Intercambio iónico

INTERCAMBIO IÓNICO

El intercambio iónico es una operación de separación basada en la transferencia de

materia fluido-sólido. Implica la transferencia de uno o más iones de la fase fluida al sólido

por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por

fuerzas electrostáticas a grupos funcionales superficiales. La eficacia del proceso depende

del equilibrio sólido-fluido y de la velocidad de transferencia de materia. Los sólidos suelen

ser de tipo polimérico, siendo los más habituales los basados en resinas sintéticas.

Una resina de intercambio iónico puede considerarse como una estructura de

cadenas hidrocarbonadas a las que se encuentran unidos de forma rígida grupos iónicos

libres. Estas cadenas se encuentran unidas transversalmente formando una matriz

tridimensional que proporciona rigidez a la resina y donde el grado de reticulación o

entrecruzamiento determina la estructura porosa interna de la misma. Como los iones deben

difundirse en el interior de la resina para que ocurra el intercambio, la selección del grado

de reticulación puede limitar la movilidad de los iones participantes.

Las cargas de los grupos iónicos inmóviles se equilibran con las de otros iones, de

signo opuesto, denominados contraiones, que están libres y que son los que se

intercambian realmente con los del electrolito disuelto. Cuando dichos iones son cationes,

los cambiadores iónicos se denominan catiónicos y cuando son aniones se denominan

aniónicos. El intercambio iónico puede explicarse como una reacción reversible implicando

cantidades químicamente equivalentes. Un ejemplo común del intercambio catiónico es la

reacción para el ablandamiento del agua:

Ca++ + 2NaR ↔ CaR + 2Na+

donde R representa un lugar estacionario aniónico univalente en la malla del polielectrolito

de la fase intercambiador.

2.1. INTERCAMBIO IÓNICO EN LECHO FIJO

La operación de intercambio iónico se realiza habitualmente en semicontinuo, en un

lecho fijo de resina a través del cual fluye una disolución. El régimen de funcionamiento no

es estacionario por variar continuamente la concentración de los iones en cada punto del

sistema. Las instalaciones constan generalmente de dos lechos idénticos, de forma que si

por uno de ellos circula la disolución que contiene los iones que se desea intercambiar, el

otro se está regenerando.

Al inicio de la operación de un lecho, la mayor parte de la transferencia de materia

tiene lugar cerca de la entrada del lecho donde el fluido se pone en contacto con

intercambiador fresco. A medida que transcurre el tiempo, el sólido próximo a la entrada se

encuentra prácticamente saturado y la mayor parte de la transferencia de materia tiene lugar

lejos de la entrada. Debido a la resistencia que opone el sistema a la transferencia de iones

desde el seno del líquido a los centros de intercambio, se establece un gradiente de

concentración en el lecho (Figura 1). La región donde ocurre la mayor parte del cambio de

concentración es la llamada zona de transferencia de materia, esta zona separa la zona

virgen de la resina y la de saturación y sus límites frecuentemente se toman como c/co =

0,95 a 0,05.

A medida que progresa el intercambio iónico la zona de transferencia de materia se

traslada en el lecho hasta alcanzar su extremo inferior (figura 2), instante a partir del cual la

disolución de salida contendrá cantidades crecientes de los iones que se desea intercambiar.

El tiempo transcurrido desde el comienzo de la operación en el lecho hasta que los iones de

la disolución aparecen en la corriente de salida o más concretamente, cuando se alcanza la

máxima concentración permisible en el efluente, se denomina Tiempo de ruptura (tR). En

este momento, la corriente se desviaría a un segundo lecho, iniciando el proceso de

regeneración del primero. La curva que representa la evolución de la concentración del

efluente que abandona el lecho recibe el nombre de Curva de ruptura. (Fig. 3)

El conocimiento de la curva de ruptura, es fundamental para el diseño de un lecho

fijo de intercambio iónico, y en general debe determinarse experimentalmente, dada la

dificultad que entraña su predicción.

EXCLUSIÓN

La cromatografía de exclusión molecular (a menudo también llamada

filtración en gel o de tamiz molecular) es una de las técnicas más sencillas

de las empleadas en la separación de proteínas y ácidos nucleicos. Este tipo

de cromatografía se realiza en columnas cilíndricas rellenas con algunos de

los geles que se fabrican con este fín y que pueden ser de varios tipos:

dextranos con enlaces cruzados (sephadex), agarosa (sepharose, Bio-gel A),

poliacrilamida (Bio-gel B), etc. Todos estos geles (fase estacionaria) se

hallan constituidos por gránulos (particulas) de un material esponjoso

hidratado, que contiene poros con un tamaño de diámetro determinado.

Cuando se hace pasar una mezcla de moléculas de distinto tamaño, a

través de una columna de filtración en gel; aquellas moléculas con un

tamaño mayor que el diámetro de los poros de las particulas, sólo podran

moverse en su camino, a través de la fase estacionaria, en el espacio que

queda entre las partículas; y por lo tanto, no se verán retrasadas en su

descenso. En cambio aquellas moléculas capaces de penetrar en las

partículas se verán retrasadas por la fase estacionaria; en mayor medida,

cuanto menor sea su tamaño. Por lo tanto, las moléculas eluyen en este tipo

de cromatografía por orden decreciente de tamaño molecular.

APLICACIONES

A)Cambios de buffers. Después de cromatografías de intercambio iónico,

afinidad o de interacción hidrofóbica.

B) Desalado. Proteínas, polisacáridos, polipéptidos etc. Pueden ser

desalados antes de ser concentrados o liofilizados.

C) Eliminación de fenol de las preparaciones de ácidos nucléicos.

D) Eliminación de compuestos de bajo peso molecular marcados. I125

,

FITC de las soluciones de marcaje de proteínas.

E) Para reacciones entre macromoléculas y reactivos de bajo peso

molecular.

F) Eliminación de productos, cofactores, inhibidores,

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