Wybór odpowiedniego eluentu w chromatografii — a szczególnie w chromatografii jonowymiennej (znanej także jako chromatografia jonowa lub IC) — jest kluczowy, podobnie jak wybór właściwej kolumny. Oba te elementy muszą ze sobą współpracować, by osiągnąć optymalną wydajność rozdzielania. W chromatografii często odwołujemy się do „trójkąta zależności” – wzajemnych relacji pomiędzy analitami, fazą stacjonarną i eluentem. W tym artykule koncentrujemy się na roli eluentów (faz ruchomych) w IC, typach stosowanych eluentów oraz aspektach, które należy wziąć pod uwagę przy ich wyborze i przygotowaniu do konkretnego zastosowania.
Kliknij, aby przejść bezpośrednio do tematu:
Rysunek 1 ilustruje zastosowanie tej koncepcji w chromatografii jonowej. Każdy z trzech elementów — anality, faza stacjonarna i eluent — odgrywa kluczową i wzajemnie powiązaną rolę w procesie rozdzielania. Zmiana jednego elementu wpływa na pozostałe. Jeśli równowaga pomiędzy nimi zostanie zaburzona, może to negatywnie wpłynąć na rozdzielczość pików, czas retencji analitów i ogólną skuteczność metody.
Zrozumienie tego trójkąta jest niezbędne przy opracowywaniu skutecznych metod IC i stanowi prosty schemat do rozwiązywania problemów oraz optymalizacji rozdzielania. Wiedza o właściwościach eluentu, które wpływają na rozdzielanie analitów, pozwala wykorzystać te cechy podczas przeprowadzania analizy chromatograficznej.
W chromatografii eluent (faza ruchoma) jest roztworem, który transportuje anality przez kolumnę separacyjną (faza stacjonarna) (rysunek 2). Przed wejściem do pompy wysokociśnieniowej eluent jest odgazowywany za pomocą degazera eluentu. Następnie przepływa przez zawór iniekcyjny zanim zostanie przepompowany przez kolumnę. Anality są wykrywane po przejściu przez kolumnę.
Supresja (tłumienie) w chromatografii jonowej jest stosowana w celu wyeliminowania wpływu przewodnictwa z eluentu. Obniża szum tła do minimum, zapewniając wyższy stosunek sygnału do szumu dla uzyskanych pików. Etap supresji występuje między kolumną a detektorem.
Eluent odgrywa kluczową rolę w rozdzielaniu analitów w oparciu o ich interakcje z kolumną. W chromatografii jonowej eluent jest zwykle roztworem kwasów, zasad lub soli. Konkretny skład zależy od ładunku jonu, który ma zostać rozdzielony. W przypadku analizy anionów eluent jest zwykle oparty na mieszaninach węglanu sodu/wodorowęglanu sodu, wodorotlenku sodu lub wodorotlenku potasu. Eluenty do analizy kationów są zwykle oparte na niskich stężeniach kwasu azotowego, kwasu siarkowego lub kwasu metanosulfonowego.
Podobnie jak w przypadku innych typów chromatografii cieczowej, w IC faza ruchoma jest najłatwiejszym do zmiany parametrem wpływającym na separację analitu. Kolumna i system detekcji są w większości przypadków predefiniowane.
Wyboru odpowiedniego eluentu można dokonać, stosując szeroki zakres kryteriów. Należy wziąć pod uwagę między innymi następujące parametry [1–8]:
Eluent nie powinien zakłócać metody detekcji, np. powodować wysokiej przewodności linii bazowej, wysokiej absorbancji UV przy tej samej długości fali co analit lub reagować z analitami. Zapewnia to najlepszą możliwą stabilność linii bazowej, powtarzalność czasów retencji i czułość [4].
Substancje chemiczne stosowane w eluencie nie powinny powodować niepożądanych reakcji z fazą stacjonarną i muszą być stabilne chemicznie, aby uniknąć zakłóceń lub degradacji podczas analizy [5]. Dlatego konieczne jest poznanie właściwości fazy stacjonarnej. Producenci często opisują standardowe warunki, a także ograniczenia fazy stacjonarnej - na przykład odpowiedni zakres pH lub dodatek modyfikatorów organicznych.
