Tipps und Tricks für IC-Säulen

30.03.2020

Artikel

Überwachung und Pflege der Trennleistung

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Selection of Metrohm intelligent IC columns.

Eine der Grundvoraussetzungen für zuverlässige chromatographische Analysen ist eine leistungsfähige Trennsäule. Anwender der Ionenchromatographie (IC) sollten die Leistung ihrer Säule regelmässig überprüfen. Wenn sich ein Leistungsabfall abzeichnet, können rechtzeitig Massnahmen ergriffen werden, um die ordnungsgemässe Funktion der Säule wiederherzustellen oder aufrechtzuerhalten und so Ausfallzeiten beim Probendurchsatz zu verringern. In diesem Blogbeitrag erläutern wir, wie Sie die Trennleistung beurteilen können, welche Parameter Sie überwachen sollten und welche Massnahmen Sie ergreifen können, um eine hervorragende Performance zu gewährleisten.

Erstmalige Nutzung einer neuen Trennsäule

Wenn Sie eine Säule zum ersten Mal in Betrieb nehmen, empfehlen wir Ihnen, ihre anfängliche Leistung zu überprüfen. Das Certificate of Analysis (CoA), das Sie beim Kauf einer Metrohm-Säule erhalten, ist dabei Ihre Referenz. Nehmen Sie ein Chromatogramm auf und verwenden Sie die im CoA angegebenen Analysenbedingungen: Dazu gehören Flussrate, Temperatur, Eluent (mobile Phase), Analytkonzentration, Grösse der Probenschleife und Suppression.

Sie können die Leistung der Säule beurteilen, indem Sie einige der Ergebnisparameter mit den in der CoA aufgeführten Werten vergleichen (z. B. Retentionszeit, theoretische Böden, Asymmetrie, Auflösung und Peakhöhe).

Regelmässige Überwachung der Säulenleistung

Auch Säulen, die bereits im Einsatz sind, sollten regelmässig überprüft werden! Wir empfehlen, diese Tests mit Kontrollstandards unter den von Ihnen normalerweise verwendeten Applikationsbedingungen durchzuführen, da die Leistung je nach Art der Analyse und den damit verbundenen Analysebedingungen sowie dem instrumentellen Aufbau variiert. Wird eine Leistungsminderung festgestellt, sind die Anforderungen der Anwendung entscheidend, um festzustellen, ob das Gerät noch verwendet werden kann.

Im Folgenden erklären wir Ihnen, wie Sie die Leistung Ihrer Säule anhand von fünf Leistungsindikatoren bestimmen können. Weiter erfahren Sie, wie Sie einen Leistungsabfall verhindern oder beheben können.

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Gegendruck

Überwachen Sie den Gegendruck: Wenn Sie Ihre neue Säule zum ersten Mal verwenden, speichern Sie den Gegendruckwert unter den Analysebedingungen Ihrer Anwendung als Referenz ("gemeinsame Variable" MagIC Net). Verwenden Sie dann die benutzerdefinierten Ergebnisse, um die Differenz zwischen dem Ausgangsgegendruck und dem während der aktuellen Bestimmung angezeigten Wert zu überwachen.

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Wenn Sie einen Anstieg des Gegendrucks im Vergleich zum gespeicherten Ausgangswert feststellen, deutet dies darauf hin, dass sich Partikel entweder in der Vorsäule oder in der Trennsäule abgelagert haben. Beträgt der gemessene Anstieg mehr als 1 MPa, muss gehandelt werden. Zunächst sollte geprüft werden, welche der Säulen betroffen ist (Guardsäule oder Trennsäule). Ist die Guardsäule verunreinigt, sollte sie ausgetauscht werden, da dies ihre Hauptfunktion ist. Ist die Trennsäule betroffen, nehmen Sie sie aus dem System heraus, drehen Sie sie um und bauen Sie sie wieder ein, und spülen Sie sie dann mehrere Stunden lang in dieser umgekehrten Flussrichtung. Sollte dies nicht helfen, empfehlen wir Ihnen dringend, den Austausch der Säule. Dies ist unabdingbar, wenn der maximal zulässige Gegendruck für die Säule erreicht ist.

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Retentionszeit

Um Änderungen der Retentionszeit zu verfolgen (die eine Abnahme der Säulenleistung signalisieren), wird die Retentionszeit des letzten Peaks des Analyten im Chromatogramm überwacht. Hierfür eignet sich z.B. Sulfat, das bei Standard-Anionenchromatogrammen meist ganz am Ende eluiert. Arbeiten Sie auch hier mit einer gemeinsamen Variablen in MagIC Net, um den Anfangswert zu speichern.

Instabile Retentionszeiten können durch Kohlendioxid aus der Umgebungsluft oder durch Luftblasen im Eluenten verursacht werden. Diese Probleme können leicht behoben werden (siehe Tabelle 1).

