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イオンクロマトグラフィ用の溶離液を調製する際には、最高純度の試薬のみを使用しなければなりません。他の測定対象物以外のイオンによる汚染は、ピークの分離や検出される導電率に直接的な大きく影響を及ぼします。そのため、純度の低い試薬を使用すると、目的とする分析対象物質の定量精度が低下する恐れがあります。
さらに、これらの試薬を希釈する際には必ず超純水（Type 1）を使用しなければなりません。
クロマトグラフィにおいて、溶離液の適切な選択は非常に重要です。特にイオン交換クロマトグラフィ（イオンクロマトグラフィ、またはIC）では、同様にカラムの適切な選択も重要です。最適な分離性能を得るには、両者が連携して機能する必要があります。
クロマトグラフィでは、「依存の三角関係」と呼ばれる概念がよく使われます。これは、分析対象物質（アナライト）、固定相、そして溶離液の三者が互いに影響しあいながら、分離の結果を左右する相互依存関係を示しています。
このコラムでは、この三角形三角関係のうち溶離液（移動相）に焦点を当て、ICにおける溶離液の役割、使用される溶離液の種類、そして特定のアプリケーションにおいて溶離液を選定・調製するのポイントについて解説します。
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依存の三角関係
図1は、この概念がイオンクロマトグラフィにどのように当てはまるかを示しています。分析対象物質（アナライト）、固定相、そして溶離液という3つの要素は、それぞれがそれぞれが密接に関係しながら分離プロセスにおいて重要な役割を担っています。これらのうち1つを変更すれば、他の要素にも影響が及びます。このバランスが崩れると、ピークの分離能や保持時間、さらには分析法全体の性能に悪影響を及ぼす可能性があります。
この「三角関係」の理解は、効果的なイオンクロマトグラフィ法を構築するうえで不可欠です。分析対象ごとの課題に合わせて、分離手法を最適化し、問題解決を図るためのシンプルな枠組みを提供してくれます。
特に、溶離液の性質が分析対象物質（アナライト）にどのような影響を与えるかを理解しておくことが非常に重要です。これらの特性をうまく利用することで、IC分析の性能を最大限に高めることができます。
図1.
イオンクロマトグラフィにおける依存の三角関係（[1] より改変）
図2.
陰イオンICの流路の概略図
クロマトグラフィにおいて、溶離液（移動相）とは、分析対象物質（アナライト）を分離カラム（固定相）内に運ぶ液体溶液のことです（図2参照）。溶離液は高圧ポンプに入る前に、溶離液は脱気装置デガッサによって脱気されます。その後、インジェクター（図2の6/2インジェクター）を通過してカラムへと送られます。カラムを通過した後、検出器によって分析対象物質（アナライト）が検出されます。
イオンクロマトグラフィでは、溶離液による伝導率の影響を低減するためにサプレッションという手法が導入されています。バックグラウンドノイズを低減することで、ピークの**シグナル対ノイズ比（S/N比）**が向上し、より明瞭な検出が可能になります。このサプレッションの工程は、カラムと検出器の間で行われます。
溶離液は、カラムとの相互作用を通じてアナライトを分離するうえで極めて重要な存在です。イオンクロマトグラフィで使用される溶離液は通常、酸、塩基、または塩類に基づいて調製されます。溶離液の組成は、分離対象のイオンの電荷によって異なります。例えば：
陰イオン分析では、溶離液として通常、炭酸ナトリウム／重炭酸ナトリウム混合液、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）、または水酸化カリウムなどが用いられます。
陽イオン分析では、通常、希硝酸、希硫酸、またはメタンスルホン酸などが低濃度で用いられます。
液体クロマトグラフィ全般に共通することですが、溶離液（移動相）の変更は、アナライトの分離に影響する調整可能な項目です。一方で、カラムや検出システムは、多くの場合あらかじめ決められているため変更が難しいのが現状です。
イオンクロマトグラフィにおける溶離液の選定と調製に関する考慮事項
適切な溶離液を選ぶ際には、さまざまな基準に基づいて判断することができます。中でも、以下のようなパラメーターを考慮する必要があります［参考文献1〜8］：
検出方法との適合性
溶離液は、検出の妨げにならないようにしなければなりません。例えば、ベースライン導電率が高いこと、分析対象物質と同じ波長での紫外線吸収が高いこと、あるいは分析対象物質と反応することなどです。これにより、ベースラインの安定性、保持時間の再現性、および感度を最大限に向上することができます［4］
溶離液イオンの化学反応性と濃度
溶離液に使用する試薬は、固定相と不要な反応を起こさず、分析中の干渉や分解を避けるために化学的に安定していることが求められます［5］。そのため、固定相の特性を把握しておくことが必要です。製造メーカーは、固定相の標準条件や制限事項、たとえば適用可能なpH範囲や添加剤について記載しています。
イオンクロマトグラフィ（IC）カラムの選び方や分析対象物質の分離最適化について詳しく知りたい方は、関連ブログ記事をご覧ください。
図3.
