A escolha do eluente correto em cromatografia é crucial — especialmente para cromatografia de troca iônica (também conhecida como cromatografia iônica ou IC) — assim como a escolha da coluna correta. Ambos devem trabalhar em harmonia para atingir o desempenho ideal de separação. Em cromatografia, frequentemente nos referimos ao «triângulo de dependência» – a relação interdependente entre analitos, a fase estacionária e o eluente. Esta postagem do blog se concentra na parte eluente deste triângulo, discutindo o papel dos eluentes (fases móveis) na CI, quais tipos de eluentes são usados e o que considerar ao escolher e preparar um eluente para sua aplicação específica.
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Figura 1 ilustra como esse conceito se aplica especificamente à cromatografia iônica. Cada um dos três componentes — analitos, fase estacionária, e eluente—desempenha um papel crucial e interconectado no processo de separação. Alterar um componente influencia os outros. Se o equilíbrio entre eles for interrompido, isso pode afetar negativamente a resolução de pico, a retenção do analito e o desempenho geral do método.
Entender esse triângulo é essencial para desenvolver métodos eficazes de cromatografia iônica. Ele fornece uma estrutura simples para solução de problemas e otimização da estratégia de separação para desafios analíticos específicos. Conhecer as propriedades do eluente que podem afetar a separação do analito é crucial. Isso permite que você use essas propriedades a seu favor e obtenha o melhor desempenho possível em sua análise de CI.
Na cromatografia, o eluente (fase móvel) é a solução líquida que transporta os analitos através da coluna de separação (fase estacionária) (Figura 2). Antes de entrar na bomba de alta pressão, o eluente é desgaseificado usando um desgaseificador de eluente. Em seguida, ele flui através de um injetor (injetor 6/2 mostrado) antes de ser bombeado através da coluna. Os analitos são detectados após passarem pela coluna.
A supressão na cromatografia iônica é usada para eliminar influências de condutividade do eluente. Ele reduz o ruído de fundo ao mínimo, permitindo uma maior relação sinal-ruído para os picos resultantes. Esta etapa de supressão ocorre entre a coluna e o detector.
O eluente desempenha um papel crucial na separação dos analitos com base em suas interações com a coluna. Na cromatografia iônica, o eluente geralmente é baseado em ácidos, bases ou sais. A composição específica depende da carga do íon a ser separado. Para análise de ânions, o eluente geralmente é baseado em misturas de carbonato de sódio/bicarbonato de sódio, hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio. Os eluentes para análise de cátions geralmente são baseados em baixas concentrações de ácido nítrico, ácido sulfúrico ou ácido metanossulfônico.
Como em todas as separações por cromatografia líquida, a fase móvel do CI é o parâmetro mais fácil de alterar para influenciar a separação do analito. Em contraste, a coluna e o sistema de detecção são, na maioria dos casos, predefinidos.
A escolha de um eluente adequado pode ser feita usando uma ampla gama de critérios. Os seguintes parâmetros devem ser considerados, entre outros [1–8]:
O eluente não deve interferir no método de detecção, por exemplo, alta condutividade basal, alta absorbância UV no mesmo comprimento de onda do analito ou reação com os analitos de interesse. Isso garante a melhor estabilidade de linha de base possível, reprodutibilidade dos tempos de retenção e sensibilidade [4].
Os produtos químicos utilizados no eluente não devem criar reações indesejadas com a fase estacionária e devem ser quimicamente estáveis para evitar interferência ou degradação durante a análise [5]. Portanto, é necessário conhecer as propriedades da fase estacionária. Os fabricantes geralmente descrevem as condições padrão, bem como as limitações da fase estacionária — por exemplo, a faixa de pH adequada ou a adição de modificadores orgânicos.
Leia nossa postagem de blog relacionada para saber mais sobre como escolher uma coluna de CI e otimizar a separação de analitos.
Boas práticas para colunas de separação em cromatografia iônica (CI) – Parte 2
A composição do eluente influencia diretamente na separação dos íons alvo, pois afeta seus tempos de retenção. Os fatores mais importantes a serem considerados são mencionados abaixo.
Alterações no pH do eluente levam a mudanças no equilíbrio de dissociação do analito, alterando assim o tempo de retenção do analito (Figura 5).