Przeczytaj nasz artykuł na blogu, bliski temu zagadnieniu, aby dowiedzieć się więcej o wyborze kolumny IC i optymalizacji separacji analitów.
Best practice for separation columns in ion chromatography (IC) – Part 2
Skład eluentu ma bezpośredni wpływ na separację jonów docelowych, ponieważ wpływa na ich czasy retencji. Poniżej wymieniono najważniejsze czynniki, które należy wziąć pod uwagę.
Zmiany pH eluentu prowadzą do przesunięć w równowadze dysocjacji analitu, zmieniając tym samym czas retencji analitu (rysunek 5).
Wartość pH musi być utrzymywana w zakresie, który zapobiega degradacji lub zmianie fazy stacjonarnej, szczególnie w przypadku kolumn opartych na krzemionce, które są wrażliwe na ekstremalne warunki pH [7,9].
Ponadto metody detekcji, takie jak przewodnictwo i absorancja światła UV, są wrażliwe na zmiany pH. Stałe pH minimalizuje szum linii bazowej i zwiększa czułość oznaczeń [8].
Naszym zaleceniem dotyczącym separacji jonów jest początkowe rozdzielenie jonów jednowartościowych, a następnie jonów wielowartościowych. Wprowadzenie jonów wielowartościowych pośród jony jednowartościowe poprzez zwiększenie siły eluentu lub modyfikację pH eluentu stwarza znaczne ryzyko. Takie metodyu (a tym samym rozdzielczość pików) są szczególnie podatne na starzenie się kolumn i różnice w ich produkcji.
Dodanie rozpuszczalnika organicznego (np. metanolu, acetonu lub acetonitrylu) do eluentów wodnych generalnie ma niewielki wpływ na czas retencji niepolaryzowalnych jonów (np. fluorków, chlorków, sodu, wapnia itp.). Jony polaryzowalne i mniej hydrofilowe (np. jodki, tiocyjaniany, organiczne kationy amonowe itp.) zwykle eluują wcześniej kiedy używamy modyfikatora organicznego.
Ponadto modyfikatory organiczne są często stosowane w celu zwiększenia jonizacji wewnątrz źródła jonizacji za pomocą elektrorozpylania (ESI), gdy chromatograf jonowy jest sprzężony ze spektrometrem mas.
Środki kompleksujące są stosowane w celu uzyskania lepszej separacji jonów metali alkalicznych. Dodanie eteru18-korono-6 (1,4,7,10,13,16-heksaoksacyklooktadekan) do eluentu prowadzi do lepszego rozdzielenia Na+, NH4+ i K+. Modyfikacja ta jest przydatna, na przykład, do poprawy oznaczania śladowej zawartości NH4+ w naturalnych próbkach wody o wysokim stężeniu K+.
Rysunek 9 pokazuje, jak czas retencji K+ znacząco wzrasta po dodaniu 18-eteru korono-6 do eluentu (Tabela 1). Można to wyjaśnić tworzeniem się kompleksu K+- eter 18-korono-6 który, jak pokazano na rysunku 10, jest znacznie większy. Czas retencji potasu wzrasta ze względu na przeszkodę steryczną, a wraz z nią odległość od NH4+. Nawet przy wysokich stężeniach potasu nie dojdzie do inferencji z jonem amonowym.
| Pik | Związek | RT [min] | RT [min] (18-crown-6) |
|---|---|---|---|
| 1 | Lit | 4.31 | 4.25 |
| 2 | Sód | 5.60 | 5.61 |
| 3 | Amon | 6.28 | 6.42 |
| 4 | Potas | 8.46 | 10.39 |
| 5 | Wapń | 17.47 | 17.00 |
| 6 | Magnes | 20.78 | 20.00 |
Kwasy dikarboksylowe tworzą kompleksy z wieloma dwuwartościowymi kationami. Zazwyczaj kompleksy te mają zredukowany ładunek. W rezultacie, gdy kwasy dikarboksylowe są dodawane do eluentu, wielowartościowe kationy są zatrzymywane słabiej i eluują wcześniej. Efekt tego przyspieszenia zależy od stałej kompleksowania określonego kompleksu kationu.