Merkmal	Grund	Massnahmen
Erhöhung des Gegendrucks	Partikel auf der Guardsäule	Guardsäule ersetzen
Partikel auf der Trennsäule	Spülen Sie die Trennsäule in umgekehrter Flussrichtung aus: Den Auslass der Säule in ein Becherglas stellen. Spülen Sie die Trennsäule ca. eine Stunde lang aus. Setzen Sie die Trennsäule wieder in Flussrichtung ein.
Partikel in der Probe	Probenvorbereitung, z. B. Entfernung von Partikeln durch Inline-Ultrafiltration
Verkürzte Retentionszeit	Karbonat im Eluenten	Kohlendioxid aus der Luft beeinflusst das Karbonat/Hydrogenkarbonat-Gleichgewicht im Eluenten. Ein Karbonat/Hydrogenkarbonat-Eluent schwächt sich mit der Zeit ab, ein Hydroxid-Eluent verstärkt sich. Verschliessen Sie Eluentenflaschen und Flaschen mit Eluentenkonzentrat immer gut. Verwenden Sie immer einen CO₂ Adsorber.
Luftbläschen im Eluenten	Luftbläschen machen den Eluentenfluss instabil. Der Gegendruck ist ein Indikator für eine instabile Strömung. Er sollte innerhalb eines Bereichs von ± 0,1 MPa stabil bleiben. Entlüften Sie die Hochdruckpumpe. Verwenden Sie einen Eluenten-Entgaser.
Kapazitätsverlust in der Säule durch hochvalente Ionen	Regenerieren Sie die Säule gemäss Merkblatt, um anorganische Ablagerungen zu entfernen.
Auflösungsverlust	Eluent zu alt oder falsch hergestellt	Die Eluenten sollten frisch hergestellt werden. Achten Sie auf die korrekte Herstellung und insbesondere darauf, dass Carbonat und Hydrogencarbonat nicht verwechselt werden.
Adsorptive Wirkung durch in der Vorsäule abgelagerten Verunreinigungen	Guardsäule ersetzen
Adsorptive Wirkung durch in der Vorsäule abgelagerten Verunreinigungen	Regenerieren Sie die Säule gemäss Merkblatt, um organische oder anorganische Ablagerungen zu entfernen.
Verlust der theoretische Böden	Guardsäule kontaminiert	Guardsäule ersetzen
Trennsäule kontaminiert	Regenerieren Sie die Säule gemäss Merkblatt, um organische oder anorganische Ablagerungen zu entfernen.
Trennsäule überlastet	Die Trennsäule kann durch Faktoren wie einen hohen Salzgehalt in der Probenmatrix überlastet werden. Probe verdünnen Weniger Probe einspritzen
Totvolumen im IC-System	Prüfen Sie, ob alle Kapillaren einen Durchmesser von ≤ 0,25 mm haben; ist dies nicht der Fall, ersetzen Sie die Kapillaren. Überprüfen Sie, ob alle Kapillaren korrekt installiert wurden. Der Einbau wird Schritt für Schritt in der Multimedia-Anleitung "IC Maintenance" beschrieben.
Asymmetrie	Totvolumen oder Verunreinigungen auf der Vorsäule	Guardsäule ersetzen
Trennsäule kontaminiert	Regenerieren Sie die Säule gemäss Merkblatt, um organische oder anorganische Ablagerungen zu entfernen.

Die Säule kann auch etwas an Kapazität verloren haben. Dieser Kapazitätsverlust kann durch das Vorhandensein von hochvalenten Ionen verursacht werden, die aufgrund ihrer starken Anziehungskraft auf die stationäre Phase schwer zu entfernen sind. Die Säule sollte dann gemäss Merkblatt regeneriert werden, um jegliche Verunreinigung zu entfernen. Führt dies zu keiner Verbesserung, sollte die Säule je nach den Anforderungen der Anwendung ersetzt werden, insbesondere bei fortschreitendem Kapazitätsverlust.

Ein Kapazitätsverlust kann auch auftreten, wenn sich die funktionellen Gruppen dauerhaft von der stationären Phase lösen. In einem solchen Fall kann die Säule nicht regeneriert werden und muss ersetzt werden.

Auflösung

Überwachen Sie die chromatographische Auflösung, indem Sie die Messungen eines vordefinierten Kontrollstandards mit einem anfänglichen Referenzwert vergleichen. Wenn die Auflösung R > 1,5 ist, gilt das Signal als basisliniengetrennt (siehe Abbildung unten). Bei hochkonzentrierten Matrices und bei stärker verteilten Peaks muss der Auflösungswert jedoch höher sein, um die Basislinientrennung zu gewährleisten.

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Wenn ein Auflösungsverlust auftritt, stellen Sie zunächst sicher, dass er nicht durch den Eluenten oder das IC-System verursacht wird. Sind diese ausgeschlossen, ist es möglich, dass die adsorptive Wirkung von Verunreinigungen in der Guardsäule oder Trennsäule dafür verantwortlich ist. Eine verunreinigte Guardsäule sollte ausgetauscht werden. Liegt die Ursache des Problems in der Trennsäule, sollte diese gemäss Merkblatt regeneriert werden, um sie von organischen oder anorganischen Verunreinigungen zu befreien. Schreitet der Auflösungsverlust weiter fort, muss die Säule ausgetausch werden.

