โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออน

ระบบโครมาโทกราฟีไอออนสมัยใหม่
คำย่อ	ไอซี, อีไอซี
การจำแนกประเภท	โครมาโทกราฟี
เทคนิคอื่นๆ
ที่เกี่ยวข้อง	โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง โครมาโทกราฟีเฟสปกติในสารละลายน้ำ โครมาโทกราฟีแบบแยกตามขนาด โครมาโทกราฟีของเหลวไมเซลล์

ไอออนโครมาโทกราฟี (หรือไอออนเอ็กซ์เชนจ์โครมาโทกราฟี ; ย่อว่า IC หรือ IEC) เป็นรูปแบบหนึ่งของโครมาโทกราฟีที่แยกไอออนและโมเลกุลขั้ว ที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ โดยอาศัยความสัมพันธ์กับตัวแลกเปลี่ยนไอออน^{[ 1 ]} วิธีนี้ใช้ได้กับ โมเลกุลที่มีประจุเกือบทุกชนิด รวมถึง แอนไอออนอ นินทรีย์ ขนาดเล็ก^{[ 2 ]}โปรตีนขนาดใหญ่^{[ 3 ]} นิวคลีโอ ไทด์ขนาดเล็ก[ ^{4 ]}และกรดอะมิโน อย่างไรก็ตาม ไอออนโครมาโทกราฟีจะต้อง ทำในสภาวะที่มี^ค่า pHห่างจากจุดไอโซอิเล็กทริกของโปรตีน 1 หน่วย ^{[ 5 ]}

โครมาโทกราฟีไอออนมีสองประเภท ได้แก่ โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนแอนไอออนและโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนแคตไอออน โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนแคตไอออนใช้เมื่อโมเลกุลที่สนใจมีประจุบวก โมเลกุลมีประจุบวกเนื่องจากค่า pH สำหรับโครมาโทกราฟีต่ำกว่า pI (หรือที่เรียกว่า pH(I)) ^{[ 6 ]}ในโครมาโทกราฟีประเภทนี้ เฟสคงที่จะมีประจุลบ และโมเลกุลที่มีประจุบวกจะถูกโหลดเพื่อดึงดูดเข้าหาเฟสคงที่ โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนแอนไอออนคือเมื่อเฟสคงที่มีประจุบวก และโมเลกุลที่มีประจุลบ (หมายความว่าค่า pH สำหรับโครมาโทกราฟีมากกว่า pI) จะถูกโหลดเพื่อดึงดูดเข้าหาเฟสคงที่^{[ 7 ]}มักใช้ในการทำให้บริสุทธิ์ของโปรตีนการวิเคราะห์น้ำ^{[ 8 ] [ 9 ]}และการควบคุมคุณภาพ โมเลกุลที่ละลายน้ำได้และมีประจุ เช่น โปรตีน กรดอะมิโน และเปปไทด์จะจับกับส่วนประกอบที่มีประจุตรงข้ามโดยการสร้างพันธะไอออนิกกับเฟสคงที่ที่ไม่ละลายน้ำ^{[ 10 ]}เฟสคงที่ที่สมดุลประกอบด้วยกลุ่มฟังก์ชัน ที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ ซึ่งโมเลกุลเป้าหมายของสารผสมที่จะแยกและหาปริมาณสามารถจับตัวได้ในขณะที่ผ่านคอลัมน์—เฟสคงที่แบบแคตไอออนิกใช้ในการแยกแอนไอออน และเฟสคงที่แบบแอนไอออนิกใช้ในการแยกแคตไอออน โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนแคตไอออนใช้เมื่อโมเลกุลที่ต้องการแยกเป็นแคตไอออน และโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนแอนไอออนใช้ในการแยกแอนไอออน^{[ 11 ]}จากนั้นโมเลกุลที่จับตัวอยู่สามารถถูกชะล้างและเก็บรวบรวมได้โดยใช้ตัวชะล้างที่มีทั้งแอนไอออนและแคตไอออน โดยการใช้ความเข้มข้นของไอออนที่สูงขึ้นผ่านคอลัมน์ หรือโดยการเปลี่ยนค่า pH ของคอลัมน์

ข้อดีหลักประการหนึ่งของการใช้ไอออนโครมาโทกราฟีคือ มีเพียงปฏิกิริยาเดียวที่เกี่ยวข้องกับการแยก ซึ่งแตกต่างจากเทคนิคการแยกอื่นๆ ดังนั้นไอออนโครมาโทกราฟีจึงอาจมีความทนทานต่อเมทริกซ์สูงกว่า ข้อดีอีกประการหนึ่งของการแลกเปลี่ยนไอออนคือ รูปแบบการชะล้างสามารถคาดการณ์ได้ (ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของกลุ่มที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้) ^{[ 12 ]}ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้ไอออนโครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนแคตไอออน แคตไอออนบางชนิดจะชะล้างออกมาก่อน และบางชนิดจะชะล้างออกมาทีหลัง สมดุลประจุในบริเวณนั้นจะคงอยู่เสมอ อย่างไรก็ตาม การใช้ไอออนโครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนก็มีข้อเสียเช่นกัน เช่น การพัฒนาเทคนิคอย่างต่อเนื่องซึ่งนำไปสู่ความไม่สอดคล้องกันระหว่างคอลัมน์ต่างๆ^{[ 13 ]}ข้อจำกัดที่สำคัญของเทคนิคการทำให้บริสุทธิ์นี้คือ จำกัดเฉพาะกลุ่มที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้^{[ 6 ]}

ตั้งแต่ปี 1947 Spedding และ Powell ได้ใช้โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนแบบแทนที่เพื่อแยกธาตุหายากนอกจากนี้ พวกเขายังแสดงให้เห็นถึงการแยกไอโซโทป 14N และ 15N ในแอมโมเนีย โดยการแลกเปลี่ยนไอออน ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 Kraus และ Nelson ได้สาธิตการใช้วิธีการวิเคราะห์หลายวิธีสำหรับไอออนโลหะโดยอาศัยการแยกสารประกอบคลอไรด์ ฟลูออไรด์ ไนเตรต หรือซัลเฟตของไอออนเหล่านั้นโดยโครมาโทกราฟีแอนไอออน การตรวจจับแบบอัตโนมัติในสายการผลิตได้รับการนำมาใช้เรื่อยมาตั้งแต่ปี 1960 ถึง 1980 เช่นเดียวกับวิธีการโครมาโทกราฟีแบบใหม่สำหรับการแยกไอออนโลหะ วิธีการที่ก้าวล้ำโดย Small, Stevens และ Bauman ที่บริษัท Dow Chemical ได้นำไปสู่การสร้างโครมาโทกราฟีไอออนสมัยใหม่ ปัจจุบันสามารถแยกแอนไอออนและแคตไอออนได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยระบบการตรวจจับการนำไฟฟ้า แบบยับยั้ง ในปี พ.ศ. 2522 Gjerde และคณะได้นำเสนอวิธีการโครมาโทกราฟีแอนไอออนโดยใช้การตรวจจับการนำไฟฟ้าแบบไม่ยับยั้ง ต่อมาในปี พ.ศ. 2523 ก็มีการนำเสนอวิธีการที่คล้ายกันสำหรับโครมาโทกราฟีแคตไอออน^{[ 14 ]}

