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イオンクロマトグラフィー（またはイオン交換クロマトグラフィー、略称ICまたはIEC）は、イオン交換体への親和性に基づいてイオンおよびイオン化可能な極性分子を分離するクロマトグラフィーの一種です。 [ 1 ]小さな無機陰イオン[ 2 ]、大きなタンパク質[ 3 ]、小さなヌクレオチド[ 4 ]、アミノ酸など、ほぼあらゆる種類の荷電分子に適用できます。ただし、イオンクロマトグラフィーは、タンパク質の等電点から1 pH単位離れた条件下で行う必要があります。[ 5 ]
イオンクロマトグラフィーには、陰イオン交換と陽イオン交換の 2 種類があります。陽イオン交換クロマトグラフィーは、目的の分子が正に帯電している場合に使用されます。クロマトグラフィーの pH が pI (pH(I) とも呼ばれる) より小さいため、分子は正に帯電します。[ 6 ]このタイプのクロマトグラフィーでは、固定相は負に帯電しており、正に帯電した分子がロードされて固定相に引き付けられます。陰イオン交換クロマトグラフィーは、固定相が正に帯電しており、負に帯電した分子 (クロマトグラフィーの pH が pI より大きいことを意味する) がロードされて固定相に引き付けられる場合です。[ 7 ]これは、タンパク質の精製、水質分析、[ 8 ] [ 9 ]および品質管理によく使用されます。タンパク質、アミノ酸、ペプチドなどの水溶性で帯電した分子は、不溶性の固定相とイオン結合を形成することによって反対に帯電した部分と結合します。 [ 10 ]平衡化された固定相は、分離および定量化される混合物の標的分子がカラムを通過する際に結合できるイオン化可能な官能基から構成されます。陽イオン固定相は陰イオンの分離に使用され、陰イオン固定相は陽イオンの分離に使用されます。陽イオン交換クロマトグラフィーは、分離したい分子が陽イオンである場合に使用され、陰イオン交換クロマトグラフィーは陰イオンの分離に使用されます。[ 11 ]結合した分子は、より高濃度のイオンをカラムに通すか、カラムのpHを変更することによって、陰イオンと陽イオンを含む溶出液を使用して溶出および回収できます。
イオンクロマトグラフィーを使用する主な利点の 1 つは、他の分離技術とは異なり、分離に関与する相互作用が 1 つだけであるため、イオンクロマトグラフィーはより高いマトリックス耐性を持つ可能性があります。イオン交換のもう 1 つの利点は、溶出パターンの予測可能性 (イオン化可能な基の存在に基づく) です。[ 12 ]例えば、陽イオン交換クロマトグラフィーを使用すると、特定の陽イオンが最初に溶出し、他の陽イオンは後に溶出します。局所的な電荷バランスは常に維持されます。ただし、イオン交換クロマトグラフィーを実行する際には、技術の絶え間ない進化によりカラムごとに一貫性がなくなるなどの欠点もあります。[ 13 ]この精製技術の主な制限は、イオン化可能な基に限定されることです。[ 6 ]
1947 年、スペディングとパウエルは希土類元素の分離に置換イオン交換クロマトグラフィーを使用した。さらに、彼らはアンモニア中の14N および 15N同位体のイオン交換分離を示した。1950 年代初頭、クラウスとネルソンは、陰イオンクロマトグラフィーによる塩化物、フッ化物、硝酸塩、または硫酸塩錯体の分離に依存する金属イオンの多くの分析法の使用を実証した。自動インライン検出は 1960 年から 1980 年にかけて徐々に導入され、金属イオン分離のための新しいクロマトグラフィー法も導入された。ダウ化学社のスモール、スティーブンス、バウマンによる画期的な方法が、現代のイオンクロマトグラフィーの創設を解き明かした。陰イオンと陽イオンは、抑制導電率検出システムによって効率的に分離できるようになった。1979 年、非抑制導電率検出による陰イオンクロマトグラフィー法が Gjerde らによって導入された。 1980年には、これに続いて陽イオンクロマトグラフィーの同様の方法が開発された。[ 14 ]
