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Nella seconda parte della nostra serie sullo sviluppo di strumentazione per cromatografia ionica di alta qualità presso Metrohm, tratterò dalla metà degli anni '90 fino alla metà degli anni 2000. Durante questo periodo, Metrohm si è concentrata sull'IC modulare, riducendo la soppressione dello sfondo e introducendo sul mercato ulteriori metodi di rilevamento robusti.
2° generazione: il sistema IC modulare – 1996
Mentre il Labograph è stato presto sostituito da integratori (inizialmente con integratori e successivamente da strumenti di integrazione basati su PC), il rilevatore di conducibilità è rimasto imbattuto per un lungo periodo. I miglioramenti alla configurazione del sistema, così come gli strumenti aggiuntivi per la gestione dei liquidi e le capacità di automazione, hanno prodotto la seconda generazione di Metrohm IC: il sistema modulare.
Allo stesso tempo, i brevetti iniziali sulla soppressione chimica stavano per scadere, consentendo la possibilità di iniziare lo sviluppo del Metrohm Suppressor Module.
Modulo soppressore Metrohm (MSM)
L'idea per l'MSM si basa sulla colonna di soppressione come descritto nell'articolo di Small, Stevens e Baumann [1]. Il suo scopo principale è rimuovere la conducibilità dell'eluente dopo la separazione e prima del rilevamento della conducibilità. Pertanto, l'eluente deve essere convertibile in acqua mediante scambio ionico.
Nel caso della cromatografia anionica, l'idrossido di sodio è un esempio di tale candidato. Sostituendo il sodio con un protone attraverso lo scambio ionico, l'eluente viene convertito in acqua da sola. Gli autori hanno applicato una colonna soppressore di carica opposta (rispetto alla colonna analitica) dopo la colonna analitica [1].
Come per tutte le cose, le colonne soppressore presentano un paio di svantaggi. A volte devono essere rigenerati esternamente. A seconda della quantità di cationi già legati alla colonna del soppressore, il suo comportamento di separazione ed esclusione ionica viene modificato. Ciò porta a cambiamenti nei tempi di ritenzione degli ioni, soprattutto per quanto riguarda il picco carbonato, che si sposta abbastanza fortemente e interferisce con altri picchi di interesse. D'altro canto, uno dei punti più positivi delle colonne soppressori è la loro robustezza.
Quando l'HPLC fallisce: libera il potenziale della cromatografia ionica
Metrohm era alla ricerca di soluzioni per gli svantaggi senza compromettere la robustezza di questo approccio basato su colonne.
Per superare lo spostamento del tempo di ritenzione dovuto all'utilizzo di colonne soppressori, le dimensioni della colonna sono state ridotte drasticamente. Questo ha prodotto in un piccolo scomparto simile a una cartuccia. La capacità dello scambiatore doveva rimanere sufficientemente alta per eseguire, come minimo, un singolo cromatogramma. A condizione che in questo modo venga soppresso un solo cromatogramma con un unico compartimento soppressore, in questo modo tutte le determinazioni hanno esattamente le stesse condizioni e non possono verificarsi spostamenti del tempo di ritenzione.
Ora era necessario rigenerare il compartimento del soppressore prima della successiva iniezione del campione. Qui, è nata l'idea di un'unità rotante a tre scomparti.
Tutti e tre i compartimenti sono collegati a un flusso liquido: l'unità 1 sopprime la conduttività dell'eluente nel flusso analitico, l'unità 2 viene rigenerata con acido e l'unità 3 viene risciacquata (senza acido) con acqua ultrapura o con l'effluente del rivelatore (ora noto come FLUSSO). Prima di ogni iniezione, il rotore MSM viene commutato di una posizione. In questo modo, ogni iniezione utilizza la propria unità soppressore appena rigenerata e risciacquata.
IC robusto: Spiegazione del Metrohm Suppressor Module (MSM).
La configurazione di soppressione finale è stata lanciata come 753 Suppressor Module nel 1996 insieme al sistema modulare composto dal rilevatore di conducibilità 732, dalla pompa 709 IC, dal centro di separazione IC 733, e dal processore di campioni IC 766 più ulteriori moduli di gestione dei liquidi. Insieme a IC Net, il software di acquisizione e gestione dati basato su PC, era disponibile l'automazione completa del sistema cromatografico ionico.
