Ионообменная хроматография в фармацевтическом анализе

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Курсовая работа на тему:

«Ионообменная хроматография в фармацевтическом анализе»

Выполнил: студент IV курса 1й группы

дневного  отделения

фармацевтического факультета

Бугаёв  Фёдор Сергеевич

Содержание.

1. Введение………………………………………………………………….….3
2. Сущность метода. Ионообменники. Ионное равновесие………………...6
3. Селективность ионного обмена и факторы его определяющие………...16
1. Принцип работы ячейки...………………………………………….…18
4. Методы ионообменной хроматографии…………………………………..21
1. Кондуктометрическая анионная хроматография: двухколоночные методы……………………………………………………………….…21
2. Кондуктометрическая катионная хроматография: двухколоночные методы……………………………………………………………….…30

4.3.Кондуктометрическая катионная  хроматография: одноколоночные методы…………………………………………………………………....…36

4. Кондуктометрическая анионная хроматография: одноколоночные методы……………………………………………………………..…39
5. Применение ионообменной хроматографии ……………………………44
1. Применение ионообменных смол в сорбционной очистке этанола от микропримесей…………………………………………………..44
2. Применение ионообменной хроматографии для разделения изоформ малатдегидрогеназы из Sphaerotilus natans штамм Д-507, культивируемых в условиях миксотрофного роста…………..….48
3. Применение ионообменной хроматографии для очистки аконитатгидратазы из миокарда крысы в условиях нормы и при индукции апоптоза…………………………………………………53
4. Особенности сорбции этаналя полифункциональным анионообмеником…………………………………………….……59
5. Термодинамическое описание сорбции тирозина анионообменником АВ-17-2П в форме триптофана………….…65

Список литературы………………………………………………………..70

1. Введение.

     Заметный вклад в развитие  хроматографического метода внес  Г. Шваб (Германия), явившийся основателем  ионообменной хроматографии (1937 – 1940). Дальнейшее развитие она  получила в работах советских  ученых Е.Н. Гапона и Т.Б.  Гапона, которые провели хроматографическое  разделение смеси ионов в растворе (совместно с Ф.М. Шемякиным, 1947), а также осуществили высказанную  еще Цветом идею о возможности  хроматографического разделения  смеси веществ на основе различия  в растворимости труднорастворимых  осадков (осадочная хроматография, 1948).

     Современный этап в развитии  ионообменной хроматографии начался  в 1975 г. после работы Г. Смолла, Т. Стивенса и У. Баумана (США), в которой они предложили новый аналитический метод, названный ионной хроматографией (вариант высокоэффективной ионообменной хроматографии с кондуктометрическим детектированием).

     Сегодня хроматография находит  применение в самых различных  отраслях научной и практической  деятельности человека. Так, в  аналитической химии это уникальный  метод разделения и анализа  сложных многокомпонентных смесей. Велика роль хроматографии в  контроле окружающей среды. В  промышленности она стала не  только рутинным методом контроля  производства и качества продукции,  но и промышленным методом  выделения и обогащения ценных  продуктов, имеющим во многих  случаях преимущество перед традиционно  используемыми ректификацией и  кристаллизацией.

Определение неорганических и органических ионов  является практически важной и достаточно сложной аналитической проблемой. Наиболее общим и универсальным  методом решения этой задачи является ионообменная хроматография. Развитие высокоэффективной жидкостной хроматографии высокого давления стимулировало развитие нового направления в ионообменной хроматографии - так называемой ионной хроматографии.

Ионная  хроматография - это вариант ионообменной хроматографии, включающий ионообменное разделение ионов и кондуктометрическое  определение концентрации хроматографически  разделенных ионов. Поскольку высокочувствительное кондуктометрическое определение  ионов возможно только при невысокой  фоновой электропроводности потока жидкости, поступающей в детектор, были предложены два основных метода ионной хроматографии.

Первый  метод, предложенный в 1975 г. Смолом, Стивенсом и Бауманом, основан на компенсации (подавлении) электролита с помощью второй ионообменной колонки, расположенной между детектором и разделяющей колонкой. Этот метод назван ионной хроматографией. В настоящее время этот термин используется в более широком смысле - для обозначения нового направления в целом.

Второй  метод, предложенный Гьрде, Фритцем  и Шмуклер, основан на использовании  для разделения электролита с  невысокой электропроводностью. Вторая (подавительная)колонка в этом случае не используется.