その結果、IC市場では、抑制型と非抑制型の両方の導電率検出を支持する人々による激しい競争の時代が始まった。この競争により、新しい形態が急速に成長し、ICが急速に進化した。[ 15 ] ICの今後の発展において克服すべき課題は、高効率なモノリシックイオン交換カラムの作製であり、この課題を克服することはICの発展にとって非常に重要となるだろう。[ 16 ]
イオン交換クロマトグラフィーのブームは、主に第二次世界大戦中の1935年から1950年の間に始まり、その応用とイオンクロマトグラフィーはマンハッタン計画を通じて大幅に拡大しました。イオンクロマトグラフィーは、もともとイギリスの農業研究者であるサー・トンプソンと化学者のJTウェイの2人の研究者によって導入されました。トンプソンとウェイの研究は、水溶性肥料塩である硫酸アンモニウムと塩化カリウムの作用に関するものでした。これらの塩は雨のために地面から容易に抽出できませんでした。彼らはイオン法を用いて粘土を塩で処理し、カルシウムの放出に加えてアンモニアの抽出を行いました。[ 17 ] 1950年代と1960年代には、イオンクロマトグラフィーの理解を深めるために理論モデルが開発され、1970年代には連続検出器が使用され、低圧クロマトグラフィーから高性能クロマトグラフィーへの発展への道が開かれました。1975年に「イオンクロマトグラフィー」という名称が技術の名称として確立され、その後マーケティング目的の名称として使用されるようになりました。今日、ICは飲料水などの水系を調査する上で重要です。環境問題解決に役立つ陰イオン元素や錯体の分析に広く用いられています。同様に、半導体産業でも大きな用途があります。[ 18 ]
分離カラム、溶出システム、検出器が豊富に利用できるため、クロマトグラフィーはイオン分析の主要な方法に発展しました。 [ 19 ]
この技術が最初に開発されたとき、それは主に水処理に使用されました。1935年以降、イオン交換クロマトグラフィーは急速に最も広く利用される技術の1つとなり、その原理は蒸留、吸着、ろ過など、化学のほとんどの分野に適用されるようになりました。[ 20 ]
イオン交換クロマトグラフィーは、それぞれの荷電基に基づいて分子を分離します。イオン交換クロマトグラフィーは、クーロン（イオン）相互作用に基づいて分析対象分子をカラムに保持します。イオン交換クロマトグラフィーのマトリックスは、正および負に帯電したイオンで構成されています。[ 21 ]基本的に、分子は固定相マトリックス上の反対の電荷と静電相互作用を起こします。固定相は、荷電したイオン化可能な官能基またはリガンドを含む不動のマトリックスで構成されています。[ 22 ]固定相の表面には、反対の電荷を持つ分析対象イオンと相互作用するイオン性官能基（RX）が存在します。電気的中性を達成するために、これらの固定化された電荷は、溶液中の交換可能な対イオンと結合します。精製されるイオン化可能な分子は、固定相上の固定化された電荷への結合をめぐって、これらの交換可能な対イオンと競合します。これらのイオン化可能な分子は、その電荷に基づいて保持または溶出されます。最初に、固定相に結合しない、または弱く結合する分子が洗い流されます。固定相に結合する分子を溶出するには、条件の変更が必要です。分子と結合を競合する交換性対イオンの濃度を上げるか、pH を変更して溶出液または溶質のイオン電荷に影響を与えることができます。pH の変化は特定の分子の電荷に影響を与え、したがって結合を変化させます。溶質分子の正味電荷を減らすと、溶出が始まります。このようにして、このような調整を使用して目的のタンパク質を放出することができます。