ผลที่ตามมาคือ ช่วงเวลาของการแข่งขันที่รุนแรงได้เริ่มต้นขึ้นในตลาด IC โดยมีผู้สนับสนุนทั้งการตรวจจับการนำไฟฟ้าแบบระงับและแบบไม่ระงับ การแข่งขันนี้นำไปสู่การเติบโตอย่างรวดเร็วของรูปแบบใหม่และการพัฒนาอย่างรวดเร็วของ IC ^{[ 15 ]}ความท้าทายที่ต้องเอาชนะในการพัฒนา IC ในอนาคตคือการเตรียมคอลัมน์แลกเปลี่ยนไอออนแบบโมโนลิธิกที่มีประสิทธิภาพสูง และการเอาชนะความท้าทายนี้จะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนา IC ^{[ 16 ]}

การบูมของโครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนเริ่มต้นขึ้นเป็นหลักระหว่างปี 1935 ถึง 1950 ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองและการประยุกต์ใช้และ IC ได้ขยายออกไปอย่างมีนัยสำคัญผ่านโครงการแมนฮัตตันโครมาโทกราฟีแบบไอออนได้รับการแนะนำครั้งแรกโดยนักวิจัยชาวอังกฤษสองคน คือ เซอร์ ทอมป์สัน นักเกษตร และ เจ.ที. เวย์ นักเคมี งานของทอมป์สันและเวย์เกี่ยวข้องกับการทำงานของเกลือปุ๋ยที่ละลายน้ำได้ เช่นแอมโมเนียมซัลเฟตและโพแทสเซียมคลอไรด์เกลือเหล่านี้ไม่สามารถสกัดออกจากพื้นดินได้ง่ายเนื่องจากฝน พวกเขาใช้วิธีไอออนในการบำบัดดินเหนียว ด้วยเกลือ ส่งผลให้มีการสกัดแอมโมเนียออกมาพร้อมกับ การปลดปล่อยแคลเซียม^{[ 17 ]}ในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 ได้มีการพัฒนารูปแบบทางทฤษฎีสำหรับ IC เพื่อความเข้าใจที่ดียิ่งขึ้น และในทศวรรษ 1970 ได้มีการใช้เครื่องตรวจจับแบบต่อเนื่อง ซึ่งปูทางไปสู่การพัฒนาจากโครมาโทกราฟีความดันต่ำไปสู่โครมาโทกราฟีประสิทธิภาพสูง ในปี พ.ศ. 2518 ได้มีการกำหนดชื่อ "ไอออนโครมาโทกราฟี" ขึ้นเพื่อใช้อ้างอิงถึงเทคนิคดังกล่าว และต่อมาได้ถูกนำมาใช้เป็นชื่อทางการตลาด ปัจจุบัน IC มีความสำคัญต่อการตรวจสอบระบบน้ำ เช่น น้ำดื่ม เป็นวิธีการที่นิยมใช้ในการวิเคราะห์ธาตุหรือสารประกอบแอนไอออนิก ซึ่งช่วยแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังมีการใช้งานอย่างมากในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ด้วย ^{[ 18 ]}

เนื่องจากมีคอลัมน์แยก ระบบ ชะล้างและเครื่องตรวจจับจำนวนมาก โครมาโทกราฟีจึงพัฒนาเป็นวิธีการหลักสำหรับการวิเคราะห์ไอออน^{[ 19 ]}

เมื่อเทคนิคนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรก มันถูกใช้เพื่อการบำบัดน้ำเป็นหลัก ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2478 โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนได้กลายเป็นหนึ่งในเทคนิคที่มีการใช้ประโยชน์มากที่สุดอย่างรวดเร็ว โดยหลักการของมันมักถูกนำไปใช้ในสาขาเคมีส่วนใหญ่ รวมถึงการกลั่น การดูดซับและการกรอง^{[ 20 ]}

โครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนจะแยกโมเลกุลตามกลุ่มประจุของพวกมัน โครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนจะกักเก็บ โมเลกุลของสาร วิเคราะห์ ไว้ บนคอลัมน์โดยอาศัย ปฏิกิริยา คูลอมบ์ (ไอออนิก) เมทริกซ์ของโครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนประกอบด้วยไอออนที่มีประจุบวกและลบ^{[ 21 ]}โดยพื้นฐานแล้ว โมเลกุลจะเกิดปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิตกับประจุตรงข้ามบนเมทริกซ์เฟสคงที่ เฟสคงที่ประกอบด้วยเมทริกซ์ที่ไม่เคลื่อนที่ซึ่งมีกลุ่มฟังก์ชันที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้หรือลิแกนด์ที่มี ประจุ ^{[ 22 ]}พื้นผิวของเฟสคงที่แสดงกลุ่มฟังก์ชันไอออนิก (RX) ที่ทำปฏิกิริยากับไอออนของสารวิเคราะห์ที่มีประจุตรงข้าม เพื่อให้เกิดความเป็นกลางทางไฟฟ้า ประจุที่ตรึงอยู่เหล่านี้จะจับคู่กับไอออนที่แลกเปลี่ยนได้ในสารละลาย โมเลกุลที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ซึ่งจะถูกทำให้บริสุทธิ์จะแข่งขันกับไอออนที่แลกเปลี่ยนได้เหล่านี้เพื่อจับกับประจุที่ตรึงอยู่บนเฟสคงที่ โมเลกุลที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้เหล่านี้จะถูกกักเก็บหรือถูกชะล้างออกไปตามประจุของพวกมัน ในขั้นต้น โมเลกุลที่ไม่จับกับเฟสคงที่หรือจับได้เพียงเล็กน้อยจะถูกชะล้างออกไปก่อน จำเป็นต้องปรับสภาวะเพื่อให้โมเลกุลที่จับกับเฟสคงที่ถูกชะล้างออกไปได้ สามารถเพิ่มความเข้มข้นของไอออนประจุลบที่แข่งขันกับโมเลกุลในการจับ หรือเปลี่ยนค่า pH เพื่อส่งผลต่อประจุไอออนของตัวชะล้างหรือสารละลาย การเปลี่ยนแปลงค่า pH ส่งผลต่อประจุของโมเลกุลนั้นๆ และทำให้การจับของโมเลกุลเปลี่ยนแปลงไป เมื่อลดประจุสุทธิของโมเลกุลสารละลาย โมเลกุลเหล่านั้นก็จะเริ่มถูกชะล้างออก ด้วยวิธีนี้ การปรับเปลี่ยนดังกล่าวสามารถนำมาใช้เพื่อแยกโปรตีนที่สนใจได้ นอกจากนี้ ยังสามารถค่อยๆ เปลี่ยนความเข้มข้นของไอออนประจุลบเพื่อส่งผลต่อการกักเก็บโมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออน จึงทำให้แยกโมเลกุลเหล่านั้นออกจากกันได้ การชะล้างแบบนี้เรียกว่า การชะล้างแบบไล่ระดับความเข้มข้น (gradient elution) ในทางกลับกัน อาจใช้การชะล้างแบบขั้นบันได (step elution) ซึ่งความเข้มข้นของไอออนประจุลบจะถูกเปลี่ยนแปลงทีละขั้น^{[ 5 ]}โครมาโทกราฟีประเภทนี้ยังแบ่งย่อยออกเป็นโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยน แคตไอออนและ โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนแอนไอออน โมเลกุลที่มีประจุบวกจะจับกับเรซินแลกเปลี่ยนแคตไอออน ในขณะที่โมเลกุลที่มีประจุลบจะจับกับเรซินแลกเปลี่ยนแอนไอออน^{[ 23 ]}สารประกอบไอออนิกที่ประกอบด้วยชนิดแคตไอออน M+ และชนิดแอนไอออน B− สามารถถูกกักเก็บไว้โดยเฟสคงที่ได้

โครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนแคตไอออนจะกักเก็บแคตไอออน ที่มีประจุบวกไว้ เนื่องจากเฟสคงที่แสดงหมู่ฟังก์ชันที่มีประจุลบ:

${\displaystyle {\text{RX}}^{-}{\text{C}}^{+}\,+\,{\text{M}}^{+}\,{\text{B}}^{-}\rightleftarrows \,{\text{RX}}^{-}{\text{M}}^{+}\,+\,{\text{C}}^{+}\,+\,{\text{B}}^{-}}$

โครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนลบจะกักเก็บไอออนลบไว้โดยใช้หมู่ฟังก์ชันที่มีประจุบวก:

${\displaystyle {\text{RX}}^{+}{\text{A}}^{-}\,+\,{\text{M}}^{+}\,{\text{B}}^{-}\rightleftarrows \,{\text{RX}}^{+}{\text{B}}^{-}\,+\,{\text{M}}^{+}\,+\,{\text{A}}^{-}}$

โปรดทราบว่าความเข้มข้นของไอออน C+ หรือ A− ในเฟสเคลื่อนที่สามารถปรับได้เพื่อเลื่อนตำแหน่งสมดุล ซึ่งส่งผลต่อเวลาการคงตัว

แผนภาพโครมาโทแกรมไอออนแสดงโครมาโทแกรมทั่วไปที่ได้จากคอลัมน์แลกเปลี่ยนไอออนลบ

ก่อนเริ่มกระบวนการโครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออน ต้องทำการปรับสมดุลก่อน เฟสคงที่ต้องได้รับการปรับสมดุลตามข้อกำหนดบางประการ ซึ่งขึ้นอยู่กับการทดลองที่คุณกำลังทำอยู่ เมื่อปรับสมดุลแล้ว ไอออนที่มีประจุในเฟสคงที่จะไปจับกับไอออนที่แลกเปลี่ยนได้ที่มีประจุตรงข้าม เช่น Cl⁻ ^หรือ Na⁺ ^จากนั้น ควรเลือกบัฟเฟอร์ที่โปรตีนที่ต้องการสามารถจับได้ หลังจากปรับสมดุลแล้ว คอลัมน์จะต้องถูกล้าง ขั้นตอนการล้างจะช่วยชะล้างสิ่งเจือปนทั้งหมดที่ไม่จับกับเมทริกซ์ออกไป ในขณะที่โปรตีนที่สนใจยังคงจับอยู่ บัฟเฟอร์ตัวอย่างนี้ต้องมีค่า pH เดียวกันกับบัฟเฟอร์ที่ใช้ในการปรับสมดุล เพื่อช่วยในการจับโปรตีนที่ต้องการ โปรตีนที่ไม่มีประจุจะถูกชะล้างออกจากคอลัมน์ด้วยความเร็วที่ใกล้เคียงกับความเร็วของบัฟเฟอร์ที่ไหลผ่านคอลัมน์โดยไม่มีการกักเก็บ เมื่อโหลดตัวอย่างลงในคอลัมน์แล้ว และล้างคอลัมน์ด้วยบัฟเฟอร์เพื่อชะล้างโปรตีนที่ไม่ต้องการทั้งหมดออกไปแล้ว การชะล้างจะดำเนินการภายใต้สภาวะเฉพาะเพื่อชะล้างโปรตีนที่ต้องการซึ่งจับอยู่กับเมทริกซ์ โปรตีนที่จับอยู่จะถูกชะล้างออกโดยใช้การไล่ระดับความเข้มข้นของเกลือที่เพิ่มขึ้นเชิงเส้น เมื่อความแรงของไอออนในบัฟเฟอร์เพิ่มขึ้น ไอออนของเกลือจะแข่งขันกับโปรตีนที่ต้องการเพื่อจับกับกลุ่มที่มีประจุบนพื้นผิวของตัวกลาง ซึ่งจะทำให้โปรตีนที่ต้องการถูกชะล้างออกจากคอลัมน์ โปรตีนที่มีประจุสุทธิต่ำจะถูกชะล้างออกก่อนเมื่อความเข้มข้นของเกลือเพิ่มขึ้นทำให้ความแรงของไอออนเพิ่มขึ้น โปรตีนที่มีประจุสุทธิสูงจะต้องใช้ความแรงของไอออนที่สูงกว่าจึงจะถูกชะล้างออกจากคอลัมน์ได้^{[ 21 ]}

การโครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนสามารถทำได้ทั้งในปริมาณมาก บนชั้นบางๆ ของตัวกลาง เช่น แผ่นแก้วหรือแผ่นพลาสติกที่เคลือบด้วยชั้นของเฟสคงที่ที่ต้องการ หรือในคอลัมน์โครมาโทกราฟี โครมาโทกราฟีแบบชั้นบางหรือโครมาโทกราฟีแบบคอลัมน์มีความคล้ายคลึงกันตรงที่ทั้งสองแบบทำงานภายใต้หลักการเดียวกัน คือมีการแลกเปลี่ยนโมเลกุลอย่างต่อเนื่องและบ่อยครั้งขณะที่เฟสเคลื่อนที่เคลื่อนที่ไปตามเฟสคงที่ ไม่จำเป็นต้องเติมตัวอย่างในปริมาณน้อยมาก เนื่องจากเงื่อนไขที่กำหนดไว้ล่วงหน้าสำหรับคอลัมน์แลกเปลี่ยนได้ถูกเลือกไว้แล้วเพื่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างเฟสเคลื่อนที่และเฟสคงที่ นอกจากนี้ กลไกของกระบวนการชะล้างจะทำให้เกิดการแบ่งส่วนของโมเลกุลที่แตกต่างกันตามลักษณะทางเคมีของพวกมัน ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของเกลือที่หรือใกล้ด้านบนของคอลัมน์ ทำให้โมเลกุลที่ตำแหน่งนั้นถูกแทนที่ ในขณะที่โมเลกุลที่จับอยู่ด้านล่างจะถูกปล่อยออกมาในภายหลังเมื่อความเข้มข้นของเกลือสูงขึ้นถึงบริเวณนั้น หลักการเหล่านี้เป็นเหตุผลที่ทำให้โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับขั้นตอนโครมาโทกราฟีเบื้องต้นในกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ที่ซับซ้อน เนื่องจากสามารถสร้างโมเลกุลเป้าหมายปริมาณน้อยได้อย่างรวดเร็วโดยไม่คำนึงถึงปริมาณเริ่มต้นที่มากขึ้น^{[ 6 ]}

โดยทั่วไปมักใช้อุปกรณ์ที่ค่อนข้างง่ายในการประยุกต์ใช้ไอออนประจุลบที่มีการไล่ระดับความเข้มข้นเพิ่มขึ้นกับคอลัมน์โครมาโทกราฟี ไอออนประจุลบ เช่น ทองแดง (II) มักถูกเลือกใช้บ่อยที่สุดเพื่อแยกเปปไทด์และกรดอะมิโนได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านการสร้างสารเชิงซ้อน^{[ 24 ]}