Методу  ионной хроматографии присущи следующие  особенности: 1) использование новых  поверхностно-слойных сорбентов  с небольшой емкостью (порядка 10^-2-10^-2 мэкв/г) и небольшим размером частиц (5-50 мкм) для разделения ионов; 2) повышение скорости потока и, следовательно, повышение давления на входе колонки (≈2-15 МПа); 3) использование высокочувствительных детекторов с автоматической записью сигнала, пропорционального концентрации разделенных ионов. Например, использование кондуктометрического детектора позволяет определять ионы с концентрацией порядка 10^-3 мкг/мл (применение концентрирующей колонки позволяет уменьшить это значение на 2-3 порядка величины).

Широкое распространение  ионной хроматографии обусловлено  рядом ее достоинств:

а) возможность определять очень большое число неорганических и органических ионов, а также одновременно определять катионы и анионы;

б) высокая чувствительность определения (до 1 нг/мл без предварительного концентрирования);

в) высокая  селективность и экспрессность (можно  определять 10 ионов за 10-15 минут, а  при градиентном элюировании - 22 иона за 25 мин);

г) малый  объем анализируемой пробы (требуется  не более 2 мл образца);

д) широкий  диапазон определяемых концентраций (от 1 нг/мл до 1000 мг/л без разбавления) [4,8];

2. Сущность метода. Ионообменники. Ионное равновесие.

В ионообменной хроматографии разделение компонентов  смеси достигается за счет обратимого взаимодействия ионизирующихся веществ  с ионными группами сорбента. Сохранение электронейтральности сорбента обеспечивается наличием способных к ионному  обмену противоионов, расположенных  в непосредственной близости к поверхности. Ион введенного образца, взаимодействуя с фиксированным зарядом сорбента, обменивается с противоионом. Вещества, имеющие разное сродство к фиксированным зарядам, разделяются на анионитах или на катеонитах. Аниониты имеют на поверхности положительно заряженные группы и сорбируют из подвижной фазы анионы. Катиониты соответственно содержат группы с отрицательным зарядом, взаимодействующие с катионами. Амфотерные (биполярные) иониты содержат в своей матрице и катионные и анионные обмениваемые группы. Эти иониты способны образовывать внутренние соли, которые диссоциируют в контакте с электролитами и связывают оба их компонента. Амфотерные иониты легко регенерируются водой[1,4,7.8].

В качестве ПФ в ионообменной хроматографии  используют ионные растворы (водные растворы солей, кислот и оснований), т.е. системы  растворителей, имеющих высокое  значение диэлектрической проницаемости  и способность ионизировать соединения. Обычно работают с буферными растворами, поддерживающими определенные значения рН.

При хроматографическом разделении ионы анализируемого вещества конкурируют с ионами, содержащимися  в элюенте, стремясь вступать во взаимодействие с противоположно заряженными группами сорбента. Отсюда следует, что ионообменную хроматографию можно применять  для разделения любых соединений, которые могут быть каким-либо образом  ионизированы.

Ионообменная  хроматография целесообразна при  разделении высокополярных веществ, которые  без перевода в производные не могут быть проанализированы методом  ГЖХ. К таким соединениям относятся  аминокислоты, пептиды, гетероциклические  основания, углеводы.

Механизм  анионного обмена можно представить  в виде уравнения:

X^- + R⁺Y^- ↔ Y^- + R⁺X^-

Аналогично  уравнение для катионного обмена:

Х⁺ +R^-Y⁺ ↔ Y⁺ + R^-X⁺

В первом случае ион образца X^- конкурирует с ионом подвижной фазы Y^- за ионные центры R⁺ ионообменника, а во втором в конкуренцию с ионами подвижной фазы Y⁺ за ионные центры R^- вступают катионы образца Х⁺ (рис 1).

Рис 1. Схематическое  изображение обмена ионами между  ионитом и раствором.

Зерно катионита, насыщенного противоионами А. помещают в раствор, содержащий противоионы В (слева). В результате диффузии происходит перераспределение ионов между ионитом и раствором. После установления равновесия (справа) ионит и раствор содержат ионы А и В в определенных количественных соотношениях (здесь 1 : 1 и 2 : 1). Число противоионов в ионите должно всегда удовлетворять условию электронейтральностн.