さらに、対イオンの濃度を徐々に変化させてイオン化分子の保持に影響を与え、それらを分離することができます。このタイプの溶出は、グラジエント溶出と呼ばれます。一方、ステップ溶出を使用することもできます。これは、対イオンの濃度を段階的に変化させるものです。[ 5 ]このタイプのクロマトグラフィーは、さらに陽イオン交換クロマトグラフィーと陰イオン交換クロマトグラフィーに細分化されます。正に帯電した分子は陽イオン交換樹脂に結合し、負に帯電した分子は陰イオン交換樹脂に結合します。[ 23 ]陽イオン種M+と陰イオン種B−からなるイオン化合物は固定相に保持される。
陽イオン交換クロマトグラフィーでは、固定相が負に帯電した官能基を持つため、正に帯電した陽イオンが保持される。
陰イオン交換クロマトグラフィーは、正電荷を帯びた官能基を用いて陰イオンを保持する。
移動相中のC+またはA−のイオン強度を調整することで平衡位置、ひいては保持時間を変化させることができることに注意してください。
イオンクロマトグラムは、陰イオン交換カラムを用いて得られた典型的なクロマトグラムを示している。
イオン交換クロマトグラフィーを開始する前に、平衡化を行う必要があります。固定相は、実施する実験に応じて特定の要件を満たすように平衡化する必要があります。平衡化が完了すると、固定相中の荷電イオンは、Cl⁻やNa⁺などの反対の電荷を持つ交換性イオンに結合します。次に、目的のタンパク質が結合できる緩衝液を選択する必要があります。平衡化後、カラムを洗浄する必要があります。洗浄相は、マトリックスに結合しないすべての不純物を溶出するのに役立ち、目的のタンパク質は結合したままになります。このサンプル緩衝液は、目的のタンパク質の結合を助けるために、平衡化に使用した緩衝液と同じpHである必要があります。荷電していないタンパク質は、カラムを通過する緩衝液とほぼ同じ速度でカラムから溶出され、保持されません。サンプルをカラムにロードし、緩衝液でカラムを洗浄して不要なタンパク質をすべて溶出した後、特定の条件下で溶出を行い、マトリックスに結合した目的のタンパク質を溶出します。結合したタンパク質は、直線的に増加する塩濃度勾配を利用して溶出されます。緩衝液のイオン強度が増加すると、塩イオンは目的のタンパク質と競合して、媒体表面の荷電基に結合します。これにより、目的のタンパク質がカラムから溶出されます。塩濃度が増加してイオン強度が増加すると、正味電荷が低いタンパク質が最初に溶出されます。正味電荷が高いタンパク質は、カラムから溶出するためにより高いイオン強度が必要になります。[ 21 ]
イオン交換クロマトグラフィーは、バルク、目的の固定相の層でコーティングされたガラスやプラスチックプレートなどの薄い媒体層、またはクロマトグラフィーカラムで実施できます。薄層クロマトグラフィーとカラムクロマトグラフィーは、どちらも同じ原理に基づいて動作するという点で類似しています。移動相が固定相に沿って移動するにつれて、分子の交換が絶えず頻繁に行われます。交換カラムの所定の条件は、移動相と固定相の間に強い相互作用が生じるように選択されているため、サンプルを微量添加する必要はありません。さらに、溶出プロセスのメカニズムにより、異なる分子はそれぞれの化学的特性に基づいて区画化されます。この現象は、カラムの上部またはその付近で塩濃度が上昇し、その位置にある分子が置換されることによるものです。一方、下部に結合している分子は、より高い塩濃度がその領域に達したときに後から放出されます。これらの原理により、イオン交換クロマトグラフィーは、開始量が多い場合でも少量の目的分子を迅速に得ることができるため、複雑な精製手順の最初のクロマトグラフィーステップに最適な候補となります。[ 6 ]
比較的単純な装置が、濃度勾配を増した対イオンをクロマトグラフィーカラムに適用するためによく使用される。銅(II)などの対イオンは、錯体形成によってペプチドやアミノ酸を効果的に分離するために最もよく選択される。[ 24 ]