O pH deve ser mantido dentro de uma faixa que impeça a degradação ou alteração da fase estacionária, especialmente para colunas à base de sílica, que são sensíveis a condições extremas de pH [7,9].
Além disso, métodos de detecção como condutividade e absorção UV são sensíveis a mudanças de pH. Um pH fixo minimiza o ruído de base e melhora a sensibilidade de detecção [8].
Nossa recomendação para separação de íons é isolar inicialmente os íons monovalentes, seguidos pelos íons multivalentes. A introdução de íons multivalentes em meio a íons monovalentes, aumentando a concentração do eluente ou modificando o pH do eluente, apresenta riscos significativos. Essas separações (e, portanto, a resolução de pico) são particularmente suscetíveis ao envelhecimento da coluna e às variações de lote para lote.
A adição de um solvente orgânico (por exemplo, metanol, acetona ou acetonitrila) a eluentes aquosos geralmente tem pouca influência no tempo de retenção de íons não polarizáveis (por exemplo, flúor, cloreto, sódio, cálcio, etc.). Íons polarizáveis e menos hidrofílicos (por exemplo, iodeto, tiocianato, cátions orgânicos de amônio, etc.) normalmente eluem mais cedo com o uso de um modificador orgânico.
Além disso, modificadores orgânicos são frequentemente usados para aumentar a ionização dentro da fonte de ionização por eletrospray quando um cromatógrafo de íons é acoplado a um espectrômetro de massa.
Agentes complexantes são usados para obter melhor separação de íons de metais alcalinos. A adição de 18-coroa-6-éter (1,4,7,10,13,16-hexaoxaciclooctadecano) ao eluente leva a uma melhor separação entre Na+, Nova Hampshire4+, e K+. Esta modificação é útil, por exemplo, para melhorar a determinação de traços de NH4 + conteúdo em amostras de água natural com alto teor de K+ carregar.
Figura 9 mostra como o tempo de retenção de K+ aumenta significativamente após a adição de 18-coroa-6-éter ao eluente (Tabela 1). Isso pode ser explicado pela formação do K+-18-coroa-6-éter-complexo como mostrado em Figura 10, que é consideravelmente maior. O tempo de retenção do potássio aumenta devido ao impedimento estérico e, com isso, a distância do NH4+. Não haverá inferência com amônio mesmo em altas concentrações de potássio.
| Pico | Componente | RT [minutos] | RT [min] (18-coroa-6) |
|---|---|---|---|
| 1 | Lítio | 4,31 | 4,25 |
| 2 | Sódio | 5,60 | 5,61 |
| 3 | Amônio | 6,28 | 6,42 |
| 4 | Potássio | 8,46 | 10,39 |
| 5 | Cálcio | 17,47 | 17,00 |
| 6 | Magnésio | 20,78 | 20,00 |
Os ácidos dicarboxílicos formam complexos com muitos cátions divalentes. Normalmente, esses complexos têm carga reduzida. Como resultado, quando ácidos dicarboxílicos são adicionados ao eluente, os cátions multivalentes são retidos com menos força e eluem mais cedo. A extensão dessa aceleração é influenciada pela constante de complexação do complexo catiônico específico.
Figura 11 mostra esse efeito no magnésio, cálcio e zinco ao usar ácido dipicolínico (também conhecido como ácido piridina-2,6-dicarboxílico, PDC ou DPA) como um modificador de eluente. Comparado ao cálcio ou ao magnésio, o metal de transição zinco forma um complexo muito mais forte com o ácido dipicolínico. Como resultado, ele é fortemente influenciado até mesmo por baixas concentrações desse agente complexante. O zinco já elui antes do lítio no cromatograma b), e está totalmente complexado e elui com o pico de injeção em c). O cálcio é fracamente complexado com o ácido dipicolínico, mas seu complexo é mais forte do que com o magnésio. A resolução do magnésio e do cálcio é reduzida no cromatograma b), enquanto no c) o cálcio já elui antes do magnésio. Este modificador é aplicado para reduzir o tempo de execução de determinações que analisam cálcio e magnésio, além de cátions de metais alcalinos.
| Pico | Componente | RT [min] (a) | RT [min] (b) | RT [min] (c) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Sódio | 6,79 | 6,50 | 5,39 |
| 2 | Potássio | 10,42 | 9,93 | 8,08 |
| 3 | Magnésio | 33,05 | 29,90 | 19,05 |
| 4 | Zinco | 38,24 | 3,38 | – |
| 5 | Cálcio | 44,48 | 35,87 | 16,08 |
Depois de encontrar o eluente específico que atende às suas necessidades de separação, você pode considerar a automação. Existem várias maneiras de automatizar a preparação do eluente. Uma delas é preparar um estoque de eluente (concentrado) a partir do qual você pode diluir facilmente a concentração exata do eluente automaticamente. Os concentrados estão disponíveis em Merck para todos os eluentes padrão das colunas Metrohm. Esses concentrados de eluentes podem ser diluídos automaticamente com, por exemplo, um Módulo de Produção de Eluentes 941.
