Bewährte Verfahren für Trennsäulen in der Ionenchromatographie (IC) - Teil 1
23.08.2021
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Die Trennsäule der Hochleistungs-Ionenchromatographie (IC) wird oft als das "Herz" des Ionenchromatographen bezeichnet. Der Grund für diese Bezeichnung ist einfach: Die Säule ist für die Trennung der interessierenden Analyten sowie von störenden Probenmatrix-Ionen verantwortlich. Die einzigartigen Trennfähigkeiten von IC-Säulen ermöglichen die Bestimmung mehrerer Analyten in einem Durchgang. In dieser Blogserie erfahren Sie, was für den ordnungsgemäßen Betrieb einer IC-Säule erforderlich ist und wie Sie die Lebensdauer der Säule maximieren können.
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Standardbetriebsbedingungen
Zunächst sollten die Standardbetriebsbedingungen berücksichtigt werden, wie z. B. die Zusammensetzung des Eluenten (mobile Phase), die Flussrate des Eluenten, die Temperatur des Säulenofens und die Detektion. Diese Standardbedingungen sind für jeden einzelnen Säulentyp spezifisch und entsprechen den Bedingungen, die für die jeweilige Anwendung der Säule am besten geeignet sind. Jede von Metrohm verkaufte analytische Säule wird mit einem Analysenzertifikat (CoA) ausgeliefert, das unter Standardbedingungen erstellt wurde.
In der folgenden Tabelle finden Sie die Standardbedingungen für drei verschiedene Metrohm IC-Säulen.
| Säule | Metrosep C 6 – 150/4.0 | Metrosep A Supp 17 – 150/4.0 | Metrosep Carb 2 – 150/4.0 |
Zusammensetzung des Eluenten |
1,7 mmol/L Salpetersäure 1,7 mmol/L Dipicolinsäure |
5,0 mmol/L Natriumcarbonat 0,2 mmol/L Natriumbicarbonat |
100 mmol/L Natriumhydroxid 10 mmol/L Natriumacetat |
| Flussrate | 0,9 ml/min | 0,6 ml/min | 0,5 ml/min |
| Ofentemperatur | 30 °C | 25 °C | 30 °C |
| Detektion | Nicht suppressierte Leitfähigkeit | Suppressierte Leitfähigkeit | Amperometrische Detektion |
| Analyten | Lithium, Natrium, Ammonium, Kalium, Calcium, Magnesium | Fluorid, Chlorid, Nitrit, Bromid, Nitrat, Sulfat, Phosphat | Inositol, Arabitol, Sorbitol, Glucose, Xylose, Fructose, Lactose, Saccharose |
Equilibrierung
Neben den Standardbedingungen spielen die Anfahrparameter eine wichtige Rolle für die Lebensdauer der Trennsäule. Eine hohe mechanische und thermische Belastung ist ein häufiger Grund für eine verkürzte Lebensdauer der Säule. Es wird daher empfohlen, den Fluss des Eluenten zur Säule langsam zu erhöhen und Temperatur- und Druckschocks zu vermeiden. Weitere Informationen zu den Besonderheiten und den empfohlenen Equilibrierungsbedingungen finden Sie im entsprechenden Merkblatt.
Betriebsgrenzen
Aufgrund der verschiedenen Designs der stationären Phasen, die erforderlich sind, um unterschiedliche Selektivitäten zu erreichen und eine breite Palette von IC-Anwendungen zu gewährleisten, können die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Ionenaustauscher variieren. Daher werden für die verschiedenen Säulentypen unterschiedliche Betriebsgrenzen empfohlen, die anhand von Belastungstests während der Entwicklung eines Produkts festgelegt werden. Bevor Sie mit der Optimierung einer Anwendung beginnen, informieren Sie sich bitte in dem jeweiligen Säulenmerkblatt über die entsprechenden Betriebsgrenzen, um optimale Ergebnisse zu erzielen und eine lange Lebensdauer der Säule zu gewährleisten.
