【技術資料】マイクロボアICによる陽イオン6成分測定の高感度化評価

Summary

イオンクロマトグラフィー（IC）における分析性能は、通常、分析装置が達成できるシグナル対ノイズ比（S/N比）によって決まります。S/N比はクロマトグラフィーのピーク形状に大きく依存します。デッドボリュームの少ない小型化されたICシステムでは、ピーク形状が改善されます[1]。

マイクロボアICは、2 mm分離カラム、マイクロボアキャピラリー、およびセル容量を低減した電気伝導度検出器を組み合わせることで、最適な感度を備えた小型化されたICシステムを実現します[2]。このようなシステムは保持時間を短縮し、溶離液の消費量を削減するため、サンプルスループットが向上し、日常のルーチン分析のコストが削減されます。

本アプリケーションノートでは、マイクロボアICシステム（MB）とスタンダードボアICシステム（SB）を比較しました。マイクロボアICシステムは分解能が向上し、ピーク高さも改善しました（リチウムイオンで約30%増）。マイクロボアICは溶媒の使用量が少なく、スタンダードボアイオンクロマトグラフィーシステムを使用する場合と比較して最大75%のコスト削減が可能です。MBシステムを使用することで、多くの一般的なIC用途において性能を改善できる可能性があります。

Configuration

930 Compact IC Flex Oven/DEG/MB

2.930.2180

930 Compact IC Flex Oven/DEG/MB はカラムオーブンと内蔵式脱気装置を備えたサプレッションの無いインテリジェントコンパクトIC 装置です。この装置は任意の分離メソッドおよび検出メソッドによって使用することができます。典型的な使用領域:電気伝導度検出器による、サプレッション無しの陰イオンおよび陽イオンの測定; UV/VIS 検出器またはアンペロメトリック検出器によるシンプルな使用; マイクロボア (2mm) アプリケーション向けに最適化、カップリング技術 (IC-MS または IC-ICP/MS)に最適; MagIC Net 4.1以上に対応

IC Conductivity Detector MB

2.850.9020

Compact and intelligent high performance conductivity detector for intelligent IC instruments. Optimized for microbore columns. Outstanding temperature stability, the complete signal processing within the protected detector block and the latest generation of DSP – Digital Signal Processing – guarantee the highest precision of the measurement. No change of measuring ranges (not even automatic ones) is required, due to the dynamic working range.Typical areas of application:Anion or cation determinations with chemical suppression, sequential suppression or without suppression and conductivity detection; Optimized for microbore (2 mm) applications, ideally suitable for coupling techniques (IC-MS or IC-ICP/MS); Specification at a glance:0–15000 μS/cm without range switching; Cell volume: 0.3 μL; Ring-shaped electrodes made of stainless steel X2CrNiMo17-12-2 (316 L), compatible with MSA; Maximum operating pressure: 10.0 MPa (100 bar); Cell temperature: 20–50 °C in increments of 5 °C; Temperature stability: 0.001 °C; Baseline noise: 0.2 nS/cm typical for sequential suppression; Capillaries: ID 0.18 mm; Supported with MagIC Net 4.1 and higher

Metrosep C 6 - 150/2.0

6.01051.220

容量の大きい C 6 の材料により、Metrosep C 6 - 150/4.0 カラムのマイクロボアバージョンは、妥当な保持時間での濃度差の大きい標準陽イオンの分離に最適なソリューションです。アンモニウム含有量の少ない飲料水は、このカラムで測定することができます。カラムは、IC-MS カップリングでの使用に適しています。

Metrosep C 6 Guard/2.0

6.01051.600

Metrosep C 6 Guard/2.0 には C 6 カラムの材料が含まれており、粒子や汚れから保護します。これにより、分析の分離カラムの耐用期間が格段に長くなります。Metrosep C 6 Guard/2.0 は «On Column Guard System» に則して機能し、それぞれの分離カラムにほぼデッドボリュームなしで直接取り付けることができます。

ICアクセサリー: MiPT

6.5330.180

パーシャルループインジェクションのドジーノ設置のための付属品セット。

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Sample and sample preparation

本研究はアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、およびアンモニウムを対象として実施されました。混合標準溶液（c(Li⁺) = 25 μg/L、c(Na⁺, NH₄⁺) = 125 μg/L、c(K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺) = 250 μg/L）は、1000 mg/Lのストック溶液（Standards for IC、TraceCERT®、Sigma-Aldrich、Merck）を超純水で希釈して調製されました。

Experimental

nstrumental setup including a miniaturized 930 Compact IC Flex Oven/Deg/MB and an 858 Professional Sample Processor.