Естественно, что ионы анализируемой пробы, слабо  взаимодействующие с ионообменником, при этой конкуренции будут слабо  удерживаться в колонке и первыми  вымываться из нее и, наоборот, наиболее сильно удерживаемые ионы будут элюированы из колонки последними. Кроме ионных-ионных взаимодействий на поверхности сорбента возникают вторичные взаимодействия неионной природы за счет адсорбции или водородных связей сорбента с неионной частью матрицы или за счет ограниченной растворимости образца в подвижной фазе. Трудно добиться условий, при которых удерживание осуществляется только по ионообменному механизму. Поэтому при прогнозировании удерживания необходимо исходить не только из теоретических закономерностей ионообменной хроматографии, но и из эмпирических наблюдений. Разделение конкретных веществ зависит в первую очередь от выбора наиболее подходящего сорбента и подвижной фазы. В качестве неподвижных фаз в ионообменной хроматографии применяют ионообменные смолы и силикагели с привитыми ионогенными группами.

Применяемые в ВЭЖХ ионообменные смолы представляют собой в основном сополимеры стирола  и дивинилбензола. Относительное  содержание дивинилбензола, определяющее степень сшивки скелета ионита выражают в массовых процентах дивинилбензола в мономерной смеси. Обычно добавляют 8-12% последнего. Чем больше содержание дивинилбензола, тем больше жесткость и прочность полимера, выше емкость и, как правило, селективность и тем меньше набухаемость.

Хроматографические  материалы, содержащие сульфатные или  триалкиламмонийные группы, являются сильными катионнообменниками и  сильными анионообменниками и называются соответственно SCX и SAX. Слабые катионообменники и анионообменники получают на основе ионов карбоксилата -СОО^- или аммония -NH3⁺ соответственно. Существуют также жидкие органические ионообменники - несмешивающиеся с водой жидкости, физически нанесенные на пористые или поверхностно-пористые материалы. Жидкие анионообменники - высокомолекулярные амины или их соли, а катионообменники - эфиры фосфорной или фосфиновых кислот.

Для улучшения  условий разделения в ионообменной хроматографии иногда получают лигандные  комплексы ионов, изменяя при  этом их полярность

Fe₃⁺ + 4Сl^- ↔ FeCl₄^-

и делят на анионообменном носителе анионы тетрахлоржелеза. Так как селективность смолы  зависит от характера противоиона, часто необходимо изменить форму  смолы. Противоионы связаны кулоновскими силами взаимного притяжения с ионообменными  группами и экранируют их заряд. Это  притяжение зависит от физической природы  противоиона, размеров, формы, плотности  электронных оболочек. Одни противоионы  при равенстве концентраций могут  замещать в ионообменнике другие. Ниже приведены ряды противоионов в  порядке убывающей активности и  уменьшения сродства к ионообменной смоле.

HSO₄^- > ClO₃^- > NO₃^- > Br^- > CN^- > НСО₃^- > СН₃СОО^- > OH^- > F^-

Ва²⁺ > Pb²⁺ > Са²⁺> Ni²⁺ > Cd²⁺ > Со²⁺ > Zn²⁺ > Mg²⁺ > Ag⁺ > Cs⁺ > Rb⁺ > K⁺ > NH₄²⁺ > Na⁺ > H⁺ > Li+

M4+ > M³⁺ > M²⁺ > M1⁺

Наиболее  быстрый метод превращения анионита в форму, которая в ряду селективности  стоит выше исходной, состоит в  промывании ее четырехкратным объемом  1 М раствора соответствующей соли. Если для работы необходима форма слабее исходной, то ее сначала переводят в гидроксильную форму, промывая 20-кратным количествам 1 М раствора NaOH, а затем уже превращают в нужную форму. Катеониты переводят в требуемую форму промыванием 1 М раствором нитрата соответствующего металла.

При изменении  ионной формы смолы или в присутствии  органических растворителей, таких, как  ацетонитрил, ТГФ, может изменяться и объем смолы. Если смола уменьшается  в объеме, упаковка в колонке оседает  и образуется мертвый объем наверху  колонки. Это оседание сопровождается потерей эффективности. Если смола  набухает и упаковка в колонке  увеличивается, то возрастает сопротивление  в колонке, что значительно уменьшает  скорость потока и может даже привести к разрушению сорбента. Невысокая стабильность ионогенных материалов является одним из недостатков ионообменной хроматографии, причем анионообменники менее стабильны, чем катионообменники. Для увеличения срока службы колонок используют предколонки, а также регенерацию колонок сильным растворителем. Катиониты, например, регенерируют, обрабатывая 1 М азотной кислотой и продолжительно промывая той подвижной фазой, которая будет использована.