図3. さまざまな濃度の水酸化ナトリウム溶離液を用いた場合の、過剰量の臭化物ピーク（0.1、1、10、100、300、および500 mmol/L臭化物）のピーク形状（リーディングまたはテーリング）への影響。図はWahabら[6]より改変。
図4.
さまざまな濃度の炭酸塩／重炭酸塩溶離液を用いた場合の、過剰量の臭化物ピーク（0.1、1、10、100、300、および500 mmol/L臭化物）のピーク形状（リーディングまたはテーリング）への影響。図はWahabら[6]より改変。
図5.
標準的な炭酸塩溶離液、Metrosep A Supp 19 - 150/4.0カラムを使用した場合における、溶離液のpHが一般的な陰イオン（1. フッ化物、2. 塩化物、3. 亜硝酸塩、4. 臭化物、5. 硝酸塩、6. リン酸塩、7. 硫酸塩）保持時間に及ぼす影響［10］。
溶離液のpHを変化させると、分析対象成分の解離平衡に影響を与えるため、それに伴って保持時間も変化します（図5参照）。
pHは、固定相の劣化や変質を防ぐために、そのカラムにあった範囲内に保つ必要があります。特にシリカ系カラムは、極端なpH条件に対して弱いため、取り扱いには注意が必要です［7,9］。
さらに、電気伝導度検出やUV吸収といった検出法はpH変化に対して敏感に反応します。pHを一定に保つことで、ベースラインノイズが抑えられ、検出感度が向上します［8］。
イオン分離における推奨手順としては、まず一価イオンを分離し、その後に多価イオンを分離する方法です。溶離液の濃度を上げたりpHを変更したりして、一価イオンの中に多価イオンを導入すると、大きなリスクを伴います。こうした分離（すなわちピーク分離度）は、特にカラムの劣化やロット間のばらつきの影響を受けやすいのです。
図6.
標準的な炭酸塩溶離液、Metrosep A Supp 19 - 150/4.0カラムを使用した場合における、一般的な陰イオン（1. フッ化物、2. 塩化物、3. 亜硝酸塩、4. 臭化物、5. 硝酸塩、6. リン酸塩、7. 硫酸塩）の保持時間に対する温度のV字型効果［10］。
図7.
30 mmol/Lの水酸化物溶離液、Metrosep A Supp 19 - 150/4.0カラムを使用した場合における、一般的な陰イオン（1. フッ化物、2. 塩化物、3. 亜硝酸塩、4. 臭化物、5. 硝酸塩、6. 硫酸塩）の保持時間に対する温度の「水酸化物傾斜V字型効果」。
図8.
