APRENDE MAS HOY: QUE ES LA CROMATOGRAFIA IONICA? - COMO VER LOS ANIONES POR COLORES?

Examinar cosas que no se revelan directamente es siempre un desafío. Las razones de esto varían desde la simple curiosidad hasta la necesidad de sobrevivir. Hay muchas maneras diferentes de mirar detrás de las cortinas. La forma más sencilla es utilizar los sentidos humanos: escuchar, tocar, oler, saborear y ver. Antiguamente a los alquimistas les gustaba utilizar estos cinco sentidos. Por eso hoy en día los ácidos tienen un sabor ácido y el nombre bromo deriva de «bromos», que en griego significa fétido. A simple vista el cromo parece estar coloreado, ya que «croma» desde un punto de vista histórico­ lingüístico es lo mismo que color. Los alquimistas también expresaban sus sentimientos con insultos como «kobold» por el cobalto, cuya presencia causaba grandes dificultades a nuestros antepasados en la producción de hierro.
Muchas cosas no se pueden ver directamente. Están demasiado íntimamente mezclados con otros componentes o los sentidos humanos no son capaces de identificarlos. Éste es el momento en que entra en juego el análisis. A partir de una mezcla indefinida de componentes, es capaz de extraer información precisa que los sentidos humanos por sí solos no pueden obtener.
Aunque el organismo esté lleno de ellos, los sentidos humanos no pueden experimentarlos directamente: estamos hablando de iones, esos átomos o moléculas cargados que son parte integral de prácticamente toda la materia viva y muerta. Los iones son responsables de la transferencia de información a lo largo de los nervios, de garantizar que se realice la digestión, de que la presión arterial sea la correcta y de que haya suficiente oxígeno en la sangre. Los iones aportan sal al mar, controlan la sed y todos los
seres vivos, desde las bacterias hasta los seres humanos, utilizan sus componentes iónicos como alimento.
El conocimiento sobre el tipo y la cantidad de iones que se encuentran en el medio ambiente nos ayuda a comprender las relaciones bioquímicas y ecológicas. Si se conocen las concentraciones iónicas en un alimento, nos proporcionan información sobre si el alimento es seguro para comer o no.
Hay muchas maneras diferentes de determinar los iones cualitativamente (por su tipo) y cuantitativamente (por su cantidad). Cada dato es importante. Un método utilizado para obtener esta información es la cromatografía iónica. Cromatografía significa básicamente «escribir con color». En el análisis tradicional esto significa la separación de sustancias según su color y su determinación mediante observación
visual. Aunque no todos los iones se caracterizan por colores visibles, el término se ha mantenido, pero hoy en día se utilizan otros métodos de determinación.
La cromatografía iónica es un miembro de esta gran familia de métodos cromatográficos. Con él se pueden determinar, en pocas palabras, todos los iones que llevan una o dos cargas. En el pasado, la cromatografía iónica o «IC» solía ser un método muy caro, pero hoy en día tiene un precio mucho más favorable. Por eso se ha convertido en una herramienta analítica universal, poderosa y fácil de usar.
 
Esta «Cromatografía iónica práctica» mostrará que la CI no es sólo una forma analítica abstracta, sino que puede proporcionar respuestas rápidas a problemas cotidianos comunes como: ¿Es el agua potable adecuada para alimentar a los bebés? ¿Cuánto nitrato hay en las espinacas? ¿Por qué la lavadora aumenta de tamaño? ¿Las aguas residuales causan contaminación ambiental? Dado que un trabajo analítico práctico preciso es casi imposible sin una base teórica, esta monografía también contiene información detallada en una sección teórica separada.

La «Cromatografía iónica práctica» tiene como objetivo no solo brindarle un conocimiento de los principios básicos de la CI, sino también brindarle una descripción general de los principios cromatográficos generales. Y la cromatografía puede hacer mucho: satisface la curiosidad científica y garantiza una supervivencia saludable en un ambiente contaminado.                                                  

 HISTORIA

Los inicios de la cromatografía iónica (IC) o, más exactamente, de la cromatografía de intercambio iónico se remontan a mediados del siglo anterior. Entre 1935 y 1950 el conocimiento sobre los intercambiadores de iones y sus aplicaciones se amplió considerablemente gracias al «Proyecto Manhattan». En los años cincuenta y sesenta se elaboraron modelos teóricos para comprender el fenómeno del intercambio iónico y la cromatografía iónica, que se basa en éste. En los años setenta se utilizaron detectores continuos; esto permitió completar el salto de la cromatografía de baja presión a la de alta presión o de alto rendimiento.