Ионообменники характеризуются степенью набухания  и емкостью. Степенью набухания называют объем упакованного в колонну  обменника (в мл), приходящийся на 1 г его в сухом виде, и имеет размерность мл/г. Максимальное количество ионов, которое может связать ионообменник, определяет его обменная емкость, которая совпадает с концентрацией ионогенных групп. Ёмкость выражается числам ммоль эквивалентов обмениваемого иона на 1 г сухого обменника (моль*экв/г) или на 1 мл упакованного в колонну набухшего ионообменника (ммоль экв/мл) при значениях рН, соответствующих его полной ионизации. Для высокомолекулярных ионов или амфолитов, например белков, вводят понятие "эффективная" обменная емкость, которая зависит от размера молекулы амфолита, расстояния между ионогенными группами и степени доступности всего объема пористой матрицы обменника для этих молекул. Понятия емкости и эффективной емкости могут не совпадать. Иногда приходится снижать полезную емкость сорбента за счет изменения рН, увеличивая при этом его эффективную емкость. Катионообменные смолы имеют емкость около 4,4 ммоль*экв/г, а анионообменные - 3,5-4 ммоль*экв/г для гелеобразной структуры и 2,5 ммоль*экв/г для пористой. Обменная емкость изменяется при изменении рН. При низких рН происходит нейтрализация катионита при добавлении протона:

R^- + Н⁺ ↔ R^-H⁺,

а при  высоких рН подобным образом при  действии щелочи нейтрализуются аниониты:

R⁺ + OН^- ↔ R⁺OH^-.

Ионообменная  емкость сильных катионитов примерно постоянна в диапазоне рН=2-11, но падает до нуля при низких рН, поэтому  они не могут быть использованы при  рН<1. Сильные аниониты должны применяться  при рН<11, слабые катиониты при  рН>6, а слабые аниониты при рН<8. Сильные ионообменники могут  быть использованы в более широком  диапазоне рН, чем слабые. Этим объясняется  широкое применение сильных ионитов, на которых может быть разделено  большее количество веществ разных классов одновременно, особенно если применяют градиентное изменение  рН. Прочно удерживаемые вещества, нестойкие  при крайних значениях рН, целесообразно  разделять на слабых ионитах. В отличие  от сильных ионитов полностью ионизированых при рН=2-11, слабые иониты полностью ионизированы в ограниченной области рН, и их ионизацией можно управлять, варьируя рН элюента в пределах диапазона рабочих значений рН.

Подвижная фаза в ионообменной хроматографии  должна обеспечивать растворимость  различных солей и иметь свойства буферного раствора, необходимые  для ионного обмена, контроля степени  удерживания компонентов пробы  и получения достаточной селективности  разделения.

Иногда  в подвижную фазу (водные буферные растворы) добавляют небольшое количество смешивающихся с водой органических растворителей - метанола, этанола, ацетонитрила, ТГФ. Сила и селективность растворителя зависят от типа и концентрации буферных ионов и других солей, от значения рН и от вида и концентрации добавленных  органических растворителей.

Удерживание в ионообменной хроматографии лимитируется двумя процессами: распределением компонента пробы между водной подвижной  фазой и органической неподвижной  и образованием ионных пар (т.е. анионного  или катионного обмена), причем последний  процесс является доминирующим.

Распределение вещества между фазами зависит от силы электростатического взаимодействия заряженных ионизированных групп вещества с заряженными группами ионообменника. Некоторые гидрофобные соединения или вещества, способные образовывать водородные связи, могут неспецифическим  образом взаимодействовать с  материалом матрицы.

Степень удерживания образца снижается  с увеличением ионной силы подвижной  фазы и увеличивается с увеличением  ионообменной емкости сорбента. Ионная сила подвижной фазы возрастает при  возрастании концентрации буфера и сохранении неизменным рН или при добавлении соли. Важна также концентрация буферных растворов, так как в растворе наблюдается конкуренция между ионами образца и буфера. Уменьшение концентрации буферного раствора увеличивает сродство смолы к образцу, что приводит к увеличению времени удерживания. Концентрация буферного раствора колеблется от 0.001 до 6 моль/л, причем верхняя граница определяется растворимостью соли, используемой в качестве буфера, а нижняя - самой буферной силой, так как в слабом буферном растворе нельзя контролировать уровень рН. Сильных буферных растворов также следует избегать из-за вероятности выпадения осадка и закупоривания колонок. Сила растворителя зависит от типа противоиона, причем степень удерживания образца увеличивается в ряду, обратном лиотропным сериям активности ионов, приведенным выше.