簡単な装置を用いて塩濃度勾配を作製することができる。溶出バッファーはチャンバーから混合チャンバーへ一定量ずつ吸引され、それによってバッファー濃度が変化する。一般的に、チャンバーに注入されるバッファーは初期濃度が高く、撹拌チャンバーに注入されるバッファーは低濃度である。左側のチャンバーから高濃度バッファーが混合され、カラムに吸引されるにつれて、撹拌カラムのバッファー濃度は徐々に上昇する。撹拌チャンバーの形状、およびリミットバッファーの形状を変化させることで、対イオンの凹型、直線型、または凸型の濃度勾配を作製することができる。
固定相にはさまざまな媒体が使用されます。最も一般的に使用される固定化荷電基には、トリメチルアミノエチル（TAM）、トリエチルアミノエチル（TEAE）、ジエチル-2-ヒドロキシプロピルアミノエチル（QAE）、アミノエチル（AE）、ジエチルアミノエチル（DEAE）、スルホ（S）、スルホメチル（SM）、スルホプロピル（SP）、カルボキシ（C）、カルボキシメチル（CM）などがあります。[ 5 ]
カラムの充填が成功することは、イオンクロマトグラフィーの重要な側面です。最終的なカラムの安定性と効率は、充填方法、使用する溶媒、およびカラムの機械的特性に影響を与える要因に依存します。初期の非効率的なドライ充填法とは対照的に、適切な溶媒に懸濁した粒子を加圧下でカラムに供給するウェットスラリー充填法は、大幅な改善を示しています。ウェットスラリー充填法を実行するには、3つの異なるアプローチが採用できます。バランス密度法（溶媒の密度が多孔質シリカ粒子の密度とほぼ同じ）、高粘度法（高粘度の溶媒を使用）、および低粘度スラリー法（低粘度の溶媒を使用）です。[ 25 ]
ポリスチレンはイオン交換媒体として使用されます。これは、ジビニルベンゼンと過酸化ベンゾイルを使用してスチレンを重合することによって作られます。このような交換体は、タンパク質と疎水性相互作用を形成し、これは不可逆的になる可能性があります。この性質のため、ポリスチレンイオン交換体はタンパク質の分離には適していません。一方、アミノ酸の分離や水からの塩の除去などの小分子の分離には使用されます。大きな細孔を持つポリスチレンイオン交換体はタンパク質の分離に使用できますが、親水性物質でコーティングする必要があります。[ 26 ]
セルロース系媒体は大きな細孔を持つため、大きな分子の分離に使用できます。この媒体ではタンパク質結合が高く、疎水性が低いです。DEAEは、セルロースまたはセファデックスに結合したジエチルアミノエチルの正の側鎖から生成される陰イオン交換マトリックスです。[ 27 ]
アガロースゲルベースの培地も大きな細孔を含んでいますが、デキストランと比較すると置換能力は低くなります。培地が液体中で膨潤する能力は、これらの物質の架橋、pH、および使用される緩衝液のイオン濃度に基づいています。[ 26 ]
高温高圧の導入により、イオンクロマトグラフィーの効率が大幅に向上し、時間も短縮されます。温度は保持特性に影響を与えるため、選択性に影響を及ぼします。保持係数（k = ( t R g − t M g )/( t M g − t ext )）は、小さなイオンでは温度とともに増加し、大きなイオンでは逆の傾向が見られます。[ 28 ] [ 29 ]
異なる媒体でのイオン選択性にもかかわらず、40～175 ℃の範囲でイオン交換クロマトグラフィーを実施するためのさらなる研究が行われています。 [ 30 ]
カラム粒子が溶媒中でどのように振る舞うかを観察することで、適切な溶媒を選択することができます。光学顕微鏡を使用すると、スラリーの望ましい分散状態と凝集した粒子を容易に区別できます。[ 25 ]