 

El término «cromatografía iónica» fue acuñado en 1975 con la introducción de la detección por conductividad combinada con una reducción química de la conductividad por parte de Small, Stevens
y Baumann; Posteriormente se utilizó durante mucho tiempo como nombre comercial con fines de marketing.
Mientras tanto, el término abreviado cromatografía iónica se ha establecido como término superior para los métodos de cromatografía de intercambio iónico, exclusión iónica y cromatografía de pares iónicos incluidos en la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) [1]. Hoy en día, la IC domina la determinación de aniones, mientras que los métodos de espectrometría atómica, comúnmente utilizados para la determinación de cationes, apenas sirven para determinar los formadores de aniones electronegativos de los grupos principales quinto a séptimo del sistema periódico.
El campo de aplicación más importante hoy en día para la cromatografía de aniones es la investigación rutinaria de sistemas acuosos; esto es de vital importancia en el análisis del agua potable [2, 3, 4].

 

IC también se utiliza para el análisis de las especies de elementos en elementos o complejos aniónicos; esto es principalmente para resolver problemas ambientalmente relevantes. El tercer campo de aplicación importante de la cromatografía de aniones es el análisis de ultratrazas en productos químicos de proceso ultrapuros necesarios principalmente en la industria de los semiconductores.

Hoy en día, los intercambiadores de iones que se utilizan normalmente para HPLC consisten en partículas de polímero esféricas con un diámetro de aproximadamente 5 a 15 µm. Se utilizan varios métodos para unir los denominados grupos de anclaje a la superficie del polímero; estos se utilizan como espaciadores entre el polímero básico y los grupos funcionales reales. Normalmente se componen de iones de amonio cuaternario que están unidos químicamente a los grupos de anclaje. El número total de grupos funcionales se conoce como capacidad de intercambio; ésta es una característica básica de los intercambiadores de iones.

Los materiales de relleno comerciales para cromatografía aniónica son de baja capacidad con capacidades de intercambio de 50 a 100 µmol por columna de separación. La razón de esto es la aplicación predominante de la detección de conductividad, que es tanto más sensible cuanto menor es la conductividad inherente del sistema de elución. Los intercambiadores de aniones de baja capacidad permiten utilizar soluciones acuosas muy diluidas de NaOH o tampones de carbonato, cuya conductividad inherente puede incluso reducirse adicionalmente mediante supresión química [2, 4].

En la cromatografía de aniones se utilizan principalmente grupos funcionales del tipo I (trimetilamonio, TMA) y del tipo II (dimetiletanolamonio, DMEA). Como la interacción real entre la fase estacionaria y los aniones del analito tiene lugar en el grupo funcional, su estructura tiene una influencia decisiva en el comportamiento selectivo de los materiales de embalaje.

Según los conocimientos actuales, es de especial importancia la polaridad de los grupos funcionales, que puede controlarse mediante el número de residuos de hidroxietilo (–CH2 CH2 OH) en el nitrógeno cuaternario [2, 4].

 El término cromatografía iónica incluye todas las separaciones de especies iónicas dentro de HPLC con detección en línea y, por lo tanto, es en gran medida independiente de las limitaciones aparentes [5]. La CI se ha convertido en el método preferido, sobre todo en el análisis de aniones, gracias a la amplia gama de columnas de separación, sistemas de elución y detectores disponibles actualmente. La razón de esto es que existen sólo unos pocos procesos de separación para los aniones; estos difícilmente son adecuados para un uso práctico.

Los métodos gravimétricos y volumétricos están limitados por su sensibilidad y selectividad. Incluso el meteórico desarrollo de la cromatografía de gases a partir de 1965 no supuso grandes ventajas para los aniones, ya que primero era necesario derivatizar los iones no volátiles y la sensibilidad no cumplía con los requisitos que hoy se exigen al análisis de trazas [6]. 

Para el análisis de cationes existen potentes alternativas de espectrometría atómica a la IC, por ejemplo ICP­AES/MS, de modo que el valor de la cromatografía catiónica es considerablemente menor en comparación con la cromatografía aniónica.

Sin embargo, la cromatografía catiónica ha adquirido cierta importancia en el análisis de metales alcalinos y alcalinotérreos y en la determinación de nitrógeno amónico (análisis de agua potable). En la especiación de compuestos iónicos el CI en combinación con detectores específicos de elementos es indispensable. En los trabajos de Haddad