Warum ist die Probenvorbereitung vor der Trennung für Ihre Analyse unverzichtbar?

Beim Einsatz der Ionenchromatographie (IC) als Analysetechnik können Proben oft nicht direkt auf die Trennsäule injiziert werden. Dafür gibt es mehrere Gründe: Proben können Partikel oder Kolloide enthalten, die Analytkonzentrationen können zu hoch oder zu niedrig sein, die Probenmatrix ist für eine Direktinjektion ungeeignet oder die Probe muss erst neutralisiert werden. Dies sind gängige und teilweise aufwendige Herausforderungen im Laboralltag. Die Techniken der Metrohm[HS1]  Inline-Probenvorbereitung (MISP)  bieten für solche Situationen ein breites Spektrum an einfachen, kosten- und zeitsparenden Lösungen. Dieser Artikel gibt einen Überblick und einige Einblicke in die MISP-Techniken – unsere Lösungen für die automatisierte Inline-Probenvorbereitung verschiedener Matrizes für die IC-Analyse. Die Verwendung von MISP ist der erste Schritt, um wertvolle Zeit und Geld zu sparen und gleichzeitig die Zuverlässigkeit und Präzision Ihrer Messungen zu erhöhen.

Die folgenden Themen werden behandelt (klicken Sie, um direkt zu einem Thema zu gelangen):

• Einführung in MISP
• Das gängigen Inline-Probenvorbereitungslösungen von Metrohm: Inline-Ultrafiltration, Inline-Dialyse, Inline-Verdünnung und und intelligente Partial-Loop-Injektionstechnik
• Metrohm-Inline-Extraktion
• Metrohm Inline-Anreicherung
• Metrohm Inline-Anreicherung mit Inline-Matrixeliminierung
• Metrohm Inline-Neutralisation
• Metrohm Inline-Kationenentfernung
• Zusammenfassung

Alle Schritte der Inline-Probenvorbereitung erfolgen zwischen dem Autosampler, auf dem die Proben platziert werden, und dem dem 6-Port-Ventil, mit dem die Proben auf die analytische Säule injiziert werden (Abbildung 2). 

Die gängigen Inline-Probenvorbereitungslösungen von Metrohm: Inline-Ultrafiltration, Inline-Dialyse, Inline-Verdünnung und intelligente Partial-Loop-Injektionstechnik 

Viele Arten von Proben enthalten Partikel (z. B. Abwasser, Flusswasser usw.), diese sollten niemals direkt auf die Trennsäule injiziert werden. Aus diesem Grund bietet Metrohm IC-Geräte mit einer Ultrafiltrationslösung an, bei der die Partikel vor der Injektion aus der Probe entfernt werden. Inline-Ultrafiltration ist vollautomatisch und erfordert keine manuelle Probenfilterung, dies spart Zeit und Arbeit zusätzlich fallen keine Verbrauchskosten für z.B. Spritzenvorsatzfilter an.

Klicken Sie auf das Video, um zu sehen, wie das Prinzip der Inline-Ultrafiltration funktioniert.

Für Probenmatrizes mit hohen organischen Belastungen, wie Kolloide, Proteine, oder Öltröpfchen, stellt die Inline-Dialyse eine sehr gute ökonomische Lösung da. Im Gegensatz zur herkömmlichen Carrez-Fällung entfallen zahlreiche manuelle Probenvorbereitungsschritte, was die Inline-Dialyse zu einer wirtschaftlichen und unkomplizierten Technik macht, um komplexe Proben wie Frucht- bzw. Gemüsesäfte, Milch oder anderer Milchprodukte zu analysieren. Sowohl die Inline-Ultrafiltration als auch die Inline-Dialyse garantieren lange Standzeiten der Trennsäulen und schützen das IC-Systeme vor unnötigen Ausfallzeiten.