「強」イオン交換体は、カラムが平衡状態になるとマトリックスの電荷を失わないため、幅広いpH緩衝液を使用できます。「弱」イオン交換体は、電荷を維持できるpH値の範囲があります。弱イオン交換カラムに使用する緩衝液のpHがマトリックスの容量範囲を超えると、カラムは電荷分布を失い、目的の分子が失われる可能性があります。[ 31 ]弱イオン交換体のpH範囲は狭いにもかかわらず、特異性が高いため、強イオン交換体よりもよく使用されます。一部の実験では、弱イオン交換体の保持時間は、高い特異性で目的のデータを得るのにちょうど十分な長さです。[ 32 ]
イオン交換カラムの樹脂（しばしば「ビーズ」と呼ばれる）には、弱酸/強酸や弱塩基/強塩基などの官能基が含まれる場合があります。また、陽イオンと陰イオンの両方を交換できる両性官能基を持つ樹脂を備えた特殊なカラムもあります。[ 33 ]強イオン交換樹脂の官能基の例としては、陰イオン交換体である第四級アンモニウムカチオン（Q）や、陽イオン交換体であるスルホン酸（S、-SO2OH ）などがあります。 [ 34 ]これらのタイプの交換体は、pH 0～14 の範囲で電荷密度を維持できます。弱イオン交換樹脂の官能基の例としては、陰イオン交換体であるジエチルアミノエチル（ DEAE、-C2H4N ( C2H5 ) 2 ）や、陽イオン交換体であるカルボキシメチル（CM、-CH2 - COOH）[ 35 ]などがあります。これら2種類の交換体は、pH5～9の範囲でカラムの電荷密度を維持することができる。
イオンクロマトグラフィーでは、溶質イオンと固定相の電荷に基づく相互作用によって、どのイオンがどの程度結合するかが決まります。固定相に陰イオンを引き付ける正の基がある場合、それは陰イオン交換体と呼ばれ、固定相に陽イオンを引き付ける負の基がある場合、それは陽イオン交換体と呼ばれます。[ 36 ]イオンと固定相間の引力は、イオン交換体として使用される樹脂や有機粒子にも依存します。
各樹脂は、固定相上の樹脂グループへの結合を競合する溶質イオンの種類に応じて変化する相対的な選択性を有しています。選択性係数（平衡定数に相当）は、樹脂と各イオンの濃度比によって決定されますが、一般的な傾向として、イオン交換体は、電荷が高く、水和半径が小さく、分極率が高いイオン、つまりイオンの電子雲が他の電荷によって乱される能力が高いイオンへの結合を好みます。[ 37 ]この選択性にもかかわらず、選択性の低いイオンが過剰にカラムに導入されると、選択性係数によってイオン交換クロマトグラフィー中に起こる結合反応の変動が許容されるため、より少ないイオンが固定相に多く結合することになります。
以下の表は、一般的に使用されているイオン交換体を示しています。[ 38 ]
サンプルは、手動またはオートサンプラーを用いて、既知容量のサンプルループに導入されます。移動相と呼ばれる緩衝水溶液が、ループからサンプルを、何らかの固定相材料を含むカラムへと運びます。固定相材料は通常、共有結合した荷電官能基を持つアガロースまたはセルロースビーズからなる樹脂またはゲルマトリックスです。カラムの所望の電荷を得るためには、固定相の平衡化が必要です。カラムが適切に平衡化されていない場合、目的の分子がカラムに強く結合しない可能性があります。目的の分析物（陰イオンまたは陽イオン）は固定相に保持されますが、固定相から分析物イオンを置換する同様の電荷を持つ物質の濃度を増加させることで溶出させることができます。例えば、陽イオン交換クロマトグラフィーでは、正に帯電した分析物は、正に帯電したナトリウムイオンを添加することで置換できます。その後、目的の分析物は、通常は導電率またはUV /可視光吸収によって何らかの方法で検出する必要があります。
ICシステムを制御するには、通常、クロマトグラフィーデータシステム（CDS）が必要です。これらのCDSの中には、ICシステムに加えて、ガスクロマトグラフィー（GC）やHPLCも制御できるものがあります。