炭酸塩溶離液を用い、Metrosep A Supp 19 - 150/4.0カラムを使用した場合における、有機修飾剤（メタノール）の使用が一般的な陰イオン（1. フッ化物、2. 塩化物、3. 亜硝酸塩、4. 臭化物、5. 硝酸塩、6. 硫酸塩、7. リン酸塩）の保持時間に与える影響［10］。
炭酸塩溶離液、Metrosep A Supp 19 - 150/4.0カラムを使用した場合における、有機添加剤（メタノール）の使用が一般的な陰イオン（1. フッ化物、2. 塩化物、3. 亜硝酸塩、4. 臭化物、5. 硝酸塩、6. 硫酸塩、7. リン酸塩）の保持時間に与える影響［10］。
18-クラウン-6-エーテル
アルカリ金属イオンの分離を改善するために、錯形成剤が使用されます。溶離液に18-クラウン-6-エーテル（1,4,7,10,13,16-ヘキサオキサシクロオクタデカン）を添加すると、Na⁺、NH₄⁺、K⁺の分離が向上します。たとえば、K⁺濃度が高い天然水試料中の微量NH₄⁺を定量する際に、この修飾添加剤が有効です。
図9は、18-クラウン-6-エーテルを溶離液に添加したことでK⁺の保持時間が大きく延びたことている様子を示しています（表1参照）。この現象は、図10に示すようなK⁺-18-クラウン-6-エーテルが錯体を形成し、そのサイズが大きくなるためと考えられます。よって、立体障害が増すことでK⁺の保持時間が延び、その結果、NH₄⁺との保持時間の距離差が広がります。これにより、たとえ高濃度のカリウムが存在していてもアンモニウムとの干渉は生じません。
図9.
一般的な陽イオン（リチウム、ナトリウム、アンモニウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム）を含むクロマトグラムの重ね図。オレンジ：溶離液に18-クラウン-6-エーテルを添加した場合の効果［3,11］。
| ピーク | 成分 | 保持時間 [min] | 保持時間 [min] (18-crown-6 添加時) |
|---|---|---|---|
| 1 | リチウム | 4.31 | 4.25 |
| 2 | ナトリウム | 5.60 | 5.61 |
| 3 | アンモニウム | 6.28 | 6.42 |
| 4 | カリウム | 8.46 | 10.39 |
| 5 | カルシウム | 17.47 | 17.00 |
| 6 | マグネシウム | 20.78 | 20.00 |
図10.
18-クラウン-6-エーテルの構造。中央にはカリウムイオンが位置しし、エーテルの「かご（ケージ）」構造にぴったりと収まり、酸素原子の電子対によって錯形成されている。
ジカルボン酸
ジカルボン酸は多くの二価陽イオンと錯体を形成します。通常、これらの錯体は電荷が低くなるため、ジカルボン酸を溶離液に添加すると、多価陽イオンの保持が弱まり、より早く溶出するようになります。この保持時間の短縮度合いは、特定の陽イオン錯体の錯体形成定数によって左右されます。
図11は、溶離液修飾剤としてジピコリン酸（ピリジン-2,6-ジカルボン酸、PDCまたはDPAとも呼ばれる）を使用した際の、マグネシウム、カルシウム、亜鉛に対するこの効果を示しています。カルシウムやマグネシウムと比較して、遷移金属である亜鉛はジピコリン酸と非常に強い錯体を形成するため、少量の錯体形成剤でも強い影響を受けます。図11のクロマトグラムb）では、亜鉛はすでにリチウムより前に溶出しており、クロマトグラムc）では完全に錯体化され、注入ピークと一緒に溶出しています。カルシウムはジピコリン酸と弱く錯体化錯体を形成しますが、マグネシウムとの錯体よりは強くなります。クロマトグラムb）ではマグネシウムとカルシウムの分離が低下しており、c）ではカルシウムがすでにマグネシウムよりも前に溶出しています。この修飾剤添加剤は、アルカリ金属陽イオンと一緒にカルシウムおよびマグネシウムを分析する際において、測定時間を短縮する目的で使用されます。
図11.
溶離液中に異なる濃度のジピコリン酸修飾剤有機添加剤を使用した際のクロマトグラム、1. ナトリウム、2. カリウム、3. マグネシウム、4. 亜鉛、5. カルシウムの分離を示す。 a）0 mol/L、b）0.1 mmol/L、c）0.7 mmol/L［文献11］。
| ピーク | 成分 | 保持時間 [min] (a) | 保持時間 [min] (b) | 保持時間 [min] (c) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ナトリウム | 6.79 | 6.50 | 5.39 |
| 2 | カリウム | 10.42 | 9.93 | 8.08 |
| 3 | マグネシウム | 33.05 | 29.90 | 19.05 |
| 4 | 亜鉛 | 38.24 | 3.38 | – |
| 5 | カルシウム | 44.48 | 35.87 | 16.08 |
自動溶離液調整
分離に最適な溶離液の条件を決定した段階で、自動溶離液調整を検討できます。溶離液自動調整の方法はいくつかあります。その一つが、溶離液の原液（濃縮液）を用いた方法です。この方法は、あらかじめ作成した濃縮溶離液から、目的の濃度の溶離液を自動希釈して調整できます。メトロームのカラム用の標準溶離液に対応した濃縮液は、Merckから市販されています。これらの濃縮溶離液は、たとえば941 溶離液生成モジュールなどを用いて自動で希釈・調整することが可能です。
さらに、NaOH、KOH、LiOH などの水酸化物系溶離液ににおいて、948 自動生成装置, CEP が最適です。このモジュールは、水酸化物の濃縮液を用いて、水酸化物系溶離液を電解的に連続調製することができます。
図12.