Die Partial-Loop-Injektionstechnik (MiPT) bzw. Inline-Verdünnung kann dem Ultrafiltrations-Setup hinzugefügt werden, wenn die Analytkonzentrationen in den Proben stark variieren und somit außerhalb des Kalibrationsbereich liegen können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil  von Partial-Loop-Injektionstechnik oder Inline-Dilution ist die Möglichkeit die vollautomatische Durchführung einer Inline-Kalibrierung aus nur einer Standardstammlösung. Dies spart wiederum wertvolle Zeit, die ansonsten für die Herstellung der Standardreihe aufgewendet werden müsste, und erhöht zusätzlich die Messsicherheit, indem Pipettier- und Berechnungsfehler auf ein Minimum reduziert werden.

Abbildung 3 zeigt, die Kostenersparnis, die mit einem Metrohm Ionenchromatographen erzielt werden. Die Zahlen basieren auf den Daten eines US-Auftragslabor, das jährlich etwa 14.000 Proben auf einem Metrohm-IC-System analysiert. Wird ein Ionenchromatograph mit Metrohm Inline-Probenvorbereitungstechniken kombiniert lassen sich die Betriebskosten deutlich einsparen z.B. verlängert sich die Lebensdauer der Säule durch die Inline-Filtration und der Zeitaufwand wird durch die automatische Anpassung der Probenkonzentration mit der Inline-Verdünnung reduziert.

 In der Ionenchromatographie sind die Probenmatrizes äußerst vielfältig. Daher sind spezifischere MISP-Techniken erforderlich (Abbildung 4), diese werden in den folgenden Abschnitten näher erklärt. 

Metrohm-Inline-Extraktion

Die Extraktion, ist eine gängige Technik zur Probenreinigung und -vorbereitung, welche es ermöglicht, Komponenten von einem Medium in ein anderes zu überführen, dadurch ist die Analyse von ionischen Komponenten in unpolaren organischen Matrizen durchführbar. Es sind viele verschiedene Extraktionsverfahren bekannt, eine davon ist die klassische Flüssig-Flüssig-Extraktion. Eine Flüssig-Flüssig-Extraktion wird bei der Metrohm Inline-Extraktion automatisiert durchgeführt, hierbei werden wasserlösliche Komponenten aus einer unpolaren organischen Phase (z. B. Bioethanol) in die wässrige Phase zu überführen – dies ist eine Voraussetzung für die IC-Analyse. Eine exakte Menge der Probe (organische Phase) wird in das Verdünnungsgefäß vorgelegt, das Extraktions-Medium (meist Reinstwasser) wird hinzu addiert und für eine bestimmte Zeit gerührt wird. Nach einer kurzen Standzeit bilden sich zwei Phasen, wobei die wässrige Phase nun alle extrahierbaren, wasserlöslichen Bestandteile der ursprünglichen Probe enthält. Bei der anschließenden automatisierten Metrohm[HS1]  [HS2] Inline-Dialyse werden aus dieser Phase verbleibende organische Tröpfchen entfernt.

Metrohm Inline-Anreicherung

Für jede Analysenmethode gibt es Grenzen hinsichtlich der kleinsten nachweisbaren Konzentration. Bei der Ionenchromatographie liegen diese Grenzen je nach verwendetem System zwischen 0,1 µg/L und 100 µg/L für eine Full-Loop-Injektion von 20 µL. Metrohm Inline-Anreicherung erhöht die Messempfindlichkeit erheblich und eröffnet genaue Messungen in Konzentrationsbereichen bis in den ng/L-Bereich.

Für diese MISP-Technik wird anstelle einer Probenschleife eine Anreicherungssäule (preconcentration column, PCC) verwendet. Die Anreicherungssäule weist ähnliche funktionelle Eigenschaften wie Trennsäulen auf – wird ein definiertes Probenvolumen über die PCC geleitet, werden die relevanten Ionen darauf zurückgehalten. Durch die Injektion werden die angesammelten Ionen mit dem Eluent auf die Trennsäule eluiert.

Klicken Sie auf das Video, um zu sehen, wie die Metrohm Inline-Anreicherung funktioniert.

