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Intercambio ionico

 

En esta ocasión la fase estacionaria es una sustancia cambiadora de iones que, además, debe ser insoluble. Se forma de grupos funcionales potencialmente ionizables o ionizados, con su carga neutralizada por un contraión. La fase estacionaria se compone de varias partes:

La matriz. Se trata de la red o compuesto que mantiene ligado los iones. Se encuentra cargada, bien de forma positiva o negativa, dependiendo de nuestro objetivo. Debido a esa carga se encuentra recubierta de iones, en el caso de la figura de iones A+. Se introduce la matriz en un medio con partículas de la misma naturaleza y, por tanto, mismo signo que aquellos que rodeaban la matriz (a estas partículas de igual signo las llamaremos contraiones B+). En ese momento se produce el proceso denominado cambio iónico, consistente en el intercambio entre iones A+ y B+, que pasan a residir en la matriz, mientras que los primeros pasan a disolución. Se trata de un proceso reversible que tiende a formar equilibrio, de modo que el nº de iones que salen de la matriz es igual al nº de contraiones que entra, o expresado de otra manera uno entras a expensas de que salga otro. Hay varios tipos de matrices. Las de tipo inorgánico suelen ser tierras siliceas. Mientras que las de tipo orgánico pueden ser polímeros o de síntesis, estas últimas las más utilizadas.
Naturaleza de las resinas. Formación de un intercambiador, a los intercambiadores se les denomina resinas, y por regla general se forman por polimerización, de forma muy similar a lo que ocurría con la acrilamida. El compuesto base es el vinilbenceno, el cual es a capaz de formar polímeros lineales, de modo, que si añadimos para-divinilbenceno, obtenemos el agente ramificante. Pero eso no es todo, ya que si nos damos cuenta ese polímero no tiene carga, con lo que no puede intercambiar iones. Para cargar entonces la resina, procedemos a añadir a la reacción moléculas de vinilbenceno que presentan en posición para un grupo HSO3, lo que implica que queda fijo covalentemente el anión mientras que el catión (H+) queda sólo atraído por carga a la resina. Hay que recordar que los iones a intercambiar pueden ser catiónicos, aniónicos; fuertes o débiles.

Características de las resinas
Las resinas deben cumplir una serie de requisitos para que presenten una eficacia óptima. Estos son:
Reticulación: Una escasa reticulación de la resina provocaría una gran hinchamiento al entrar en contacto con el medio intercambiador y, por tanto, una resistencia muy escasa. Mientras que si es una resina muy reticulada disminuye el posible hinchamiento y aumenta su resistencia.
Porosidad: Buscando una mayor superficie de intercambio.
Tamaño de la partícula: Implicado directamente en la velocidad de flujo, reflejo del aumento de superficie
4. Capacidad: En la capacidad hay que distinguir dos tipos.
Total: que se entiende como el nº total de grupos ionizables que presenta la resina por unidad de peso.
Disponible: que se entiende como el nº de grupos ionizados o potencialmente ionizables capaces de intercambiarse. De este modo se entiende que puedan existir grupos ionizados que por diversas cuestiones no puedan intercambiarse. Este puede ser el caso de aquellas proteínas que debido a su tamaño no pueden entrar en los poros de una partícula, no pudiéndose intercambiar con los iones del interior, haciendo éstos inútiles.

Formas de realizar cromatografías de cambio ionico

BATCH. Las cromatografías de este tipos se pueden realizar en simples vasos de precipitados. En este recipiente se añade la resina, dejándola sedimentar, y recordando siempre que no debe secarse. Una vez preparada se añade la muestra, se agita para que la misma penetre bien en la resina y a continuación se vuelve a dejar sedimentar. En el sobrenadante tendremos el producto libre de iones. Es útil si queremos eliminar los iones o moléculas cargadas de una muestra, pero presenta el problema de que pueda quedar retenido algo en la resina, lo que haría disminuir la eficacia, algo que puede solucionarse con una segunda agitación y recolección, en definitiva algo parecido al lavado que se efectuaba en la centrifugación. Como ventaja presenta la posibilidad de añadir como resina no sólo intercambiadores catiónicos o aniónicos sino lo que se denomina un lecho mixto, o lo que es lo mismo una resina intercambiadora de cationes y aniones a la vez, y por esto se pueden eliminar todas las cargas de una muestra.
COLUMNAS. Sin duda alguna el más utilizado de los dos, el método en columna permite un gran análisis. El análisis frontal es resultado de la posibilidad de visualizar los que está ocurriendo en cada momento de la cromatografía. Al análisis por desarrollo está permitido por la cantidad de información que se puede obtener de una cromatografía en columna, como es la posible retención de especies cargadas (iones), el tiempo de elución o el pH al que ha eluído la muestra y el desplazamiento de iones que se produce en la resina durante el proceso.
Análisis frontal. Si tuviéramos una resina intercambiadora de cationes, y añadiéramos dos sales de cloro (cloruro de sodio y cloruro de potasio), los iones sodio y potasio se intercambiarían con los hidrógenos de la resina quedando, por tanto, retenidos, mientras que el ion cloruro haría el equivalente a haber añadido ácido clorhídrico. Haciendo un análisis de lo que eluye veríamos algo como lo representado en la gráfica, una rápida salida de ácido clorhídrico y la elución después de uno de los cationes, de forma uniforme, sin embargo, esto no es así, ya que la resina suele tener preferencia por uno de los dos cationes, dependiendo de la . Esto implica que durante un tiempo determinado sólo eluirá uno de los dos cationes (mostrado en la gráfica), y al acabarse este eluirá aquel que presentaba mayor afinidad por la resina.
Análisis por desarrollo. Veremos que eran la elución y el desplazamiento. El primero de estos dos términos, la elución, consiste en en la no retención de un ion de la misma naturaleza que los retenidos, debido a que la resina prefiere los iones ya renenidos, como se observa en la figura. El segundo de los términos, el desplazamiento, resulta de la mayor preferencia de la resina por el nuevo ion que por quellos que tenía retenidos, saliendo éstos de los lugares de unión y eluyendo por la columna, como podemos ver en la figura.

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