イオン交換クロマトグラフィーの一種である膜交換クロマトグラフィー[ 39 ] [ 40 ]は、ビーズを充填したカラムの使用における制限を克服するために設計された比較的新しい精製法です。膜クロマトグラフィー[ 41 ] [ 42 ]装置は、メンテナンスと再検証に時間を要する他のクロマトグラフィー装置とは異なり、大量生産が安価で使い捨てです。物質を分離する際に一般的に使用される膜吸収体には、3種類あります。3種類とは、平板、中空糸、およびラジアルフローです。膜クロマトグラフィーに最も適した吸収体は、吸収容量が大きいため、複数の平板です。これは、物質移動の制限[ 43 ]と圧力損失[ 44 ]を克服するために使用でき、ウイルス、プラスミドDNA、およびその他の大きな高分子の分離と精製に特に役立ちます。カラムには、標的タンパク質を結合できる吸着性部分を含む内部細孔を持つ微多孔膜が充填されています。吸着膜は、さまざまな形状と化学組成で入手可能であり、ビーズを使用する場合の 10 倍の効率で精製、分画、濃縮、および清澄化に使用できます。[ 45 ]膜は、膜自体を分離することによって準備でき、膜を正方形に切断して固定します。より最近の方法では、支持膜に付着した生細胞を使用し、シグナル伝達分子の同定と清澄化に使用します。[ 46 ]
イオン交換クロマトグラフィーは、タンパク質が荷電官能基を持つため、タンパク質の分離に使用できます。目的のイオン（この場合は荷電タンパク質）は、荷電固体支持体上の別のイオン（通常は H +）と交換されます。溶質は、一般的に液体相、つまり水であることが多いです。たとえば、水中のタンパク質は、カラムを通過する液体相になります。カラムは、特定の電荷を持つ多孔質合成粒子で満たされているため、一般的に固体相として知られています。これらの多孔質粒子はビーズとも呼ばれ、電荷を持つためにアミノ化（アミノ基を含む）または金属イオンを持つ場合があります。カラムは多孔質ポリマーを使用して準備できます。100,000 Da を超える質量の高分子の場合 、 多孔質粒子の最適サイズは約 1 μm 2です。これは、細孔内の溶質の拡散が遅いため、分離品質が制限されないためです。[ 47 ]負に帯電したタンパク質を引き付ける正に帯電した基を含むビーズは、一般的に陰イオン交換樹脂と呼ばれます。 pH 7（水のpH）で負に帯電した側鎖を持つアミノ酸は 、グルタミン酸とアスパラギン酸です。負に帯電したビーズは陽イオン交換樹脂と呼ばれ、正に帯電したタンパク質が引き寄せられます。pH 7で正に帯電した側鎖を持つアミノ酸は、 リジン、ヒスチジン、アルギニンです。[ 48 ]
等電点とは、化合物（この場合はタンパク質）が正味電荷を持たないpHのことです。タンパク質の等電点（PI）は、側鎖のpKaを使用して決定できます。アミノ基（正鎖）がカルボキシル基（負鎖）を打ち消すことができれば、タンパク質はそのPIになります。pH 7で電荷を持たないタンパク質の場合、水の代わりに緩衝液を使用することは 良い考えです。pHを操作して、タンパク質とビーズ間のイオン相互作用を変化させることができるからです。[ 49 ]弱酸性または弱塩基性の側鎖は、pHがそれぞれ十分に高いか低い場合に電荷を持つことができます。分離は、タンパク質の自然な等電点に基づいて達成できます。あるいは、タンパク質にペプチドタグを遺伝的に追加して、タンパク質の等電点をほとんどの天然タンパク質からずらすこともできます（たとえば、陽イオン交換樹脂に結合するための6つのアルギニン、またはDEAE-セファロースなどの陰イオン交換樹脂に結合するための6つのグルタミン酸）。
移動相のイオン強度を高めることによる溶出は、より微妙なメカニズムです。これは、移動相中のイオンが固定相に固定されたイオンと相互作用することで、固定相がタンパク質から「遮蔽」され、タンパク質が溶出する仕組みです。