Sebbene l'IC modulare fosse estremamente flessibile e aprisse possibilità per un alto grado di opportunità di automazione, era anche piuttosto complesso per semplici applicazioni quotidiane.
Questo circuito integrato di routine richiesto per gli utenti generici è stato introdotto nel 1999 come il primo cromatografo ionico all-in-one: il 761 Compact IC. Era lo strumento ideale per eseguire direttamente applicazioni standard grazie all'integrazione di tutti i componenti di base necessati per l'analisi IC. Questi includevano: pompa IC, iniettore, modulo soppressore Metrohm con pompa peristaltica per rigenerazione (quando richiesto) e risciacquo e rilevatore di conducibilità. Il 761 Compact IC è stato il primo strumento disponibile solo in una versione metal-free.
IC con rilevamento amperometrico integrato
Il 641 VA Detector e il suo successore, il 791Amperometric Detector, erano strumenti elettronici ad alte prestazioni che richiedevano un livello piuttosto elevato di conoscenza dell'elettrochimica. La gestione e la manutenzione non erano compiti facili, tuttavia gli analisti che avevano familiarità con questi prodotti erano estremamente soddisfatti.
A quel punto, l'impostazione manuale delle tensioni e la compensazione dello sfondo con potenziometri erano obsolete. Pertanto, Metrohm ha introdotto l'817 Bioscan nel 2001.
Era basato sul concetto di IC compatto. L'817 Bioscan era costituito dal rilevatore amperometrico utilizzato principalmente per applicazioni di rilevamento amperometrico pulsato (PAD), un forno a colonna integrato, l'unità valvola 812 (iniettore) e la pompa 709 IC. Questo è stato l'ingresso di Metrohm nell'analisi degli zuccheri.
Rilevamento amperometrico
Il 791Amperometric Detector (introdotto nel 1998 come successore del 641 VA Detector), era ancora dedicato all'uso come rilevatore ideale per applicazioni che applicavano il rilevamento amperometrico DC.
3° generazione: Advanced Modular IC - 2003
Nel 2003, Metrohm ha introdotto «Advanced Modular IC», caratterizzato dalla stessa modularità e concetto di controllo remoto del precedente «Modular IC», ma con capacità migliorate aggiunte ai singoli moduli. Sia l'acquisizione dei dati che il controllo remoto erano ancora gestiti dal software IC Net.
Più o meno nello stesso periodo è stato sviluppato l'811 Online IC, come strumento più adatto alle difficili condizioni ambientali dei processi di produzione industriale. Con un peso di circa 450 kg, questo peso massimo è stato costruito con un sistema IC modulare Metrohm top di gamma ed è stato controllato dal software IC Net, disponibile in due versioni: a canale singolo e una versione a doppio canale per misurare entrambi gli anioni e cationi. Questo analizzatore di processo è stato combinato con una configurazione modulare della parte umida, che ha consentito l'uso di vari moduli (ad esempio, valvola di campionamento a 10 vie o pompa a tubo), in modo che l'IC potesse essere completamente personalizzato per soddisfare le esigenze del cliente per qualsiasi applicazione.
Grazie al successo dell'811 Online IC, nel 2002 è stata introdotta una versione più piccola: l'821 Compact Online IC. Era comunemente indicato come il «fratellino» per via del suo peso ridotto e delle dimensioni ridotte.
Nel 2005 è stato introdotto nel mondo dei laboratori l'861 Advanced Compact IC e nello stesso anno è stato immesso sul mercato l'844 UV/VIS Compact IC. Questo è stato sia il primo UV/VIS IC Metrohm che il primo cromatografo ionico UV/VIS all-in-one. Era dedicato alle applicazioni di reazione diretta e post-colonna con rilevamento fotometrico. L'844 UV/VIS Compact IC era complementare al Bischoff Lambda 1010, utilizzato nei sistemi modulari come rivelatore ottico opzionale.
Qual è il prossimo?
Nella Parte 3, continuiamo fino alla fine degli anni 2000 e oltre, coprendo l'evoluzione della soppressione sequenziale (la combinazione di soppressione chimica e CO2 soppressione) oltre alla 4° e 5° generazione di cromatografia ionica Metrohm.
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Riferimenti
[1] Piccolo, H.; Stevens, ST; bagno Baumann. Nuovo metodo cromatografico a scambio ionico mediante rilevamento conduttimetrico. Chimica Analitica 1975, 47 (11), 1801–1809. https://doi.org/10.1021/ac60361a017
