  w  niej  procesy  fizykochemiczne,  które 

prowadza do rozdzielenia analitów znajdujących się w próbce. We współczesnej 

chromatografii  jonowej  wypełnienia  kolumn  stanowią  głównie  jonity 

syntetyczne,  najczęściej  wielocząsteczkowe  polimery  (np.  żywice)  z 

wbudowanymi  (naniesionymi)  grupami  funkcyjnymi  zdolnymi  do  wymiany 

jonowej.  Najczęściej  stosowanymi  grupami  funkcyjnymi  w  przypadku 

kationitów  są  grupy  sulfonowe,  natomiast  w  przypadku  anionitów 

czwartorzędowe grupy amoniowe.

  

 

 

 

Rysunek 2. Schematyczne przedstawienie wypełnia kolumny do HPIC. 

 

Podstawą rozdzielania w IC jest wymiana jonowa. Mechanizm ten opiera 

się  na  stechiometrycznej  reakcji  chemicznej  pomiędzy  jonami  w  dozowanej 

próbce  ciekłej  oraz  grupami  funkcyjnymi,  które  zdolne  są  do  zatrzymywania 

jonów  w  wyniku  działania  sił  elektrostatycznych.  Rozdzielone  jony  różnią  się 

między  sobą  czasem  przebywania  wewnątrz  kolumny,  wynikającym  z  różnego 

stopnia powinowactwa jonu do fazy stacjonarnej. 

 

Rysunek 3. Schemat procesu wymiany jonowej w chromatografii jonowej. 

A: jony analitu, E: jony eluentu. 

 

O  właściwościach  kolumny  wypełnionej  wymieniaczem  jonowym 

decydują  takie  czynniki  jak  ;  rodzaj  jonitu,  stopień  jego  usieciowania,  rodzaj  i 

liczba grup funkcyjnych, jakość upakowania. Wyższą selektywność uzyskuje się 

dla kolumn wypełnionych  jonitami o  małym zróżnicowaniu wielkości cząstek  i 

równomiernym upakowaniu. 

 

4.  Supresor 

Użycie  silnych  elektrolitów  jako  eluentów  fazy  ruchomej  w  chromatografii 

jonowej  z  bezpośrednia  detekcją  konduktometryczną  wymaga  zastosowania 

dodatkowego  elementu  w  układzie,  jakim  jest  supresor,  w  celu  usunięcia 

przewodnictwa  eluentu.  Obecnie  najczęściej  stosowanymi  są  supresory 

Faza stacjonarna 

Faza ruchoma 

Wymiana kationowa 

Wymiana anionowa 

SO

3

-

 

SO

3

-

 

N

+

R

3

 

 

N

+

R

3

 

 

Przepły

w 

A

+

 

A

+

 

E

+

 

E

+

 

A

-

 

A

-

 

E

-

 

E

-

 

membranowe  zwane  również  autosupresorami,  w  których  do  wytwarzania 

jonów  wodorowych  i  wodorotlenowych  wykorzystano  procesy  elektrodowe. 

Napięcie  przyłożone  do  elektrod  wymusza  odpowiedni  ruch  jonów,  które  są 

wymieniane  między  eluentem,  a  roztworem  regenerującym  poprzez  membranę 

w  procesie  elektrolizy.  Tego  typu  supresory  mogą  być  regenerowane  w 

następujący sposób: 

  poprzez zawracanie eluentu (fazy ruchomej, która opuściła detektor) 

  z zewnętrznym zasilaniem wodnym (woda dejonizowana), 

  z  zewnętrznym  zasilaniem  roztworami  kwasów  lub  zasad  (supresja 

chemiczna). 

Rysunek 4. Supresor  - widok ogólny. 

 

 

Rysunek 5. Supresor schemat budowy. 

 

5.  Detektor 

Detektor  to  urządzenie,  które  określa  zmiany  w  składzie  eluentu  na 

podstawie  różnic  pomiędzy  właściwościami  fizykochemicznymi  eluentu  i 

analitu.  W  najczęściej  wykorzystywanym  detektorze  konduktometrycznym 

wykorzystuje  się  zdolność  roztworów  elektrolitów  umieszczonych  w  polu 

elektrycznym,  powstającym    pomiędzy  dwoma  elektrodami  przepływowego 

naczynka  konduktometrycznego,  do  przewodzenia  prądu  na  skutek  transportu 

jonów. 

 

Rysunek 6. Schemat ideowy przepływowego naczynka konduktometrycznego. 

 

 Detektor 

konduktometryczny 

jest 

najczęściej 

wykorzystywany 

w 

chromatografii  jonowej,  ze  względu  na  fakt  iż  w  zakresie  małych  stężeń 

przewodność  elektrolityczna  jest  liniową  funkcja  stężenia  elektrolitu.  Detektor 

ten  może  być  stosowany  do  oznaczania  wszystkich  substancji,  które  po 

rozdzieleniu  w  kolumnie  docierają  do  niego  w  postaci  jonów.  Zalicza  się  do 

nich  jony  mocnych  kwasów  oraz  zasad,  w  przypadku  jonów  słabych 

elektrolitów  trzeba  tak  dobrać  pH  eluentu,  aby  maksymalnie  zwiększyć  ich 

stopień dysocjacji. 

Ciekawymi  i  nowoczesnymi  detektorami  stosowanymi  od  niedawna  w 

chromatografii  jonowej  są  detektory,  które  wykorzystują  wzbudzenie  w 

sprzężonej  plazmie  indukowanej  i  spektrometrię  masową.  Połączenie 

chromatografii jonowej ze spektrometrem mas ze wzbudzeniem w indukowanej 

plaźmie  (ICP  -  MS)  to  obecnie  jedno  z  najbardziej    efektywnych  urządzeń  w 

analizie  chemicznej,  zwłaszcza  specjacyjnej.    Wprowadzenie  tych  detektorów 

pozwoliło  na  znaczne  zmniejszenie  wartości  liczbowej  parametru  granicy 

wykrywalności  (LOD),  co  jest  szczególnie  przydatne  w  analizie  śladowej  i 

ultraśladowej. Stale trwają badania nad możliwościami ich zastosowania, jednak 

ich wadą jest wysoka cena. 

 

Literatura: 

D. Pogocki, „Wstęp do chromatografii jonowej”, Warszawa, 1998; 

M.  Jackowska,  P.  Kosbucki,  B.  Buszewski,  „Chromatografia  jonowa  na 

przełomie wieków”, Analityka, 4, 2009; 

R. Michalski, „Chromatografia jonowa”, Warszawa, 2005;