Intelligente Anreicherung mit Inline-Matrixeliminierung

Die Metrohm Intelligente Anreicherungstechnik mit Matrixeliminierung (MiPCT-ME) ermöglicht die Bestimmung geringer Konzentrationen von Analyten in einer nichtionischen Matrix mit einer hohen Reproduzierbarkeit. Die Probe wird durch eine Anreicherungssäule gepumpt, so dass die Anlytionen zurückgehalten werden. Die nichtionischen Bestandteile der Probe, die noch in der Anreicherungssäule sind, werden von dieser mit Reinstwasser gespült.

Das Entfernen der nichtionischen Bestandteile aus der Probe verhindert, dass diese die Analyse der Analytionen stören. Mit MiPCT-ME (Abbildung 5) lassen sich Konzentrationen zwischen ng/L und mg/L mit einem hohen Grad an Präzision und Genauigkeit messen. Diese automatisierte Inline-Probenvorbereitungstechnik wird im Allgemeinen für die Spurenanalyse in Matrizes wie Methanol, Wasserstoffperoxid, Isopropanol, Ethanol, Prozesswässern von Kernkraftwerken und Chemikalien in Halbleiterqualität verwendet.

Metrohm Inline-Neutralisation

Stark alkalische oder saure Proben können zu Problemen führen bei der Ionenchromatographie, da sie die Trennsäule schädigen und die Trennleistung direkt beeinflussen können. Diese Arten von Proben können von Natur aus sauer oder alkalisch sein oder es handelt sich um saure bzw. alkalische Aufschlüsse, die notwendig sind um Analyten aus Böden, Textilien oder anderen festen Matrizen zu extrahieren. Mithilfe der Metrohm Inline[HS1] -Neutralisation können solche Proben während der Probeninjektion vollautomatisch neutralisiert und anschließend ohne manuellen Eingriff direkt analysiert werden. Diese Technik eignet sich auch Ultraspurenanalytik. Nach der Inline-Neutralisation können auch stark alkalische Proben angereichert werden, was Analysen von Konzentrationen im im ng/L-Bereich ermöglicht.

Metrohm Inline-Kationenentfernung

Metrohm Inline-Kationenentfernung ist ein besonders praktisches Werkzeug, um beispielsweise Übergangsmetalle aus Galvanikproben zu entfernen. Die Metallionen werden gegen Natrium (Na⁺) im Probenvorbereitungsmodul (SPM) getauscht. Ein einfacher Austausch gegen Protonen ist manchmal nicht möglich, speziell bei Proben aus der Galvanotechnik, da hierbei zu saure Proben entstehen würden.  Die Inline-Kationenentfernung verhindert die Ausfällung von Metallhydroxiden im IC-System. Die Analyse mit integrierter Inline-Kationenentfernung funktioniert vollautomatisch, robust und zuverlässig.

Zusammenfassung

MISP-Techniken bieten Laboren viele Möglichkeiten, um ihre herausfordernden, manuellen Probenvorbereitungen, zu automatisieren. Die Ergebnisse sind eindeutig:

• weniger Zeit wird für lästige, sich wiederholende Aufgaben aufgewendet
• Daten sind zuverlässiger und reproduzierbar, wenn manuelle Fehler minimiert werden
• Kosteneinsparungen durch reduzierten manuellen Arbeitsaufwand und höheren Probendurchsatz

Weitere Highlights für die Metrohm Inline-Probenvorbereitung sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. 

Je nach Anwendung bietet Metrohm verschiedene an ProfIC Vario-Systeme bestehend aus automatisierten MISP-Techniken kombiniert mit einem voll ausgestatteten 940 Professional IC Vario inklusive Automatisierung. 

Ihr Wissen zum Mitnehmen

Metrohm Inline-Probenvorbereitung und intelligente Injektionstechniken

Broschüre: Metrohm Inline-Probenvorbereitung

Metrohm-Blog: Steigern Sie Produktivität und Rentabilität in der Umweltanalytik mit IC

Webinar: Automatische Kalibrierung im IC