イオン交換カラムからの溶出は、単一電荷の変化に敏感である可能性がある。イオン交換クロマトグラフィーは、特定の多量体タンパク質集合体の分離にも有用であり、荷電ペプチドタグの数と位置の両方に応じて特定の複合体を精製することができる。[ 50 ] [ 51 ]
イオン交換クロマトグラフィーでは、適用する緩衝液とイオン交換体のpHが1pH単位まで異なる場合でも、ギブス・ドナン効果が観察されます。たとえば、陰イオン交換カラムでは、イオン交換体がプロトンを反発するため、カラム付近の緩衝液のpHは他の溶媒のpHよりも高くなります。 [ 52 ]その結果、実験者は、目的のタンパク質が「実際の」pHで安定しており、適切に電荷を帯びていることを確認する必要があります。
この効果は、樹脂と溶液からそれぞれ1つずつ、電荷が類似した2つの粒子が両側に適切に分配されないことが原因で生じ、一方のイオンが他方のイオンよりも選択的に取り込まれる。[ 53 ] [ 54 ]例えば、カチオン交換樹脂であるスルホン化ポリスチレン樹脂では、塩酸緩衝液の塩素イオンが樹脂に平衡するはずである。しかし、樹脂中のスルホン酸の濃度が高いため、HClの水素はカラムに入る傾向がない。このことと電気的中性の必要性が相まって、樹脂に入る水素と塩素の量が最小限になる。[ 54 ]
イオンクロマトグラフィーの利用例として、銀イオンクロマトグラフィーが挙げられます。通常、銀とアセチレン結合およびエチレン結合を含む化合物との相互作用は非常に弱いものです。この現象はオレフィン化合物で広く検証されています。オレフィンが銀イオンと形成するイオン錯体は弱く、π、σ、d軌道の重なりと利用可能な電子に基づいて形成されるため、二重結合に実質的な変化は生じません。この性質を利用して、主に脂肪酸である脂質を混合物から銀イオンを用いて二重結合の数が異なる画分に分離しました。イオン樹脂に銀イオンを含浸させ、その後、様々な酸（ケイ酸）に曝露して、特性の異なる脂肪酸を溶出させました。
アルカリ金属イオンの検出限界は1 μMまで低くすることができます。[ 55 ] HbA1c、ポルフィリンの測定や水質浄化 に使用できます。イオン交換樹脂（IER）は、その高い容量と分離プロセスの単純なシステムにより、特に医薬品で広く使用されています。合成用途の1つは、腎臓透析にイオン交換樹脂を使用することです。この方法は、セルロース膜人工腎臓を使用して血液成分を分離するために使用されます。[ 56 ]
イオンクロマトグラフィーのもう 1 つの臨床応用は、剖検材料から得られたヒト血清および組織からクレアチンキナーゼ (CK) アイソザイムを分離するために使用される迅速陰イオン交換クロマトグラフィー技術です (主に心筋や脳などの CK が豊富な組織が使用されました)。これらのアイソザイムには MM、MB、および BB があり、これらは異なるアミノ酸配列を持ちながらすべて同じ機能を実行します。これらのアイソザイムの機能は、ATP を使用してクレアチンをホスホクレアチンに変換し、ADP を放出することです。ミニカラムに DEAE-Sephadex A-50 を充填し、さらにさまざまな濃度のトリス緩衝液塩化ナトリウムで溶出しました (各濃度は、溶出を操作するために有利に選択されました)。分離のためにヒト組織抽出物をカラムに挿入しました。すべてのフラクションを分析して総 CK 活性を調べ、各 CK アイソザイム源には特徴的なアイソザイムが含まれていることがわかりました。最初に CK-MM が溶出され、次に CK-MB、続いて CK-BB が溶出されました。したがって、各サンプルに含まれるアイソザイムは組織特異的であるため、それらを用いて発生源を特定することができた。
