Historia de Metrohm IC – Parte 1
27 jul 2020
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La cromatografía iónica (IC) ha sido parte de la cartera de Metrohm de instrumentación química analítica desde 1987, y en ese lapso de 33 años, se han introducido varios desarrollos nuevos y emocionantes que desafían los límites de lo que IC puede hacer. Desde configuraciones sencillas para laboratorios académicos hasta técnicas combinadas (p. ej., IC-ICP-MS) que amplían las capacidades del análisis químico, ¡lo hemos conseguido! Ahora, me gustaría comenzar a desvelar la historia de este método analítico en Metrohm y cómo ha cambiado durante las décadas intermedias.
Mediados de los años 1980. Nuestra misión: desarrollar un cromatógrafo iónico asequible que ocupe un espacio mínimo, fácil de usar y que proporcione mediciones excepcionales.
Walter Terzer
Walter Terzer,
R&D Ion Chromatography en Metrohm AG
El cromatógrafo de iones 690 también fue diseñado para personas sin un doctorado en química. Y era tan resistente que incluso hoy en día se utilizan bastantes 690 IC. Lo más importante: ¡en aquel momento costaba sólo la mitad que el producto de la competencia!
Dr. Markus Läubli
Dr. Markus Läubli,
R&D Ion Chromatography en Metrohm AG
El comienzo: 1980
La cromatografía iónica se agregó a la cartera de Metrohm en 1987, ampliando nuestra gama de técnicas analíticas que en ese momento solo incluían titulación, medidores, voltamperometría y Rancimat. IC, que ya lleva un par de años en el mercado, se veía por un lado como un método muy interesante, pero por otro lado también como una tecnología muy compleja y costosa.
La creciente viabilidad de IC para las aplicaciones de titulación típicas anteriores llevó a Metrohm a centrarse en este método.
Desarrollo del detector de conductividad
La conductividad es la técnica de detección más común utilizada con la cromatografía iónica. La conductividad es el parámetro de suma inherente de todos los iones en una solución acuosa. Como la cromatografía iónica se realiza utilizando soluciones acuosas como eluyentes (es decir, la fase móvil) y muestras, la conductividad es el modo de detección esencial.
Descripción general de las técnicas de detección de circuitos integrados de Metrohm disponibles
Puedes ver cómo se mide esto en el siguiente video. También se pueden utilizar otras técnicas de detección, pero son suele ser aplicable sólo en casos especiales.
Detección conductimétrica
A principios de la década de 1980, el método de IC comenzó a competir por la cuota de mercado con la titulación. Basado en experiencias positivas con el detector amperométrico (Detector de 641 VA, introducido en 1980 y originalmente vendido como un detector de HPLC) y la competencia de Metrohm en la medición de conductividad, esto llevó a la idea de desarrollar un detector de conductividad de manera similar. Un requisito previo para el proyecto era la disponibilidad de columnas de separación (fase estacionaria) que permitieran a los analistas alcanzar límites de detección de 1 mg/L (o menos) de los aniones estándar.
En 1984, se realizó una prueba en una configuración inicial que constaba de una bomba HPLC de un solo pistón, un inyector de 6 puertos, columnas de separación IC disponibles comercialmente, un detector de conductividad y un registrador gráfico (586 Labograph). Esta prueba demostró que se podía alcanzar el límite de 1 mg/L y, por lo tanto, el proyecto de desarrollo de un detector de conductividad oficial de Metrohm comenzó.
En ese momento, la supresión química introducida por Small, Stevens y Baumann [1] fue patentado y no disponible. Sin embargo, la detección de conductividad no suprimida descrita por Gjerde, Schmuckler y Fritz [2] fue visto como una alternativa viable. Cuando fue necesaria la medición de bajas concentraciones de iones en solución, los picos cromatográficos muy pequeños más el fondo de alta conductividad de la fase móvil (eluyente) crearon un desafío y se tuvieron que tener en cuenta requisitos especiales para el detector de conductividad. El más crítico de ellos fue el coeficiente de temperatura de la conductividad, que suele rondar el 2 %/°C. Esto requiere mantener una temperatura extremadamente estable durante la medición.
Durante la fase de desarrollo inicial se descubrió que, además de la medición a granel, el platino no era el mejor material para electrodos en una celda de flujo continuo. Sin embargo, acero inoxidable funcionó perfectamente. La celda de medición aún necesitaba ser aislada, sin embargo, el aislamiento por sí solo no era suficiente. Se requirió termostatización activa para lograr una estabilidad de temperatura mejor que 0,01 °C. Esa estabilidad se midió con un termopar y se registró en el Labograph. Más tarde, con herramientas más sofisticadas, el se determinó que la estabilidad era mejor que 0,001 °C.
Incluso después de todo este arduo trabajo, la estabilidad inicial de la línea de base del sistema aún no era lo suficientemente buena. Al final resultó que, varios componentes del sistema IC necesitaban ser estabilizados térmicamente. Además, la bomba HPLC de diferente marca no era óptima para el desarrollo del cromatógrafo iónico Metrohm.
