Zwiększenie precyzji i wydajności chromatografii jonowej dzięki zautomatyzowanemu procesowi rozcieńczania

Technicy laboratoryjni często starają się pogodzić wysoką dokładność, jakiej wymaga ich praca analityczna, z pełnym nakładem pracy i ograniczeniami zasobów. Aby uzyskać dokładne i wiarygodne wyniki, często wymagane są dwie podstawowe procedury, które zapewniają najwyższą precyzję: kalibracja systemu analitycznego i rozcieńczanie próbek o wysokim stężeniu. W przypadku stosowania chromatografii jonowej istnieją w pełni zautomatyzowane rozwiązania, które ograniczają ręczną pracę laboratoryjną i zwiększają wydajność. Etapy przygotowania próbki, takie jak rozcieńczanie, mogą być wykonywane automatycznie za pomocą Metrohm Inline Dilution Technique.

Wprowadzenie

Oznaczanie ilościowe w chromatografii jonowej (IC) wymaga kalibracji, która obejmuje określony zakres pomiarowy [1,2]. Niezbędne wzorce kalibracyjne o różnych stężeniach są zwykle przygotowywane ze stężonego wzorca poprzez ręczne rozcieńczenie. Rozcieńczanie próbek ma również kluczowe znaczenie w chromatografii jonowej w celu ochrony kolumny separacyjnej i detektora, złagodzenia efektów matrycy, a przede wszystkim zapewnienia, że zmierzone stężenie mieści się w skalibrowanym zakresie. Procesy te są czasochłonne i stwarzają wysokie ryzyko błędu ludzkiego oraz zanieczyszczeń. W pełni zautomatyzowane, inteligentne rozwiązanie inline Metrohm do rozcieńczania i kalibracji pozwala sprostać tym wyzwaniom (Tabela 1).

Metrohm 800 Dosino jest kluczem do utrzymania wymaganej dokładności i precyzji w tym w pełni zautomatyzowanym procesie. Jest to precyzyjne i bardzo elastyczne urządzenie dozujące. Dzięki oprogramowaniu MagIC Net IC wszystkie zadania związane z obsługą i dozowaniem cieczy są kontrolowane i całkowicie zautomatyzowane - bez potrzeby ręcznej interwencji.

**Tabela 1.** Ocena ręcznego i automatycznego procesu rozcieńczania wysoko stężonych próbek i wzorców kalibracyjnych.
Ręczne rozcieńczanie, ręczne przygotowywanie wzorców kalibracyjnych i próbek	Zautomatyzowany proces inline
Błędy popełniane ręcznie	Dokładna kontrola cieczy przez Dosino
Czasochłonność	Działa samodzielnie
Wieloetapowe przygotowanie	Jednoetapowe rozcieńczanie
Wysokie ryzyko zanieczyszczenia	Procedura płukania inline

Male lab techniocian standing next to an open ion chromatograph and a full autosampler.

W tym wpisie na blogu omówiono w pełni zautomatyzowaną technikę Metrohm Inline Dilution Technique (MIDT), która sprawia, że analiza różnych analitów (od g/L do µg/L) jest mniej czasochłonna przy zachowaniu wysokiej dokładności i precyzji. MIDT obejmuje automatyczną kalibrację oraz wdrożenie funkcji rozcieńczania i funkcji logicznych, które rozszerzają zakres pomiarowy oraz poprawiają dokładność i powtarzalność wyników. Krótszy czas przygotowania zmniejsza nakład pracy, a także obniża koszty.

Technika rozcieńczania inline Metrohm (MIDT)

Jedną z najstarszych technik przygotowywania próbek jest rozcieńczanie. Rozcieńczanie próbek jest często konieczne nie tylko w celu ochrony kolumny i poprawy rozdziału analitów, ale także w celu zagwarantowania, że zakres roboczy metody IC nie zostanie przekroczony. Zamiast wielu ręcznych kroków, procedura ta może być przeprowadzona w linii przy użyciu zautomatyzowanego systemu, jak pokazano na Animacji 1.