図 1. 小型化された930 Compact IC Flex Oven/Deg/MBおよび858 Professional Sample Processorを含む装置構成。

930 Compact IC Flex Oven/DEG/MBとICコンダクティビティ検出器MB（図1）から構成されるマイクロボアICシステムを、対応するスタンダードボアICシステム構成（930 Compact IC Flex Oven/DEG）と比較しました。

メトロームのMBセットアップは、可能な限り短いキャピラリーと小さいキャピラリー内径（0.18 mm）により、デッドボリュームが低減されています。

マイクロボアコンダクティビティ検出器はセル内容積が小さく（0.3 μL）、ノイズレベルも低い（<0.1 nS）です。さらに、メタンスルホン酸（MSA）のような扱いにくい溶離液にも耐性があります。内径2 mmのマイクロボアカラムと、それに伴う溶離液流量の低減により、S/Nが向上します。これにより感度がさらに向上し、検出限界が低下します。

混合カチオン標準溶液を5 μLループを用いて注入し、両方の被検ICシステムにおいてMetrosep C 6カラムの2 mmバージョンで分離しました。電気伝導度は直接記録されました（非サプレッション方式カチオン分析、表1）。

**表1.** スタンダードボアおよびマイクロボアICシステム両方に対するIC法パラメータ。
カラム	Metrosep C 6 - 150/2.0
溶離液（Merck濃縮液 Sigma-Aldrich、Merck 19399より）	c(HNO₃) = 1.7 mmol/L c(DPA) = 1.7 mmol/L
流速	0.25 mL/min
温度	30 °C
注入量	5 µL
検出	電気伝導度直接検出

性能比較のため、保持時間、分解能、ピーク高さ、および再現性をMagIC Netソフトウェア（バージョン4.1）を用いて評価しました。

Results

MBシステムを分析に使用した場合、全体的な性能が向上しました。保持時間はMBシステムの方がSBシステムよりも短くなりました（本ケースでは約0.2分）（図2）。

MBシステムでの分解能はSBシステムよりも約115%向上しました（表2）。ピーク高さはより高くなり、MBシステムでは特に早期に溶出するピーク（リチウム、ナトリウム、アンモニウム）で最も大きな改善が見られました（表3）。ノイズは両ICセットアップで同程度でした。

後期に溶出するピーク（カリウム、マグネシウム、カルシウムなど）では改善効果は最小限でした。その他の関連するすべてのパラメータについては、MBとSBは同様の結果を示しました（例：再現性）。

Comparison of the chromatograms for alkali metal ions (lithium, sodium, and potassium) and ammonium on a Metrosep C 6 microbore column with microbore IC (MB, orange chromatogram) and on a standard bore IC system (SB, grey chromatogram). The microbore IC system shows improved peak shapes, increased peak heights, and shorter retention times.

図 2. Metrosep C 6マイクロボアカラムを用いたマイクロボアIC（MB、オレンジ色のクロマトグラム）とスタンダードボアICシステム（SB、グレー色のクロマトグラム）における、アルカリ金属イオン（リチウム、ナトリウム、カリウム）およびアンモニウムのクロマトグラムの比較。マイクロボアICシステムは、ピーク形状の改善、ピーク高さの増加、および保持時間の短縮を示しています。

**表2.** MBおよびSBシステムで測定したアルカリ金属イオンおよびアンモニウムのピーク分解能の比較。
分解能	MB	SB
リチウム	5.6	5.6
ナトリウム	3.0	2.6
アンモニウム	7.9	7.3
カリウム	6.0	5.8

**表3.** MBシステムとSBシステムのピーク高さおよび関連する改善率の比較。
ピーク高さ [µS/cm]	MB	SB	改善率
リチウム	1.16	0.88	131%
ナトリウム	1.14	1.01	113%
アンモニウム	1.23	1.13	108%
カリウム	0.71	0.70	100%

Conclusion

MBシステムはマイクロボアキャピラリー、セル容量を低減したコンダクティビティ検出器、および2 mm分離カラムを組み合わせており、これらすべてがピーク形状の改善と保持時間の短縮につながります。これにより感度が向上し、検出限界が低下します。流速の低減により溶離液の消費量および全体的なランニングコストが削減されます。

非サプレッション方式のMBシステムを2 mmカラムと組み合わせることで、分解能および感度に関して大幅な改善が得られます。デッドボリュームを低減したマイクロボアCO₂サプレッサー（MCS）を含む逐次サプレッション方式ICシステム（SES）では、主な改善点は保持時間の短縮です。これは低流速の場合、特にグラジエント用途と組み合わせた場合に有用です。溶離液組成の変化が分析に速やかに影響し、不要なデッドボリュームによってその効果が遅延しないためです。

MBシステムは2 mmおよび4 mm分離カラムのいずれでも使用可能です。これらのシステムはすべてのIC用途に適しています。

References

Diederich, V.; Riess, A. K. Best Practice for Separation Columns in Ion Chromatography (IC) – Part 2. Analyze This – The Metrohm Blog, 2021.
Metrohm AG. Metrohm Microbore Ion Chromatography – Maximize the Efficiency of Your Ion Chromatography!, 2023.

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