Die Chemie des Ionenaustauschers definiert die Grenzen für die Betriebstemperatur, den pH-Wert des Eluenten und die organischen Modifier, die im Eluenten vorhanden sein können. Diese Werte gelten für jede Dimension eines Säulentyps (z.B. der Metrosep C 6). Ein Überschreiten dieser Grenzwerte kann die Säulenleistung stark beeinträchtigen und im schlimmsten Fall zu irreversiblen Schäden führen. Die zulässigen Flussraten und Maximaldrücke korrelieren mit den physikalischen Eigenschaften und natürlich mit der Säulendimension, weshalb diese Grenzwerte für jede Säulendimension festgelegt sind (z. B. Metrosep C 6 – 100/4.0 vs. Metrosep C 6 – 250/2.0).
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Merkblatt
Neben dem CoA finden sich viele notwendige und wertvolle Informationen im jeweiligen Säulenmerkblatt, welches für jeden von Metrohm angebotenen IC-Säulentyp bereitgestellt wird. Hier finden Sie Hinweise zur Equilibrierung, Regeneration, Betriebsgrenzen und vieles mehr.
Nachfolgend können Sie ein Beispiel eines Säulenmerkblatts herunterladen, in dem die Informationen in mehreren Sprachen (DE, EN, FR und ES) enthalten sind.
Lagerung
Je nach den Betriebsbedingungen und den Eigenschaften des Ionenaustauschermaterials werden für die verschiedenen Säulentypen unterschiedliche Lagerungsbedingungen empfohlen. Diese Bedingungen (Lagertemperatur und Lagereluent) sind in der jeweiligen Säulenbroschüre beschrieben und sollten unbedingt eingehalten werden.
Bitte beachten Sie, dass die Lagerung einer neuen Säule über längere Zeiträume sowie der häufige Wechsel zwischen Lagerung und Betrieb für die Säule belastender sein kann als der 24/7-Betrieb! Es ist daher nicht empfehlenswert, eine Säule über einen längeren Zeitraum zu lagern, ohne sie zu benutzen.
Um Ihre Trennsäule vor Probenverunreinigungen zu schützen und ihre Lebensdauer zu verlängern, ist es wichtig, eine Vorsäule zu verwenden. Die Vorsäule sollte in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden. Als Faustregel gilt, dass während der Lebensdauer einer IC-Säule etwa vier Schutzsäulen verwendet werden.
Vorsäulen werden in zwei Ausführungen angeboten: "on column" (z. B. Metrosep A Supp 17 Guard/4.0, links) und als separater Guard, der über eine Kapillare mit der IC-Säule verbunden ist (z. B. Metrosep A Supp 17 S-Guard/4.0, rechts). Für Microbore-Trennsäulen werden die entsprechenden Microbore-Vorsäulen empfohlen (z. B. Metrosep A Supp 10 Guard/2.0).
Standardmäßig sollte eine Vorsäule, die aus demselben Material wie die Säule besteht, verwendet werden. Bei speziellen Anwendungen kann jedoch die Kombination verschiedener Ionenaustauschermaterialien durch Verwendung einer anderen Vorsäule zur Optimierung der Trennung beitragen. Ein solches Beispiel ist der Fall von Sulfat und Sulfit, wie unten dargestellt.
Pulsationsdämpfer
Mit Ausnahme der Eco IC-Produktlinie sind alle Metrohm-Ionenchromatographie-Geräte mit einem Pulsationsdämpfer ausgestattet. Für den Eco IC wird dringend empfohlen, den Pulsationsdämpfer als Option hinzuzufügen. Wie bereits erwähnt, mögen IC-Säulen keine wiederholte mechanische Belastung, insbesondere solche auf Basis von Polyvinylalkohol oder Polymethacrylat als stationäre Phasen. Daher ist der Pulsationsdämpfer ein nützliches Hilfsmittel, um die Säule vor möglichen Druckschwankungen im System zu schützen und die Lebensdauer der Säule zu erhöhen.