สามารถใช้อุปกรณ์อย่างง่ายในการสร้างการไล่ระดับความเข้มข้นของเกลือได้ บัฟเฟอร์สำหรับการชะล้างจะถูกดึงจากห้องหนึ่งไปยังอีกห้องหนึ่งอย่างต่อเนื่อง ทำให้ความเข้มข้นของบัฟเฟอร์เปลี่ยนแปลงไป โดยทั่วไป บัฟเฟอร์ที่ใส่เข้าไปในห้องแรกมักมีความเข้มข้นเริ่มต้นสูง ในขณะที่บัฟเฟอร์ที่ใส่เข้าไปในห้องกวนมักมีความเข้มข้นต่ำ เมื่อบัฟเฟอร์ที่มีความเข้มข้นสูงจากห้องด้านซ้ายถูกผสมและดึงเข้าไปในคอลัมน์ ความเข้มข้นของบัฟเฟอร์ในคอลัมน์กวนจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของห้องกวน รวมถึงบัฟเฟอร์จำกัด จะช่วยให้สามารถสร้างการไล่ระดับความเข้มข้นของไอออนประจุลบแบบเว้า แบบเส้นตรง หรือแบบนูนได้

มีการใช้สื่อที่แตกต่างกันมากมายสำหรับเฟสคงที่ ในบรรดากลุ่มประจุที่ตรึงอยู่กับที่ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ไตรเมทิลอะมิโนเอทิล (TAM), ไตรเอทิลอะมิโนเอทิล (TEAE), ไดเอทิล-2-ไฮดรอกซีโพรพิลอะมิโนเอทิล (QAE), อะมิโน เอทิล (AE), ไดเอทิล อะมิโนเอทิล (DEAE), ซัลโฟ (S), ซัลโฟเมทิล (SM), ซัลโฟโพรพิล (SP), คาร์บอกซี (C) และคาร์บอกซีเมทิล (CM) ^{[ 5 ]}

การบรรจุคอลัมน์ที่ประสบความสำเร็จเป็นสิ่งสำคัญในโครมาโทกราฟีไอออน ความเสถียรและประสิทธิภาพของคอลัมน์สุดท้ายขึ้นอยู่กับวิธีการบรรจุ ตัวทำละลายที่ใช้ และปัจจัยที่ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลของคอลัมน์ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการบรรจุแบบแห้งที่ไม่มีประสิทธิภาพในยุคแรก การบรรจุแบบเปียกโดยใช้สารละลาย ซึ่งอนุภาคที่แขวนลอยอยู่ในตัวทำละลายที่เหมาะสมจะถูกส่งเข้าไปในคอลัมน์ภายใต้ความดัน แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ สามารถใช้วิธีการที่แตกต่างกันสามวิธีในการดำเนินการบรรจุแบบเปียก ได้แก่ วิธีความหนาแน่นสมดุล (ความหนาแน่นของตัวทำละลายใกล้เคียงกับความหนาแน่นของอนุภาคซิลิกาที่มีรูพรุน) วิธี ความหนืด สูง (ใช้ตัวทำละลายที่มีความหนืดสูง) และวิธีสารละลายความหนืดต่ำ (ดำเนินการด้วยตัวทำละลายที่มีความหนืดต่ำ) ^{[ 25 ]}

พอ ลิสไตรีนถูกใช้เป็นตัวกลางสำหรับการแลกเปลี่ยนไอออน ผลิตจากการ พอลิ เมอไรเซชันของสไตรีนโดยใช้ไดไวนิลเบนซีนและเบนโซอิลเปอร์ออกไซด์ตัวแลกเปลี่ยนดังกล่าวสร้าง ปฏิกิริยา ไฮโดรโฟบิกกับโปรตีนซึ่งอาจไม่สามารถย้อนกลับได้ เนื่องจากคุณสมบัตินี้ ตัวแลกเปลี่ยนไอออนพอลิสไตรีนจึงไม่เหมาะสำหรับการแยกโปรตีน แต่กลับใช้สำหรับการแยกโมเลกุลขนาดเล็กในการแยกกรดอะมิโนและการกำจัดเกลือออกจากน้ำ ตัวแลกเปลี่ยนไอออนพอลิสไตรีนที่มีรูพรุนขนาดใหญ่สามารถใช้สำหรับการแยกโปรตีนได้ แต่ต้องเคลือบด้วยสารไฮโดรฟิลิก^{[ 26 ]}

ตัวกลางที่มีเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบสามารถใช้สำหรับการแยกโมเลกุลขนาดใหญ่ได้เนื่องจากมีรูพรุนขนาดใหญ่ การจับโปรตีนในตัวกลางนี้สูงและมีลักษณะไฮโดรโฟบิกต่ำDEAEเป็นเมทริกซ์แลกเปลี่ยนแอนไอออนที่ผลิตจากกลุ่มข้างบวกของไดเอทิลอะมิโนเอทิลที่จับกับเซลลูโลสหรือเซฟาเด็กซ์^{[ 27 ]}

ตัวกลางที่ใช้เจลอะกาโรสมีรูพรุนขนาดใหญ่เช่นกัน แต่ความสามารถในการทดแทนจะต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเดกซ์แทรนความสามารถของตัวกลางในการบวมตัวในของเหลวขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงของสารเหล่านี้ ค่า pH และความเข้มข้นของไอออนของบัฟเฟอร์ที่ใช้^{[ 26 ]}

การใช้ความร้อนและความดันสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของไอออนโครมาโทกราฟีอย่างมีนัยสำคัญ พร้อมทั้งลดระยะเวลาลง อุณหภูมิมีอิทธิพลต่อการเลือกสรรเนื่องจากมีผลต่อคุณสมบัติการกักเก็บ ปัจจัยการกักเก็บ ( k ₌ ( ^tRg − tMg ) / _{(tMg − text} ) )เพิ่ม^ขึ้น_{ตาม อุณหภูมิสำหรับไอออน ขนาด}เล็ก และมีแนวโน้มตรงกันข้ามสำหรับไอออนขนาด^{ใหญ่ [ 28 ] [ 29 ]}

แม้ว่าจะมีการเลือกไอออนในตัวกลางที่แตกต่างกัน แต่ก็ยังมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อทำการโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนในช่วงอุณหภูมิ 40–175 °C ^{[ 30 ]}

สามารถเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสมได้โดยพิจารณาจากการสังเกตพฤติกรรมของอนุภาคคอลัมน์ในตัวทำละลาย การใช้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคอลจะช่วยให้สามารถแยกแยะสถานะการกระจายตัวที่ต้องการของสารละลายข้นออกจากอนุภาคที่รวมตัวกันได้อย่างง่ายดาย^{[ 25 ]}

ตัวแลกเปลี่ยนไอออนแบบ "แรง" จะไม่สูญเสียประจุบนเมทริกซ์เมื่อคอลัมน์อยู่ในสภาวะสมดุล ดังนั้นจึงสามารถใช้บัฟเฟอร์ pH ได้หลากหลายช่วง ตัวแลกเปลี่ยนไอออนแบบ "อ่อน" มีช่วงค่า pH ที่สามารถรักษาประจุไว้ได้ หาก pH ของบัฟเฟอร์ที่ใช้สำหรับคอลัมน์แลกเปลี่ยนไอออนแบบอ่อนอยู่นอกช่วงความจุของเมทริกซ์ คอลัมน์จะสูญเสียการกระจายประจุและโมเลกุลที่สนใจอาจสูญหายไป^{[ 31 ]}แม้ว่าตัวแลกเปลี่ยนไอออนแบบอ่อนจะมีช่วง pH ที่แคบกว่า แต่ก็มักถูกใช้มากกว่าตัวแลกเปลี่ยนไอออนแบบแรงเนื่องจากมีความจำเพาะสูงกว่า ในบางการทดลอง เวลาการกักเก็บของตัวแลกเปลี่ยนไอออนแบบอ่อนนั้นยาวนานพอที่จะได้ข้อมูลที่ต้องการด้วยความจำเพาะสูง^{[ 32 ]}