Theoretische Böden

Speichern Sie die ursprüngliche Anzahl der theoretischen Böden in MagIC Net als Basisvariabel, wie bereits für andere Parameter erwähnt. In der Regel wird der letzte eluierende Peak verwendet - bei Anionenchromatogrammen wäre Sulfat wieder ein geeigneter Kandidat. Theoretische Böden hängen auch von der Konzentration des Analyten ab. Daher ist es ideal, diesen Parameter bei Kontrollstandardmessungen und nicht bei Probenmessungen zu überwachen. Über die benutzerdefinierten Ergebnisse in MagIC Net können Sie die Entwicklung der Veränderung der Anzahl der theoretischen Böden verfolgen.

Eine Abnahme der theoretischen Böden kann auf ein Totvolumen im IC-System hinweisen (Tabelle 1). Eine niedrige Anzahl theoretischer Böden kann auch beobachtet werden, wenn die Säule z. B. durch eine hohe Salzkonzentration in der Probenmatrix überlastet wurde. Nehmen die theoretischen Böden um mehr als 20 % ab, deutet dies auf eine nachlassende Leistung der Säule hin. Je nach den Anforderungen der Anwendung müssen dann Massnahmen ergriffen werden.

Ist die Guardsäule der Grund für den Leistungsabfall, sollte sie ausgetauscht werden. Liegt das Problem bei der Trennsäule, empfehlen wir, die Säule gemäss Merkblatt zu regenerieren, um organische oder anorganische Verunreinigungen zu beseitigen. Wenn dies nicht hilft, sollten Sie die Säule ersetzt werden, insbesondere wenn ein Trend zu niedrigeren theoretischen Böden beobachtet wird.

Asymmetrie

Bestimmen Sie die anfängliche Asymmetrie der Analyten durch Messung eines vordefinierten Prüfstandards unter den Analysebedingungen Ihrer Anwendung.

Speichern Sie ihn als Basisvariabel und verfolgen Sie dann die benutzerdefinierten Ergebnisse, um die Entwicklung der Asymmetrie im Laufe der Zeit zu beobachten. Die maximal akzeptablen Werte für die Asymmetrie variieren je nach Analyt. Beispielsweise weisen Kalzium- und Magnesiumpeaks anfangs relativ hohe Asymmetriewerte auf.

Die Asymmetrie ist definiert als der Abstand zwischen der Mittellinie des Peaks und der abfallenden Seite des Peaks (B in der Abbildung unten) geteilt durch den Abstand zwischen der Mittellinie des Peaks und der aufsteigenden Seite des Peaks (A in der Abbildung unten), wobei beide Abstände bei 10 % der Peakhöhe gemessen werden. In einigen Pharmakopöen werden möglicherweise andere Zahlen verwendet - bitte informieren Sie sich über die Anforderungen in Ihrem Land.

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AS >1 bedeutet, dass ein Peak "tailing" hat, und AS < 1 bedeutet "peak fronting".

Eine optimale Chromatographie wird erreicht, wenn die Peak-Asymmetrien so nahe wie möglich bei 1 liegen.

Als allgemeine Regel gilt, dass die Leistung der Säule abnimmt, wenn die Asymmetrie AS >2 oder AS <0,5 ist.
Je nach den Anforderungen der Anwendung müssen in diesem Fall Massnahmen ergriffen werden, um die Symmetrie zu verbessern und eine bessere Leistung zu ermöglichen. Der Grund für hohe Asymmetriewerte kann im Ionenchromatographen liegen, z.B. durch ein Totvolumen. Ist dies nicht der Fall, ist es wichtig herauszufinden, ob die Asymmetrie durch Probleme mit der Guardsäule oder mit der Trennsäule verursacht wird. Ist die Guardsäule die Ursache der Asymmetrie, sollte sie ausgetauscht werden. Handelt es sich um die Trennsäule, sollte sie zunächst gemäss Merkblatt regeneriert werden, um organische oder anorganische Verunreinigungen zu entfernen. Wenn dies nicht hilft, sollten die Säule ersetzt werden. Wenn ein Trend zu höheren Asymmetriewerten zu beobachten ist, ist ein Austausch unumgänglich.

Zusammenfassung

Es gibt viele Möglichkeiten, die Leistung der Säule abzuschätzen und konkrete Zahlen über ihre Lebensdauer zu verfolgen.

Eine ordnungsgemässe Wartung kann die Lebensdauer der Trennsäule verlängern, ebenso wie die Verwendung einer Schutzsäule für zusätzlichen Schutz.

Weitere Informationen finden Sie in weiteren Blogartikeln zu diesem Thema!