結果から得られた情報を用いて、患者の診断と最も多く検出されたCKアイソザイムの種類との相関関係を明らかにすることができた。その結果、調査対象となった71人の患者のうち約35人が心筋梗塞を患っており、CK-MMおよびCK-MBアイソザイムも豊富に存在していたことがわかった。さらに、腎不全、脳血管疾患、肺疾患など、他の多くの診断ではCK-MMアイソザイムのみが検出され、他のアイソザイムは検出されなかった。本研究の結果は、さまざまな疾患と検出されたCKアイソザイムとの相関関係を示しており、さまざまな手法を用いた過去の検査結果を裏付けるものである。本研究以降、心筋梗塞患者に見られるCK-MBに関する研究は拡大し、イオンクロマトグラフィーが応用されている。
1975 年以来、イオンクロマトグラフィーは多くの産業分野で広く使用されています。主な利点は、信頼性、非常に優れた精度と正確性、高い選択性、高速性、高い分離効率、および消耗品の低コストです。イオンクロマトグラフィーに関連する最も重要な開発は、新しいサンプル前処理方法、分析対象物の分離の速度と選択性の向上、検出限界と定量限界の低下、適用範囲の拡大、新しい標準方法の開発、小型化、および新しい物質群の分析範囲の拡大です。電気めっき浴の電解質と独自の添加剤の定量試験が可能です。[ 57 ]これは、定性的なハルセル試験または精度が低い UV 試験の進歩です。イオン、触媒、光沢剤、および促進剤を測定できます。[ 57 ]イオン交換クロマトグラフィーは、陰イオン種と陽イオン種の両方を検出するための広く知られた普遍的な技術に徐々になっています。このような目的のアプリケーションは、さまざまな関心分野、特に製薬業界向けに開発されているか、開発中です。近年、医薬品におけるイオン交換クロマトグラフィーの使用が増加しており、2006年には、イオン交換クロマトグラフィーに関する章が米国薬局方・国民医薬品集（USP-NF）に正式に追加されました。さらに、2009年のUSP-NFの発行では、米国薬局方は、導電率検出とパルスアンペロメトリー検出の2つの技術を使用したイオンクロマトグラフィーのいくつかの分析を利用可能にしました。これらのアプリケーションの大部分は、主に医薬品中の残留限界の測定と分析に使用され、シュウ酸塩、ヨウ化物、硫酸塩、スルファミン酸塩、リン酸塩、およびカリウムやナトリウムなどのさまざまな電解質の限界の検出が含まれます。合計で、2009年のUSP-NFでは、導電率検出またはパルスアンペロメトリー検出のいずれかを使用して、活性化合物または活性化合物の成分を分析するための28の検出方法が正式にリリースされました。[ 58 ]
医薬品の分析におけるイオンクロマトグラフィーの応用への関心が高まっています。イオンクロマトグラフィーは、製品開発や品質管理試験のさまざまな側面で使用されています。たとえば、イオンクロマトグラフィーは、医薬品有効成分分子の安定性や溶解性を向上させるために使用され、有機溶媒に対する耐性が高いシステムを検出するためにも使用されます。イオンクロマトグラフィーは、溶解試験の一部として分析対象物の測定に使用されてきました。たとえば、カルシウム溶解試験では、媒体中に存在する他のイオンが互いに、またカルシウムイオンからも十分に分離できることが示されています。そのため、錠剤やカプセルの形態の医薬品において、時間とともに溶解する薬物の量を決定するためにイオンクロマトグラフィーが使用されています。[ 59 ]イオンクロマトグラフィーは、医薬品製剤に使用される賦形剤または不活性成分の検出および定量にも広く使用されています。イオンクロマトグラフィーによるこのような製剤中の糖および糖アルコールの検出は、これらの極性基がイオンカラムで分離されるため行われています。イオンクロマトグラフィー法は、医薬品物質および製品中の不純物の分析にも確立されています。不純物や薬剤の化学構造の一部ではない成分が評価され、患者に1日に投与すべき薬剤の最大量と最小量についての知見が得られる。[ 60 ]
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