При анализе  рН раствора выбирают таким образом, чтобы молекула сорбата была полностью  ионизирована. Изменение рН подвижной  фазы влияет на удерживание ионизированного  сорбата - с повышением рН времена  удерживания увеличиваются при  анионообменном разделении и уменьшаются  при катионообменном, т.е. происходит уменьшение силы растворителя при анионном и увеличение при катионном обмене. Наиболее заметно влияние градиента  рН раствора вблизи значений рКaхроматографируемого  образца.

Чаще  всего в ионообменной хроматографии  применяют следующие буферные растворы: ацетатный, фосфатный, цитратный, формиатный, аммиачный и боратный. Селективность  разделения в ионообменной хроматографии  зависит от концентрации и вида буферных ионов и органических растворителей, а также от рН среды. Ионообменное разделение можно проводить при  повышенных температурах (40-60°С). Чем  выше температура, тем меньше вязкость подвижной фазы. С другой стороны, более высокие температуры снижают стабильность колонки. Биохимические пробы для сохранения нативных структур и биологической активности принято разделять при низких температурах (4 - 20°С).

Добавка в подвижную фазу смешивающихся  с водой органических растворителей (метанол, этанол, ацетонитрил, диоксан) действует аналогично добавке этих растворителей в ОФХ: элюирующая сила растет, удерживания образца  снижается. Эффект более выражен  для менее полярных растворителей. Добавлением органических растворителей  можно добиться также изменения  селективности хроматографической системы.

Таким образом, уменьшить времена удерживания  в ионообменной хроматографии позволяют  следующие факторы: 1) повышение температуры; 2) повышение концентрации буферного  раствора; 3) снижение степени ионизации  вещества за счет изменения рН.

В хроматографии  биохимических смесей используют модифицированные целлюлозы - карбоксиметилцеллюлоза (слабокислотные свойства), диэтиламиноэтилцеллюлоза (среднеосновные свойства, а также  гидрофильные гели декстрана (сефадексы). На их основе выпускают иониты с  карбоксиметильными, диэтиламиноэтильными, сульфоэтильными, сульфопропильными  и четвертичными основными группами (CM-, DEAE-, SE-, SP- и QAE-сефадексы). Декстрановые иониты подобны макропористым ионообменным смолам. Как и целлюлозные иониты они характеризуются высокой  гидрофильностью, что важно при  работе с биополимерами. Они так  же, как и ионобменные смолы  изготавливаются в форме шариков. Однако поры декстрановых гелей больше по диаметру, в них могут проникать  макромолекулы, поэтому такие иониты широко применяются главным образом  в гель-хроматографии, где ионообменный механизм удерживания имеет второстепенное значение при разделении биополимеров. Аналогичное применение имеют иониты на основе производных агарозы. Например, матрица агарозы связывается с аминокислотами для получения биполярных ионитов, которые селективно реагируют с биополимерами.

Сорбенты для ионообменной хроматографии  получают так же путем ковалентной  прививки к силикагелю ионогенных групп. Ионообменные силикагели не набухают, не сжимаются, как смолы, и отличаются от них большим размером и доступностью внутренних пор как для ионов  образца, так и для противоионов. Благодаря этому быстрее устанавливается  массоперенос даже без повышения  температуры и значительно возрастает эффективность сорбента. Они характеризуются  высокой термической устойчивостью  и выдерживают различные виды стерилизации. Однако, применение сорбентов  на основе силикагеля в ионообменной хроматографии огра¬ничено рабочим  диапазоном рН, в большинстве случаев  верхняя граница которого не должна превышать значений равных 6-7. Хроматограмма ионов переходных металлов, полученная на колонке Диасорб-130-ИДК, 4x250 мм[1,4,7.8].

3. Селективность ионного обмена и факторы его определяющие.

Детекторы для ионообменного хроматографического  разделения обеспечивают непрерывную  регистрацию концентрации анализируемых  ионов в элюате в присутствии  ионов элюента. Конструкция автоматической детектирующей системы иногда бывает довольно сложной.

Очень важно  правильно выбрать тип элюента, его концентрацию и величину рН, необходимые для ионообменного  разделения. Не менее важно, чтобы  детектор был согласован как с  элюентом, так и с анализируемыми ионами, т. е. он должен реагировать  на анализируемые ионы, но не на ионы элюента. Зная принцип работы детектора, можно наиболее полно реализовать  потенциальные возможности ионохроматографической системы.

В ионной хроматографии широко используется кондуктометрическое детектирование, и потому на этот тип устройств  обращается основное внимание. Для  регистрации ионообменного разделения пригодны также спектрофотометрический и электрохимический детекторы[1,4,7.8].