เรซิน (มักเรียกว่า 'ลูกปัด') ของคอลัมน์แลกเปลี่ยนไอออนอาจมีหมู่ฟังก์ชัน เช่น กรดอ่อน/กรดแรง และเบสอ่อน/เบสแรง นอกจากนี้ยังมีคอลัมน์พิเศษที่มีเรซินที่มีหมู่ฟังก์ชันแอมโฟเทอริกที่สามารถแลกเปลี่ยนได้ทั้งแคตไอออนและแอนไอออน^{[ 33 ]}ตัวอย่างบางส่วนของหมู่ฟังก์ชันของเรซินแลกเปลี่ยนไอออนแรง ได้แก่ แคตไอออนควอเทอร์นารีแอมโมเนียม (Q) ซึ่งเป็นตัวแลกเปลี่ยนแอนไอออน และกรดซัลโฟนิก (S, -SO ₂ OH) ซึ่งเป็นตัวแลกเปลี่ยนแคตไอออน^{[ 34 ]}ตัวแลกเปลี่ยนประเภทนี้สามารถรักษาความหนาแน่นของประจุ ได้ ในช่วง pH 0–14 ตัวอย่างของกลุ่มฟังก์ชันของเรซินแลกเปลี่ยนไอออนอ่อน ได้แก่ไดเอทิลอะมิโนเอทิล (DEAE, -C ₂ H ₄ N(C ₂ H ₅ ) ₂ ) ซึ่งเป็นตัวแลกเปลี่ยนแอนไอออน และคาร์บอกซีเมทิล (CM, -CH ₂ -COOH) ^{[ 35 ]}ซึ่งเป็นตัวแลกเปลี่ยนแคตไอออน เครื่องแลกเปลี่ยนประจุทั้งสองประเภทนี้สามารถรักษาระดับความหนาแน่นของประจุในคอลัมน์ได้ในช่วง pH 5–9

ในโครมาโทกราฟีไอออน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไอออนของตัวถูกละลายและเฟสคงที่โดยอาศัยประจุจะเป็นตัวกำหนดว่าไอออนใดจะจับตัวและในระดับใด เมื่อเฟสคงที่ประกอบด้วยกลุ่มประจุบวกที่ดึงดูดแอนไอออน จะเรียกว่าตัวแลกเปลี่ยนแอนไอออน เมื่อมีกลุ่มประจุลบในเฟสคงที่ แคตไอออนจะถูกดึงดูดและเรียกว่าตัวแลกเปลี่ยนแคตไอออน^{[ 36 ]}แรงดึงดูดระหว่างไอออนและเฟสคงที่ยังขึ้นอยู่กับเรซิน ซึ่งเป็นอนุภาคอินทรีย์ที่ใช้เป็นตัวแลกเปลี่ยนไอออนด้วย

เรซินแต่ละชนิดมีคุณสมบัติการเลือกสรรที่แตกต่างกันไปตามไอออนของสารละลายที่มีอยู่ ซึ่งจะแข่งขันกันเพื่อจับกับกลุ่มเรซินบนเฟสคงที่ ค่าสัมประสิทธิ์การเลือกสรร ซึ่งเทียบเท่ากับค่าคงที่สมดุลจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของความเข้มข้นระหว่างเรซินและไอออนแต่ละชนิด อย่างไรก็ตาม แนวโน้มทั่วไปคือ ตัวแลกเปลี่ยนไอออนจะชอบจับกับไอออนที่มีประจุสูงกว่า รัศมีไฮเดรตที่เล็กกว่า และความสามารถในการโพลาไรซ์ที่สูงกว่า หรือความสามารถในการรบกวนกลุ่มอิเล็กตรอนของไอออนโดยประจุอื่นๆ^{[ 37 ]}แม้จะมีคุณสมบัติการเลือกสรรนี้ ปริมาณไอออนที่มีค่าการเลือกสรรต่ำกว่าที่มากเกินไปที่นำเข้าสู่คอลัมน์จะทำให้ไอออนที่มีค่าการเลือกสรรน้อยกว่าจับกับเฟสคงที่ได้มากขึ้น เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การเลือกสรรอนุญาตให้เกิดความผันผวนในปฏิกิริยาการจับที่เกิดขึ้นระหว่างโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออน

ตารางต่อไปนี้แสดงเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนที่ใช้กันทั่วไป^{[ 38 ]}

ตัวอย่างจะถูกนำเข้าสู่ลูปตัวอย่างที่มีปริมาตรที่ทราบแล้ว ไม่ว่าจะด้วยมือหรือโดยใช้ เครื่องป้อน ตัวอย่าง อัตโนมัติสารละลายในน้ำที่มีบัฟเฟอร์ซึ่งเรียกว่าเฟสเคลื่อนที่ จะนำตัวอย่างจากลูปไปยังคอลัมน์ที่มีวัสดุเฟสคงที่อยู่ ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็น เมทริก ซ์เรซินหรือเจลที่ประกอบด้วยลูกปัดอะกาโรสหรือเซลลูโลส ที่มีหมู่ฟังก์ชันที่มีประจุเชื่อม ต่อกัน ด้วย พันธะโควาเลนต์ การปรับสมดุลของเฟสคงที่นั้นจำเป็นเพื่อให้ได้ประจุที่ต้องการของคอลัมน์ หากคอลัมน์ไม่ได้รับการปรับสมดุลอย่างเหมาะสม โมเลกุลที่ต้องการอาจไม่จับกับคอลัมน์อย่างแข็งแรง สารวิเคราะห์เป้าหมาย (แอนไอออนหรือแคตไอออน) จะถูกกักไว้บนเฟสคงที่ แต่สามารถถูกชะล้างออกมาได้โดยการเพิ่มความเข้มข้นของสารที่มีประจุคล้ายกันซึ่งจะไปแทนที่ไอออนของสารวิเคราะห์จากเฟสคงที่ ตัวอย่างเช่น ในโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนแคตไอออน สารวิเคราะห์ที่มีประจุบวกสามารถถูกแทนที่ได้โดยการเติมไอออนโซเดียมที่มีประจุบวก จากนั้นจะต้องตรวจจับสารวิเคราะห์ที่สนใจด้วยวิธีการบางอย่าง โดยทั่วไปคือการวัดค่าการนำไฟฟ้าหรือ การดูดกลืนแสง ยูวี /แสงที่มองเห็นได้

โดยทั่วไป การควบคุมระบบ IC จำเป็นต้องใช้ระบบข้อมูลโครมาโทกราฟี (CDS) นอกจากระบบ IC แล้ว CDS บางระบบยังสามารถควบคุมแก๊สโครมาโทกราฟี (GC) และ HPLC ได้อีกด้วย

โครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนชนิดหนึ่ง คือ การแลกเปลี่ยนเมมเบรน^{[ 39 ] [ 40 ]}เป็นวิธีการทำให้บริสุทธิ์แบบใหม่ที่ออกแบบมาเพื่อเอาชนะข้อจำกัดของการใช้คอลัมน์ที่บรรจุด้วยลูกปัด อุปกรณ์โครมาโทกราฟีเมมเบรน^{[ 41 ] [ 42 ]}มีราคาถูกในการผลิตจำนวนมากและใช้แล้วทิ้งได้ ต่างจากอุปกรณ์โครมาโทกราฟีอื่นๆ ที่ต้องมีการบำรุงรักษาและใช้เวลาในการตรวจสอบความถูกต้อง มีตัวดูดซับเมมเบรนสามประเภทที่ใช้กันทั่วไปในการแยกสาร ได้แก่ แผ่นเรียบ เส้นใยกลวง และการไหลแบบรัศมี ตัวดูดซับที่พบมากที่สุดและเหมาะสมที่สุดสำหรับโครมาโทกราฟีเมมเบรนคือแผ่นเรียบหลายแผ่น เนื่องจากมีปริมาตรการดูดซับมากกว่า สามารถใช้เพื่อเอาชนะข้อจำกัดการถ่ายโอนมวล^{[ 43 ]}และการลดลงของความดัน^{[ 44 ]}ทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการแยกและทำให้บริสุทธิ์ไวรัสดีเอ็นเอพลาสมิดและโมเลกุล ขนาดใหญ่อื่นๆ คอลัมน์บรรจุด้วยเมมเบรนไมโครพรุนที่มีรูพรุนภายในซึ่งมีส่วนประกอบที่ดูดซับได้ซึ่งสามารถจับกับโปรตีนเป้าหมายได้ เมมเบรนดูดซับมีให้เลือกในรูปทรงและองค์ประกอบทางเคมีที่หลากหลาย ทำให้สามารถนำไปใช้ในการทำให้บริสุทธิ์ รวมถึงการแยกส่วน การทำให้เข้มข้น และการทำให้ใสได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้ลูกปัดถึง 10 เท่า^{[ 45 ]}สามารถเตรียมเมมเบรนได้โดยการแยกเมมเบรนเอง โดยตัดเมมเบรนเป็นรูปสี่เหลี่ยมและตรึงไว้ วิธีการที่ทันสมัยกว่านั้นเกี่ยวข้องกับการใช้เซลล์ที่มีชีวิตซึ่งยึดติดกับเมมเบรนรองรับ และใช้สำหรับการระบุและการทำให้โมเลกุลส่งสัญญาณใส^{[ 46 ]}

โครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนสามารถใช้แยกโปรตีนได้ เนื่องจากโปรตีนมีหมู่ฟังก์ชันที่มีประจุ ไอออนที่สนใจ (ในกรณีนี้คือโปรตีนที่มีประจุ) จะถูกแลกเปลี่ยนกับไอออนอื่น (โดยปกติคือ H ⁺ ) บนตัวรองรับของแข็งที่มีประจุ สารละลายส่วนใหญ่จะอยู่ในสถานะของเหลว ซึ่งมักจะเป็นน้ำ ตัวอย่างเช่น โปรตีนในน้ำ ซึ่งจะเป็นสถานะของเหลวที่ไหลผ่านคอลัมน์ คอลัมน์มักเรียกว่าเฟสของแข็ง เนื่องจากเต็มไปด้วยอนุภาคสังเคราะห์ที่มีรูพรุนและมีประจุเฉพาะ อนุภาคที่มีรูพรุนเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าลูกปัด อาจมีหมู่เอมีน (มีหมู่เอมีน) หรือมีไอออนโลหะเพื่อให้มีประจุ คอลัมน์สามารถเตรียมได้โดยใช้พอลิเมอร์ที่มีรูพรุน สำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีมวลมากกว่า 100,000 ดาลตัน ขนาดที่เหมาะสมที่สุดของอนุภาคที่มีรูพรุนคือประมาณ 1 ไมโครเมตร^²ทั้งนี้เนื่องจากการแพร่กระจายอย่างช้าๆ ของสารละลายภายในรูพรุนจะไม่จำกัดคุณภาพการแยก^{[ 47 ]}ลูกปัดที่มีกลุ่มประจุบวกซึ่งดึงดูดโปรตีนที่มีประจุลบ มักเรียกว่าเรซินแลกเปลี่ยนแอนไอออน กรดอะมิโนที่มีโซ่ข้างประจุลบที่ pH 7 (pH ของน้ำ) คือกลูตาเมตและแอสปาร์เทต ลูกปัดที่มีประจุลบเรียกว่าเรซินแลกเปลี่ยนแคตไอออน เนื่องจากโปรตีนที่มีประจุบวกจะถูกดึงดูด กรดอะมิโนที่มีโซ่ข้างประจุบวกที่ pH 7 คือไลซีน ฮิสติดีน และอาร์จินีน^{[ 48 ]}

จุดไอโซอิเล็กทริกคือค่า pH ที่สารประกอบ—ในกรณีนี้คือโปรตีน—ไม่มีประจุสุทธิ จุดไอโซอิเล็กทริกหรือ PI ของโปรตีนสามารถกำหนดได้โดยใช้ค่า pKa ของหมู่ข้างเคียง หากหมู่เอมีโน (หมู่บวก) สามารถหักล้างหมู่คาร์บอกซิล (หมู่ลบ) ได้ โปรตีนก็จะอยู่ที่จุดไอโซอิเล็กทริก การใช้บัฟเฟอร์แทนน้ำสำหรับโปรตีนที่ไม่มีประจุที่ pH 7 เป็นความคิดที่ดี เนื่องจากช่วยให้สามารถควบคุม pH เพื่อเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาไอออนิกส์ระหว่างโปรตีนและลูกปัดได้^{[ 49 ]}หมู่ข้างเคียงที่เป็นกรดอ่อนหรือเบสอ่อนสามารถมีประจุได้หากค่า pH สูงหรือต่ำเพียงพอตามลำดับ การแยกสามารถทำได้โดยอาศัยจุดไอโซอิเล็กทริกตามธรรมชาติของโปรตีน อีกทางเลือกหนึ่งคือการเพิ่มแท็กเปปไทด์เข้าไปในโปรตีนด้วยวิธีการทางพันธุกรรม เพื่อให้โปรตีนมีจุดไอโซอิเล็กทริกที่แตกต่างจากโปรตีนตามธรรมชาติส่วนใหญ่ (เช่น อาร์จินีน 6 ตัวสำหรับการจับกับเรซินแลกเปลี่ยนประจุบวก หรือกลูตาเมต 6 ตัวสำหรับการจับกับเรซินแลกเปลี่ยนประจุลบ เช่น DEAE-Sepharose)

การชะล้างโดยการเพิ่มความเข้มข้นของไอออนในเฟสเคลื่อนที่นั้นมีความละเอียดอ่อนกว่า หลักการทำงานคือไอออนจากเฟสเคลื่อนที่ทำปฏิกิริยากับไอออนที่ตรึงอยู่บนเฟสคงที่ ทำให้ "ปกป้อง" เฟสคงที่จากโปรตีน และปล่อยให้โปรตีนถูกชะล้างออกมา

การชะล้างออกจากคอลัมน์แลกเปลี่ยนไอออนอาจมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของประจุเดี่ยว - โครมาโตโฟกัสโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนยังมีประโยชน์ในการแยกชุดประกอบโปรตีนมัลติเมอร์เฉพาะ ทำให้สามารถทำให้บริสุทธิ์ของคอมเพล็กซ์เฉพาะตามจำนวนและตำแหน่งของแท็กเปปไทด์ที่มีประจุ^{[ 50 ] [ 51 ]}

ในโครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออน จะสังเกตเห็น ผลของ Gibbs–Donnanเมื่อค่า pH ของบัฟเฟอร์ที่ใช้และตัวแลกเปลี่ยนไอออนแตกต่างกัน แม้กระทั่งเพียงหน่วย pH เดียว ตัวอย่างเช่น ในคอลัมน์แลกเปลี่ยนแอนไอออน ตัวแลกเปลี่ยนไอออนจะขับไล่โปรตอน ดังนั้นค่า pH ของบัฟเฟอร์ใกล้คอลัมน์จึงสูงกว่าส่วนที่เหลือของตัวทำละลาย^{[ 52 ]}ด้วยเหตุนี้ ผู้ทำการทดลองจึงต้องระมัดระวังว่าโปรตีนที่สนใจมีความเสถียรและมีประจุที่เหมาะสมในค่า pH "จริง"

ผลกระทบนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอนุภาคที่มีประจุคล้ายกันสองอนุภาค อนุภาคหนึ่งจากเรซินและอีกอนุภาคหนึ่งจากสารละลาย ไม่สามารถกระจายตัวอย่างเหมาะสมระหว่างสองด้านได้ ทำให้เกิดการดูดซับไอออนหนึ่งเหนืออีกไอออนหนึ่ง^{[ 53 ] [ 54 ]}ตัวอย่างเช่น ในเรซินโพลีสไตรีนซัลโฟเนต ซึ่งเป็นเรซินแลกเปลี่ยนแคตไอออน ไอออนคลอรีนของ บัฟเฟอร์ กรดไฮโดรคลอริกควรจะสมดุลเข้าไปในเรซิน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเข้มข้นของกรดซัลโฟนิกในเรซินสูง ไฮโดรเจนของ HCl จึงไม่มีแนวโน้มที่จะเข้าไปในคอลัมน์ สิ่งนี้เมื่อรวมกับความจำเป็นของความเป็นกลางทางไฟฟ้า ทำให้มีไฮโดรเจนและคลอรีนเข้าสู่เรซินในปริมาณน้อยที่สุด^{[ 54 ]}

การใช้ไอออนโครมาโทกราฟีสามารถพบได้ในอาร์เจนเทชันโครมาโทกราฟีโดยปกติแล้ว เงินและสารประกอบที่มีพันธะอะเซทิลีนและเอทิลีนจะมีปฏิกิริยาต่อกันอย่างอ่อนมาก ปรากฏการณ์นี้ได้รับการทดสอบอย่างกว้างขวางในสารประกอบโอเลฟิน ไอออนคอมเพล็กซ์ที่โอเลฟินสร้างขึ้นกับไอออนเงินนั้นอ่อนแอและเกิดขึ้นจากการทับซ้อนกันของออร์บิทัลไพ ซิกมา และดี และอิเล็กตรอนที่มีอยู่ ดังนั้นจึงไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่แท้จริงในพันธะคู่ พฤติกรรมนี้ถูกนำมาใช้ในการแยกไขมัน โดยเฉพาะกรดไขมัน ออกจากสารผสมเป็นส่วนๆ ที่มีจำนวนพันธะคู่แตกต่างกันโดยใช้ไอออนเงิน เรซินไอออนถูกชุบด้วยไอออนเงิน จากนั้นจึงนำไปสัมผัสกับกรดต่างๆ (กรดซิลิซิก) เพื่อชะกรดไขมันที่มีลักษณะแตกต่างกันออกมา

สามารถตรวจวัดไอออนโลหะอัลคาไลได้ในระดับต่ำสุดถึง 1 μM ^{[ 55 ]} สามารถใช้สำหรับการวัดHbA1cพอร์ไฟรินและการทำน้ำให้บริสุทธิ์ได้ เรซินแลกเปลี่ยนไอออน (IER) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะในทางการแพทย์ เนื่องจากมีความจุสูงและระบบการแยกที่ไม่ซับซ้อน การใช้งานสังเคราะห์อย่างหนึ่งคือการใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออนสำหรับการฟอกไต วิธีนี้ใช้ในการแยกองค์ประกอบของเลือดโดยใช้ไตเทียมที่มีเยื่อเซลลูโลส^{[ 56 ]}

อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ทางคลินิกของไอออนโครมาโทกราฟีคือเทคนิคโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนแอนไอออนแบบรวดเร็ว ซึ่งใช้ในการแยกไอโซเอนไซม์ครีเอทีนไคเนส (CK) จากซีรั่มและเนื้อเยื่อของมนุษย์ที่ได้จากการชันสูตรศพ (ส่วนใหญ่ใช้เนื้อเยื่อที่มี CK สูง เช่น กล้ามเนื้อหัวใจและสมอง) ไอโซเอนไซม์เหล่านี้ได้แก่ MM, MB และ BB ซึ่งทำหน้าที่เดียวกันแต่มีลำดับกรดอะมิโนต่างกัน หน้าที่ของไอโซเอนไซม์เหล่านี้คือการเปลี่ยนครีเอทีนโดยใช้ ATP ให้เป็นฟอสโฟครีเอทีนโดยขับ ADP ออกไป คอลัมน์ขนาดเล็กถูกเติมด้วย DEAE-Sephadex A-50 และทำการชะล้างเพิ่มเติมด้วยบัฟเฟอร์โซเดียมคลอไรด์ tris ที่ความเข้มข้นต่างๆ (แต่ละความเข้มข้นถูกเลือกอย่างเหมาะสมเพื่อควบคุมการชะล้าง) สารสกัดจากเนื้อเยื่อมนุษย์ถูกใส่ลงในคอลัมน์เพื่อทำการแยก เศษส่วนทั้งหมดได้รับการวิเคราะห์เพื่อดูค่ากิจกรรม CK ทั้งหมด และพบว่าไอโซเอนไซม์ CK จากแต่ละแหล่งมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน ขั้นแรก จะทำการแยก CK-MM ออกมาก่อน จากนั้นจึงแยก CK-MB และสุดท้ายคือ CK-BB ดังนั้น ไอโซเอนไซม์ที่พบในแต่ละตัวอย่างจึงสามารถใช้ระบุแหล่งที่มาได้ เนื่องจากเป็นไอโซเอนไซม์ที่จำเพาะต่อเนื้อเยื่อ

จากการใช้ข้อมูลผลลัพธ์ สามารถสร้างความสัมพันธ์ระหว่างการวินิจฉัยโรคของผู้ป่วยและชนิดของไอโซเอนไซม์ CK ที่พบมากที่สุดได้ จากการค้นพบว่า ผู้ป่วย 35 ใน 71 รายที่ศึกษาซึ่งเป็นโรคหัวใจวาย (กล้ามเนื้อหัวใจตาย) มีปริมาณไอโซเอนไซม์ CK-MM และ CK-MB ในปริมาณมาก การค้นพบเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่า การวินิจฉัยโรคอื่นๆ อีกหลายโรค เช่น ภาวะไตวาย โรคหลอดเลือดสมอง และโรคปอด พบเฉพาะไอโซเอนไซม์ CK-MM เท่านั้น ไม่พบไอโซเอนไซม์อื่นๆ ผลการศึกษาครั้งนี้บ่งชี้ถึงความสัมพันธ์ระหว่างโรคต่างๆ กับไอโซเอนไซม์ CK ที่พบ ซึ่งยืนยันผลการทดสอบก่อนหน้านี้โดยใช้เทคนิคต่างๆ การศึกษาเกี่ยวกับ CK-MB ที่พบในผู้ป่วยโรคหัวใจวายได้ขยายวงกว้างขึ้นนับตั้งแต่การศึกษาครั้งนี้และการประยุกต์ใช้โครมาโทกราฟีไอออน