948 Continuous IC Module, CEP によって調製された溶離液グラジエントを用いて、一般的な陰イオン（フッ化物、塩化物、亜硝酸塩、臭化物、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩）を200回注入した際の重ね図。
自動化の利点：
- 信頼性 – 手作業による調整や手間が不要
- 分離の再現性および堅牢性の向上
- 3. ベースライン伝導度の低さと安定性による性能の向上
結論
溶離液は、イオンクロマトグラフィにおける「依存の三角関係」の重要な構成要素の一つです。溶離液を調製する前には、適切な調製手順、使用する試薬、その他の条件を考慮することが信頼性の高い分析を行う上で不可欠です。溶離液の適切な選択と調製は、安定した再現性のあるイオンクロマトグラフ測定を行うために極めて重要です。
[1] Kromidas, S. The HPLC Expert; Wiley-VCH: Weinheim, 2016.
[2] Haddad, P. R.; Jackson, P. E. Ion Chromatography; Journal of Chromatography Library; Elsevier: Amsterdam, 1990.
[3] Schäfer, H.; Läubli, M. Monograph: Ion Chromatography; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2023. https://www.metrohm.com/en/products/8/1085/81085077.html
[4] Liu, Y.; Kaiser, E.; Avdalovic, N. Determination of Trace-Level Anions in High-Purity Water Samples by Ion Chromatography with an Automated On-Line Eluent Generation System. Microchemical Journal 1999, 62 (1), 164–173. DOI:10.1006/mchj.1999.1699
[5] Zou, J.; Motomizu, S.; Fukutomi, H. Reversed-Phase Ion-Interaction Chromatography of Inorganic Anions with Tetraalkylammonium Ions and Divalent Organic Anions Using Indirect Photometric Detection. Analyst 1991, 116 (12), 1399–1405. DOI:10.1039/AN9911601399
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[8] Motomizu, S.; Oshima, M.; Hironaka, T. Ion-Exchange Chromatographic Determination of Anions by Indirect Photometric Detection: Comparison of Eluent Ions with Respect to Sensitivity Enhancement. Analyst 1991, 116 (7), 695–700. DOI:10.1039/AN9911600695
[9] Acikara, Ö. B. Ion-Exchange Chromatography and Its Applications. From the Edited Volume Column Chromatography, Edited by Dean F. Martin and Barbara B. Martin, InterOpen 2013. DOI:10.5772/55744
[10] Metrohm AG. Column Manual A Supp 19 (6.01034.4x0); 8.107.8013EN / 2023-03-08; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2023.
[11] Kolb, M.; Seubert, A.; Schäfer, H.; Läubli, M. (Editor). Monograph: Practical Ion Chromatography, 3rd ed.; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2020. https://www.metrohm.com/en/products/8/1085/81085069.html
お役立ち情報
Monograph: Practical Ion Chromatography – An Introduction
Monograph: Advanced Detection Techniques in Ion Chromatography
Technical poster: Effect of eluent composition and column temperature on IC column retention times
Brochure: 941 Eluent Production Module – Inline eluent production for ion chromatography
Column manual: Metrosep A Supp 19
Monograph: Ion Chromatography
The fully revised and updated second edition of the monograph «Ion Chromatography» provides an in-depth exploration of the theory and practical applications of ion chromatography. Additionally, detailed discussions on the theory, detection methods, and separation column types are included.
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