Im Folgenden erfahren Sie mehr über das gesamte Sortiment an Metrohm-Produkten und -Zubehör für die Ionenchromatographie.
Chemische Qualität
Bei der Ionenchromatographie ist das Verhältnis zwischen dem Volumen der Probe und dem Volumen des Eluenten, der durch die Säule fließt, sehr klein und liegt normalerweise im Bereich von 1:1000. Daher spielt die Qualität der chemischen Reagenzien, die bei der Eluentherstellung verwendet werden, eine entscheidende Rolle für die Lebensdauer der Säule. Um eine optimale Leistung zu gewährleisten, sollten Sie nach Möglichkeit Chemikalien mit der Bezeichnung "for IC" verwenden, da diese insbesondere auf Verunreinigungen (z. B. Metalle) getestet werden, die die Chromatographiesäule schädigen könnten.
Zur Verdünnung der Eluentenkomponenten wird in der Ionenchromatographie normalerweise Reinstwasser verwendet. Um gute chromatographische Ergebnisse zu gewährleisten, sollte das Reinstwasser einen spezifischen Widerstand von mehr als 18 MΩ - cm haben und frei von Partikeln sein. Das Reinstwasser wird durch einen 0,45-µm-Filter gefiltert und mit UV behandelt. Moderne Reinstwasseranlagen für den Laborgebrauch garantieren dieses Niveau der Wasserqualität (Typ I).
Probenvorbereitung
Mit den Metrohm Inline-Sample Preparation (MISP)-Optionen bietet Metrohm eine Vielzahl von Probenvorbereitungstechniken, die sowohl für die Trennsäule als auch für den Analytiker von Vorteil sind. Anstatt die gesamte Probe auf die Säule zu laden, sorgen diese Techniken für die Reduzierung verschiedener Matrixeffekte der Probe und vermeiden so eine mögliche Schädigung der Säule.
Eine der bekanntesten MISP-Techniken ist die Inline-Ultrafiltration (hier abgebildet), bei der Partikel vollautomatisch und effizient aus der Probe entfernt werden, bevor sie überhaupt die Säule erreichen. Auf diese Weise kann eine Verstopfung der Säule durch verschmutzte Proben ohne manuellen Aufwand vermieden werden.
Erfahren Sie mehr über die Metrohm Inline Sample Preparation (MISP) Techniken, die hier angeboten werden!
iColumn-Funktionen
Alle von Metrohm angebotenen Metrosep-Säulen sind mit einem intelligenten Chip ausgestattet, der nützliche Informationen über die verschiedenen Betriebsbedingungen der Säule enthält (z.B. Equilibrierung, Standardbedingungen, Betriebsgrenzen usw.) und bestimmte Parameter (z.B. "set to work", Anzahl der Injektionen, Anzahl der Arbeitsstunden und maximale Arbeitswerte wie Druck und Flussrate) über die Lebensdauer der Säule verfolgt. Es ist vorteilhaft, den Säulenchip wie hier abgebildet an das Chip-Lesegerät anzuschließen, um eine ordnungsgemäße Überwachung und Unterstützung zu gewährleisten.
Haltbarkeit der Säule
Wie viele Injektionen sind mit einer bestimmten Säule möglich? Leider ist es nicht möglich, eine genaue Antwort auf diese Frage zu geben. Dies liegt daran, dass die Lebensdauer der Säule stark von der Probenmatrix und den Elutionsbedingungen abhängt. Aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen und Proben, die mit einer einzigen IC-Säule abgedeckt werden können, ist es nicht möglich, die Lebensdauer der Säule für jede Anwendung und Probenart vorherzusagen.
Während der Säulenentwicklung werden mehrere Dauertests unter Standardbedingungen mit einer Vorsäule unter Verwendung geeigneter Standards durchgeführt. Unter diesen Bedingungen muss die Säule mindestens 2000 Injektionen aushalten.