นับตั้งแต่ปี 1975 โครมาโทกราฟีไอออนได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหลายสาขา ข้อดีหลักๆ คือ ความน่าเชื่อถือ ความแม่นยำและความเที่ยงตรงสูง ความสามารถในการเลือกสูง ความเร็วสูง ประสิทธิภาพการแยกสูง และต้นทุนวัสดุสิ้นเปลืองต่ำ การพัฒนาที่สำคัญที่สุดที่เกี่ยวข้องกับโครมาโทกราฟีไอออน ได้แก่ วิธีการเตรียมตัวอย่างแบบใหม่ การปรับปรุงความเร็วและความสามารถในการเลือกแยกสารวิเคราะห์ การลดขีดจำกัดการตรวจจับและขีดจำกัดการหาปริมาณ การขยายขอบเขตการใช้งาน การพัฒนาวิธีการมาตรฐานใหม่ การย่อขนาด และการขยายขอบเขตการวิเคราะห์สารกลุ่มใหม่ ช่วยให้สามารถทดสอบเชิงปริมาณของอิเล็กโทรไลต์และสารเติมแต่งเฉพาะของอ่างชุบโลหะด้วยไฟฟ้า ได้ ^{[ 57 ]}นับเป็นความก้าวหน้าของ การทดสอบ เซลล์ฮัลล์เชิง คุณภาพ หรือการทดสอบ UV ที่มีความแม่นยำน้อยกว่า สามารถวัดไอออน ตัวเร่งปฏิกิริยา สารเพิ่มความสดใส และสารเร่งปฏิกิริยาได้^{[ 57 ]}โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนได้กลายเป็นเทคนิคสากลที่เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายสำหรับการตรวจจับทั้งชนิดแอนไอออนและแคตไอออน มีการพัฒนาหรือกำลังพัฒนาแอปพลิเคชันเพื่อวัตถุประสงค์ดังกล่าวในหลากหลายสาขาที่น่าสนใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมยา การใช้โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนในอุตสาหกรรมยาเพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และในปี 2549 บทเกี่ยวกับโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนได้รับการเพิ่มเข้าไปใน ตำรา เภสัชกรรมแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (USP-NF) อย่างเป็นทางการ นอกจากนี้ ในฉบับปี 2552 ของ USP-NF ตำราเภสัชกรรมของสหรัฐอเมริกาได้เพิ่มการวิเคราะห์โครมาโทกราฟีไอออนหลายวิธีโดยใช้สองเทคนิค ได้แก่ การตรวจจับการนำไฟฟ้า และ การตรวจ จับแอมเพอโรเมตริก แบบพัลส์ แอปพลิเค ชันส่วนใหญ่เหล่านี้ใช้สำหรับการวัดและวิเคราะห์ปริมาณสารตกค้างในยา รวมถึงการตรวจวัดปริมาณออกซาเลต ไอโอไดด์ ซัลเฟต ซัลฟาเมต ฟอสเฟต ตลอดจนอิเล็กโทรไลต์ต่างๆ เช่น โพแทสเซียม และโซเดียม โดยรวมแล้ว USP-NF ฉบับปี 2009 ได้เผยแพร่วิธีการตรวจจับอย่างเป็นทางการจำนวน 28 วิธีสำหรับการวิเคราะห์สารประกอบที่ออกฤทธิ์ หรือส่วนประกอบของสารประกอบที่ออกฤทธิ์ โดยใช้การตรวจจับการนำไฟฟ้าหรือการตรวจจับแอมเพอโรเมตริกแบบพัลส์^{[ 58 ]}

ความสนใจในการประยุกต์ใช้ไอออนโครมาโทกราฟีในการวิเคราะห์ยา เพิ่มมากขึ้น ไอออนโครมาโทกราฟีถูกนำมาใช้ในด้านต่างๆ ของการพัฒนาผลิตภัณฑ์และ การทดสอบ ควบคุมคุณภาพตัวอย่างเช่น ไอออนโครมาโทกราฟีถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความเสถียรและคุณสมบัติการละลายของโมเลกุลยาออกฤทธิ์ ตลอดจนใช้ในการตรวจจับระบบที่มีความทนทานต่อตัวทำละลายอินทรีย์สูงขึ้น ไอออนโครมาโทกราฟีถูกนำมาใช้ในการหาปริมาณสารวิเคราะห์ที่เป็นส่วนหนึ่งของการทดสอบการละลาย ตัวอย่างเช่น การทดสอบการละลายของแคลเซียมแสดงให้เห็นว่าไอออนอื่นๆ ที่มีอยู่ในตัวกลางสามารถแยกออกจากกันได้ดี และยังแยกออกจากไอออนของแคลเซียมได้ด้วย ดังนั้น ไอออนโครมาโทกราฟีจึงถูกนำมาใช้กับยาในรูปแบบเม็ดและแคปซูลเพื่อหาปริมาณยาที่ละลายเมื่อเวลาผ่านไป^{[ 59 ]}ไอออนโครมาโทกราฟียังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจจับและหาปริมาณสารช่วยหรือส่วนประกอบที่ไม่ใช้งานที่ใช้ในสูตรยา การตรวจจับน้ำตาลและแอลกอฮอล์น้ำตาลในสูตรดังกล่าวผ่านโครมาโทกราฟีไอออนนั้นทำได้เนื่องจากกลุ่มขั้วเหล่านี้สามารถแยกออกจากกันได้ในคอลัมน์ไอออน วิธีการโครมาโทกราฟีไอออนยังถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์สิ่งเจือปนในสารและผลิตภัณฑ์ยา สิ่งเจือปนหรือส่วนประกอบใดๆ ที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสารเคมีของยาจะได้รับการประเมิน และจะให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับปริมาณยาสูงสุดและต่ำสุดที่ควรให้แก่ผู้ป่วยต่อวัน^{[ 60 ]}

• โครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนลบ
• การโฟกัสโครมาโต
• โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง
• จุดไอโซอิเล็กทริก

• Small, Hamish (1989). โครมาโทกราฟีไอออน . นิวยอร์ก: Plenum Press. ISBN 978-0-306-43290-3.
• ทัตยาน่า ไวส์; ไวส์, โจอาคิม (2005) คู่มือไอออนโครมาโตกราฟี ไวน์ไฮม์: Wiley-VCH. ไอเอสบีเอ็น 978-3-527-28701-7.
• เกิร์ด, ดักลาส ที.; ฟริตซ์, เจมส์ เอส. (2000) ไอออนโครมาโตกราฟี ไวน์ไฮม์: Wiley-VCH. ไอเอสบีเอ็น 978-3-527-29914-0.
• แจ็กสัน, ปีเตอร์; ฮัดดาด, พอล อาร์. (1990). โครมาโทกราฟีไอออน: หลักการและการประยุกต์ใช้ . อัมสเตอร์ดัม: เอลเซเวียร์. ISBN 978-0-444-88232-5.
• Mercer, Donald W (1974). "การแยกไอโซเอนไซม์ครีเอทีนไคเนสในเนื้อเยื่อและซีรั่มโดยโครมาโทกราฟีคอลัมน์แลกเปลี่ยนไอออน"เคมีคลินิก20 ( 1): 36– 40. doi : 10.1093/clinchem/20.1.36 . PMID  4809470 .
• Morris, LJ (1966). "การแยกไขมันโดยโครมาโทกราฟีไอออนเงิน"วารสารวิจัยไขมัน7 (6): 717– 732. doi : 10.1016/S0022-2275(20)38948-3 . PMID  5339485 .
• Ghosh, Raja (2002). "การแยกโปรตีนโดยใช้โครมาโทกราฟีเมมเบรน: โอกาสและความท้าทาย". Journal of Chromatography A . 952 (1): 13– 27. doi : 10.1016/s0021-9673(02)00057-2 . PMID  12064524 .

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับไอออนโครมาโทกราฟีในวิกิมีเดียคอมมอนส์