Animacja 1: Jak działa Metrohm Inline Dilution?
Jedynymi ręcznymi czynnościami jest umieszczenie próbek w stojaku autosamplera i wprowadzenie informacji o rozcieńczeniu (współczynnik rozcieńczenia) do tabeli próbek. Cała procedura rozcieńczania jest wykonywana automatycznie. Dosino przenosi dokładną ilość próbki niezbędną do etapu rozcieńczania do pętli buforowej, która jest następnie napełniana i zasilana ultraczystą wodą lub inną substancją rozcieńczającą. Odmierzona ilość próbki plus odpowiednia ilość ultraczystej wody lub rozpuszczalnika jest następnie przenoszona do naczynia rozcieńczającego stacji obsługi cieczy zamontowanej na autosamplerze (rysunek 1). Dokładne wymieszanie gwarantuje mieszadło. Na koniec rozcieńczona i dobrze wymieszana próbka jest przenoszona do zaworu wtryskowego chromatografu jonowego za pomocą pompy perystaltycznej. Równolegle przed analizą igła jest czyszczona w jednostce płuczącej stacji obsługi cieczy (rysunek 1), a naczynie rozcieńczające jest całkowicie płukane w celu zminimalizowania przenoszenia i zapewnienia czystości. Nierozcieńczone próbki mogą być również analizowane przy użyciu tej samej konfiguracji.

Rysunek 1. Stacja obsługi cieczy (po lewej) jest montowana na autosamplerze w celu ułatwienia automatycznej obsługi.mated dilution and rinsing.

Współczynnik rozcieńczenia można dowolnie wybrać w zakresie od nierozcieńczonego pomiaru do 1:100 lub do 1:2000 z niezbędnym dodatkowym wyposażeniem (np. powlekana stalowa igła do pobierania próbek). Współczynnik rozcieńczenia jest po prostu dodawany w tabeli próbek
(rysunek 2).

Rysunek 2. Miejsce pracy MagIC Net pokazujące tabelę próbek ze specyfikacjami niezbędnymi do analizy (np. metoda, typ próbki, objętość wstrzykiwania i współczynnik rozcieńczenia). Współczynnik rozcieńczenia (podświetlony na niebiesko) można dostosować w zależności od oczekiwanego stężenia analitu w danej próbce. Typ próbki ma kluczowe znaczenie, ponieważ kalibracja przebiega automatycznie poprzez zdefiniowane rozcieńczenia mieszanego roztworu wzorcowego.

Rocieńczenie Inline

Dalszym rozwinięciem MIDT jest "Logical Inline Dilution". W tym przypadku system automatycznie określa idealny współczynnik rozcieńczenia w oparciu o skalibrowany zakres i przystępuje do analizy próbki (rysunek 3). Nawet jeśli różne współczynniki rozcieńczenia są konieczne dla różnych analitów, system wykona niezbędne kroki w pełni automatycznie. Zapewnia to wysoce wiarygodne wyniki, ponieważ zawsze mieszczą się one w zakresie kalibracji [3].

Figure 3. Ilustracja koncepcji Metrohm logical dilution. Jeśli stężenie próbki wykracza poza zakres kalibracji, jest ona rozcieńczana optymalnym współczynnikiem rozcieńczenia i ponownie analizowana. W ten sposób wyniki zawsze mieszczą się w ramach zakresu kalibracji.

Automatyczna kalibracja

Oczywiście w ten sposób można rozcieńczać nie tylko próbki, ale także wzorce. W związku z tym Metrohm oferuje możliwość automatycznej kalibracji, tj. wystarczy pojedynczy wzorzec zawierający wiele jonów. System rozcieńcza ten wysoce stężony wzorzec przy użyciu różnych współczynników rozcieńczenia i przeprowadza wielopunktową kalibrację, jak pokazano na rysunku 4 [2,4].

Rysunek 4. Przykład automatycznej kalibracji głównych anionów uzyskanej przy użyciu Metrohm Inline Dilution Technique. Wzorce kalibracyjne zostały automatycznie rozcieńczone z mieszaniny wzorców anionów do kalibracji anionów i mieszaniny wzorców kationów do kalibracji kationów. Współczynniki korelacji w tabeli 2 pokazują dokładność tej zautomatyzowanej techniki kalibracji.