Além disso, para eluentes de hidróxido, como NaOH, KOH ou LiOH, o Módulo IC Contínuo 948, CEP, é a escolha ideal. Este módulo pode preparar continuamente eluentes de hidróxido eletroliticamente usando um concentrado de hidróxido.
Os eluentes são uma parte fundamental do triângulo de dependência na cromatografia iônica. As etapas corretas de preparação, os reagentes químicos utilizados e muitas outras variáveis são essenciais a serem consideradas antes de preparar um eluente. A escolha e a preparação adequadas do eluente são cruciais para uma medição de cromatografia iônica confiável e robusta.
Para ampliar seu conhecimento sobre cromatografia iônica, baixe nossas monografias abaixo e comece a trabalhar com seu instrumento IC.
[1] Kromidas, S. O especialista em HPLC; Wiley-VCH: Weinheim, 2016.
[2] Haddad, P. R.; Jackson, P. E. Cromatografia iônica; Revista de cromatografia; Elsevier: Amsterdã, 1990.
[3] Schäfer, H.; Läubli, M. Monografia: Cromatografia Iônica; Metrohm AG: Herisau, Suíça, 2023. https://www.metrohm.com/en/products/8/1085/81085077.html
[4] Liu, Y.; Kaiser, E.; Avdalovic, N. Determinação de ânions em nível de traços em amostras de água de alta pureza por cromatografia iônica com um sistema automatizado de geração de eluentes on-line. Revista Microquímica 1999, 62 (1), 164–173. DOI:10.1006/mchj.1999.1699
[5]Zou, J.; Motomizu, S.; Fukutomi, H. Cromatografia de interação iônica em fase reversa de ânions inorgânicos com íons tetraalquilamônio e ânions orgânicos divalentes usando detecção fotométrica indireta. Analista 1991, 116 (12), 1399–1405. DOI:10.1039/AN9911601399
[6] Wahab, M. F.; Anderson, J. K.; Abdelrady, M.; e outros. UM. Efeitos de distorção de pico em cromatografia iônica analítica. Anal. Química. 2014, 86 (1), 559–566. DOI:10.1021/ac402624a
[7] Martin, D. Cromatografia em coluna; IntechOpen, 2013.
[8] Motomizu, S.; Oshima, M.; Hironaka, T. Determinação cromatográfica de troca iônica de ânions por detecção fotométrica indireta: comparação de íons eluentes com relação ao aumento da sensibilidade. Analista 1991, 116 (7), 695–700. DOI:10.1039/AN9911600695
[9] Acikara, Ö. B. Cromatografia de troca iônica e suas aplicações. Do Volume Editado Cromatografia em coluna, editada por Dean F. Martin e Barbara B. Martin, InterOpen 2013. DOI:10.5772/55744
[10] Metrohm AG. Manual de Coluna A Supp 19 (6.01034.4x0); 8.107.8013EN / 2023-03-08; Metrohm AG: Herisau, Suíça, 2023.
[11] Kolb, M.; Seuberto, A.; Schäfer, H.; Laubli, M. (Editor). Monografia: Cromatografia Iônica Prática, 3ª ed.; Metrohm AG: Herisau, Suíça, 2020. https://www.metrohm.com/en/products/8/1085/81085069.html
Monografia: Cromatografia iônica prática – uma introdução
Monografia: Técnicas avançadas de detecção em cromatografia iônica
Manual da coluna: Metrosep A Supp 19
A segunda edição totalmente revisada e atualizada da monografia «Cromatografia iônica» fornece uma exploração aprofundada da teoria e das aplicações práticas da cromatografia iônica. Além disso, estão incluídas discussões detalhadas sobre a teoria, métodos de detecção e tipos de colunas de separação.
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