Rysunek 11 pokazuje ten wpływ na magnez, wapń i cynk przy użyciu kwasu dipikolinowego (znanego również jako kwas pirydyno-2,6-dikarboksylowy, PDC lub DPA) jako modyfikatora eluentu. W porównaniu z wapniem lub magnezem, cynk jako metal przejściowy tworzy znacznie silniejszy kompleks z kwasem dipikolinowym. W rezultacie nawet niskie stężenia tego czynnika kompleksującego mają na niego duży wpływ. Cynk eluuje już przed litem na chromatogramie b), jest całkowicie skompleksowany i eluuje z pikiem nastrzykowym na chromatogramie c). Wapń jest słabo skompleksowany kwasem dipikolinowym, ale jego kompleks jest silniejszy niż w przypadku magnezu. Rozdzielczość magnezu i wapnia jest zmniejszona na chromatogramie b), podczas gdy w c) wapń eluuje już przed magnezem. Modyfikator ten jest stosowany w celu skrócenia czasu wykonywania oznaczeń wapnia i magnezu oraz kationów grupy 1.
| Pik | Związek | RT [min] (a) | RT [min] (b) | RT [min] (c) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Sód | 6.79 | 6.50 | 5.39 |
| 2 | Potas | 10.42 | 9.93 | 8.08 |
| 3 | Magnes | 33.05 | 29.90 | 19.05 |
| 4 | Cynk | 38.24 | 3.38 | – |
| 5 | Wapń | 44.48 | 35.87 | 16.08 |
Po znalezieniu konkretnego eluentu, który zapewnia optymalne rozdzielanie, można rozważyć automatyzację. Istnieje kilka sposobów automatyzacji przygotowania eluentu. Jednym z nich jest przygotowanie koncentratu eluentu, który można łatwo automatycznie rozcieńczyć uzyskując docelowe stężenie eluentu. Firma Merck oferuje koncentraty eluentów dla wszystkich standardowych kolumn Metrohm. Te koncentraty eluentów mogą być automatycznie rozcieńczane np.: za pomocą generatora eluentu: 941 Eluent Production Module.
Ponadto w przypadku eluentów wodorotlenkowych, takich jak NaOH, KOH lub LiOH, moduł 948 Continuous IC, CEP jest idealnym wyborem. Moduł ten może w sposób ciągły przygotowywać eluenty wodorotlenkowe elektrolitycznie, używając koncentratu wodorotlenkowego.
Eluenty są jedną z kluczowych części trójkąta zależności w chromatografii jonowej. Prawidłowe etapy przygotowania, stosowane odczynniki chemiczne i wiele innych zmiennych są niezbędne do rozważenia przed przygotowaniem eluentu. Właściwy wybór i przygotowanie eluentu ma kluczowe znaczenie dla wiaryginych i powtarzalnych oznaczeń w chromatografii jonowej.
Aby poszerzyć swoją wiedzę na temat chromatografii jonowej, pobierz nasze monografie poniżej i rozpocznij pracę z chromatografem jonowym
[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
[6] Wahab, M. F.; Anderson, J. K.; Abdelrady, M.; et al. A. Peak Distortion Effects in Analytical Ion Chromatography. Anal. Chem. 2014, 86 (1), 559–566. DOI:10.1021/ac402624a
[7] Martin, D. Column Chromatography; IntechOpen, 2013.
[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
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
Zaktualizowane drugie wydanie monografii „Chromatografia jonowa” zapewnia dogłębną eksplorację teorii i praktycznych zastosowań chromatografii jonowej. Dodatkowo zawiera szczegółowe dyskusje na temat podstaw IC, metod detekcji i typów kolumn separacyjnych.
Udostępnij artykuł