Najwyższą jakość automatycznej procedury kalibracji potwierdzają wysokie współczynniki korelacji (0,9999) i odzyski dla wielokrotnych wstrzyknięć na poziomie od 98% do 101% (Tabela 2) [2,4].

**Tabela 2.** Współczynniki korelacji dla automatycznej kalibracji kationów i anionów za pomocą Metrohm Inline Dilution Technique.
Wszystkie wzorce wstrzyknięto wielokrotnie (n = 3) i sporządzono z mieszanego wzorcowego roztworu podstawowego odpowiednio dla anionów i kationów, dostosowując współczynniki rozcieńczenia (DF) 2, 5, 10, 20 i 50.
Kationy	Współczynnik korelacji	Odzysk (%) dla wzorca DF 5	Aniony	Współczynnik korelacji	Odzysk (%) dla wzorca DF 5
Lithium	1.000000	100.7	Fluoride	0.999984	99.4
Sodium	0.999998	101.1	Chloride	0.999993	100.6
Potassium	0.999999	101.0	Nitrite	0.999972	98.7
Calcium	0.999993	101.9	Bromide	0.999981	98.2
Magnesium	0.999998	102.8	Nitrate	0.999981	98.6

Obszary zastosowań MIDT

Istnieje wiele obszarów zastosowań idealnych do korzystania z Metrohm Inline Dilution. Obejmują one analizę wody pitnej i wodociągowej, a także bardziej złożone matryce, takie jak roztwory do hemodializy lub próbki żywności i napojów. Dowiedz się od naszego eksperta ds. zastosowań IC o najlepszym rozwiązaniu zwiększającym wydajność i zapewniającym maksymalną ochronę systemu IC i kolumn IC, szczególnie w przypadku bardziej złożonych matryc próbek.

Zapytaj eksperta - IC: Czy mogę połączyć dializę inline lub ultrafiltrację inline z rozcieńczaniem inline?

Wnioski

Podsumowując, MIDT oferuje następujące korzyści dla przeprowadzanej analizy:

MIDT automatyzuje rozcieńczanie próbek i wzorców, zapewniając, że wyniki konsekwentnie mieszczą się w pożądanym zakresie kalibracji. Funkcje logiczne, a także zagnieżdżona obsługa próbek mogą dodatkowo poprawić wydajność. Automatyzacja ta minimalizuje błędy ludzkie i zwiększa powtarzalność - a wszystko to dzięki oprogramowaniu MagIC Net.

Metrohm Inline Dilution Technique jest wysoce adaptowalna do każdego systemu chromatografii jonowej Metrohm z profesjonalnym procesorem próbek 858 poprzez proste dodanie zestawu akcesoriów do Inline Dilution. Połączenie MIDT z Ultrafiltracją Inline lub Dializą Inline może dodatkowo poprawić wydajność i chronić system IC.

MIDT jest w stanie obsługiwać różne typy próbek i stężenia, a także zarządzać próbkami rozcieńczonymi i nierozcieńczonymi. Podczas gdy standardowa konfiguracja może wykonywać rozcieńczenia w zakresie od 1:1 do 1:100, zakres ten można bardzo łatwo rozszerzyć do 1:2000 za pomocą dodatkowych części.

Stężenia próbek są obliczane automatycznie. Każdy krok metodologiczny jest identyfikowalny i może być podsumowany przez MagIC Net w raporcie zdefiniowanym przez użytkownika w taki sam sposób, jak wyniki.

MIDT znacznie skraca czas przygotowania i związane z tym koszty poprzez ograniczenie ręcznej interwencji, dzięki czemu technika ta jest idealna dla środowisk o wysokiej przepustowości.

References

[1] Weiss, J.; Shpigun, O. Handbook of Ion Chromatography, 4th ed.; Wiley-VCH: Hoboken, New Jersey, USA, 2016; Vol. 3.

[2] Seubert, A.; Frenzel, W.; Schäfer, H.; Bogenschütz, G.; Läubli, M. Monograph: Sample Preparation Techniques for Ion Chromatography, 2nd ed.; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2021.

[3] Metrohm AG. Metrohm Inline Sample Preparation; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2014.

[4] Hartmann, T.; Czyborra, S. Straightforward Multi-Point Calibration Using a Single Standard.