Для автоматического  детектирования ионов при ионообменном разделении применяют разнообразные  устройства. Детекторы можно разделить  на универсальные и селективные. Универсальные детекторы реагируют на все ионы, находящиеся в детектирующей ячейке.

Одним из примеров универсального детектора  является кондуктометрический, поскольку  все ионы, находящиеся в растворе, проводят электрический ток. Спектрофотометрический, электрохимический, пламенно-эмиссионный  и атомно-абсорбционный детекторы  являются селективными, поскольку они  реагируют только на определенные ионы. Спектрофотометрические детекторы  можно сделать почти универсальными, если после колонки осуществлять реакцию анализируемых ионов  с определенными цветообразующими реагентами.

Элюенты в ионообменной хроматографии всегда содержат ионы. С этим постоянным ионным фоном необходимо считаться в  любой детектирующей системе. В  системах с универсальным детектором необходимо переводить анализируемые  и элюирующие ионы в частицы, вызывающие разную реакцию детектора, либо подбирать  элюент, заранее обладающий этим свойством. Обычно фоновый сигнал элюента слабее, чем полезный сигнал. В большинстве  методов, используемых в анионной хроматографии, реализуется именно этот случай. Однако разработаны и системы, в которых  фоновый сигнал выше, чем сигнал образца. Селективные детекторы  удобнее в работе, поскольку можно  подобрать раствор элюента, ионы которого не будут давать сигнала, и  программировать его силу для  улучшения разделения. Возможности  селективных детекторов меньше, чем  универсальных, поскольку первые реагируют  на ограниченное число анализируемых  ионов; однако их способность регистрировать сигнал требуемого иона в присутствии  многих других может быть очень ценной.

Детекторы электропроводности пригодны для обнаружения самых разнообразных  ионов. Такие детекторы реагируют  на вещества, находящиеся в молекулярном состоянии, например воду, этанол или  недиссоциированные молекулы слабых кислот. Это важное обстоятельство нужно  учитывать при создании кондуктометрической  ионохроматографической системы. Ионохроматографический детектор должен реагировать на анализируемые  ионы иначе, чем на ионы элюента. При кондуктометрическом детектировании элюат можно обработать во второй колонке, чтобы ослабить электропроводность элюента и усилить электропроводность анализируемого образца. Можно подобрать и такой элюент, на ионы которого детектор реагирует иначе, чем на ионы образца[1,4,7.8].

1. Принцип работы ячейки.

Если  к двум электродам, находящимся в  растворе электролита, приложено электрическое  напряжение, то анионы в растворе будут  двигаться к аноду, а катионы  к катоду. Число ионов и скорость их движения в объеме электролита  определяют электропроводность раствора. Подвижность ионов (их скорость, деленная на напряженность электрического поля) зависит от заряда и размера иона, температуры, типа среды и концентрации ионов. Скорость движения ионов зависит  от величины приложенного напряжения. Напряжение может быть постоянным либо переменным синусоидальной или прямоугольной  импульсной формы.

Ток в  ячейке измерить нетрудно, однако сопротивление  ячейки определяется напряжением, до которого ионы реагируют на его изменение. Поведение ионов может вызвать  изменение эффективного приложенного напряжения. На рис. показаны некоторые наиболее важные явления, которые могут возникнуть в ячейке. Помимо электролитического сопротивления, может появляться емкостное сопротивление двойного слоя, или фарадеев импеданс.

Если  потенциал на электроде ниже потенциала разложения, то в слой раствора, непосредственно  примыкающий к электроду, будут  притягиваться ионы противоположного заряда и образуется заряженный слой (рис 2).

Этот  заряженный, или двойной, слой состоит  из двух частей: 1) тонкого внутреннего  слоя, в котором концентрация ионов (или потенциал) линейно падает с  расстоянием от поверхности электрода; 2) размытого слоя, в котором концентрация ионов падает экспоненциально.

Рис 2. Ячейка детектора электропроводности.

Возникновение двойного слоя снижает напряжение, приложенное к объему электролита.

Если  потенциал на электроде выше потенциала разложения, то будет происходить  электролиз. В результате процессов  окисления на аноде и восстановления на катоде через границу раздела  электрод — раствор потечет ток. Возникающий при этом фарадеев импеданс может быть вызван медленными процессами переноса электронов либо увеличением  или уменьшением количества ионов  на поверхности электродов. Фарадеев импеданс также меняет эффективное  напряжение, приложенное к электроду.