La primera decisión fue dejar de lado el proyecto del detector de conductividad y empezar a construir un cromatógrafo de iones. Por lo tanto, el primer IC de Metrohm (el Cromatógrafo iónico 690) fue desarrollado. El 690 IC constaba de: una carcasa de polímero de espuma para un aislamiento térmico perfecto, el bloque electrónico y detector, así como un amortiguador de pulsos, un inyector de muestra y una columna de separación. Todas las conexiones capilares consistían en capilares HPLC en ese momento (hechas de acero inoxidable). La bomba HPLC inadecuada se reemplazó y actualizó con una bomba IC de Metrohm, y el Labograph fue seguido casi inmediatamente por un integrador, que completó el sistema IC.
A pesar del consenso general en la década de 1980 de que la cromatografía iónica solo era sólida cuando se usaban instrumentos sin metales, Metrohm pudo ejecutar cromatografía de aniones, cationes y exclusión de iones en sistemas basados en acero inoxidable. Incluso las determinaciones de metales pesados se realizaron sin problemas.
Detección de conductividad con «supresión electrónica»
Una desventaja del IC no suprimido es la ruido de línea de base inherente relativamente alto debido a los altos niveles de conductividad de la fase móvil. Los parámetros que se suman a este ruido de referencia incluyen fluctuaciones inducidas por la temperatura, ruido de la bomba, y ruido electronico.
La influencia de la temperatura en el ruido de la línea base se minimizó gracias a la estabilización térmica casi perfecta del detector. La calidad de la bomba de alta presión es importante para estabilizar la línea de base; sin embargo, en condiciones de funcionamiento estándar, no aumenta mucho el ruido de la línea de base. Finalmente, después de optimizar estos puntos, estaba claro que el ruido electrónico era el parámetro más importante en el que centrarse. Cada componente electrónico influye en las fluctuaciones de temperatura y también agrega cierta cantidad de ruido.
El bloque detector termostatizado constaba de un bloque de aluminio para termostatización, una celda de medición integrada y un preamplificador electrónico. Este preamplificador garantizó que la señal de conductividad analógica medida fuera insensible a los campos externos cuando se guiaba a la electrónica principal.
los La función Auto Zero midió la conductividad real en la inicialización de la función y se sustrajo de la señal a lo largo del cromatograma. Esto se puede llamar compensación de fondo. Los "supresión electrónica» la designación se otorga debido a una configuración electrónica que además redujo el ruido electrónico.
La idea detrás de esto es tan simple como efectiva. La electrónica se configuró para medir la señal de conductividad real así como el conductividad de fondo medida a través de dos caminos paralelos con componentes electrónicos idénticos. La resta de las dos señales se realizó justo antes de la salida al convertidor A/D externo. Bajo el supuesto de que los mismos componentes deben agregar el mismo ruido y exhibir un comportamiento térmico similar, ambas señales se ven influenciadas de la misma manera. Por lo tanto, el nivel de ruido se minimizó aún más.
Además, se mejoró el nivel de ruido aparente utilizando la ventana de salida óptima (llamada «Full-scale») en unidades de µS/cm. La nota de aplicación gratuita a continuación describe este efecto.
En ese momento, este nivel de ruido de aproximadamente 2 nS/cm era similar o mejor que los análisis realizados con supresión química..
Desarrollos de columnas de separación
Cuando se lanzó al mercado a fines de 1987, Metrohm ofreció un total de seis columnas de separación IC: dos adecuadas para aniones, una para cationes monovalentes, una para cationes divalentes y una para ácidos orgánicos (exclusión de iones). En ese momento, el grupo del Prof. Dr. Schomburg (Institut für Kohlenforschung, Mühlheim/Ruhr, DE) estudió la preparación de fases de HPLC mediante el recubrimiento de materiales poliméricos sobre, por ejemplo, sílice. Una de las fases utilizadas fue poli(butadieno/ácido maleico) sobre un material de sílice, que resultó ser Capaz de separar cationes monovalentes y divalentes en una sola corrida isocrática. Metrohm adquirió la tecnología y comenzó la producción de columnas en Herisau, Suiza.
La llamada «Columna de Schomburg» o después «Columna Catiónica Super-Sep» fue el primera columna en el mercado permitiendo la separación simultánea de cationes de metales alcalinos y alcalinotérreos. Incluso el actual Metrosep C 4 y Metrosep C 6 Las raíces de las columnas se remontan a la columna de Schomburg.
Capacidades de manejo de datos
En los primeros meses en el mercado, solo el Labograph (un registrador gráfico) estaba disponible para el nuevo IC. Por supuesto, esto no era realmente aceptable. Sin embargo, los resultados obtenidos al cortar y pesar físicamente los picos fueron bastante correctos. El primer integrador (Shimadzu C-R5A) era un integrador de mesa con pantalla LCD (dos líneas), capacidades de almacenamiento (dos cromatogramas en el instrumento y cinco cromatogramas por tarjeta externa) y una impresora térmica para documentación.
En 1991 se desarrolló el primer software de adquisición y manejo de datos basado en PC (714 IC-Metrodata), compuesto por una caja de adquisición de datos y el software de integración basado en DOS. Cinco años después, en 1996, el software del 714 IC-Metrodata se actualizó a una versión de Windows. Luego, en 2000, el nuevo Software de red IC se lanzó junto con la interfaz 762 IC y la interfaz 771 IC Compact para ambos Adquisición de datos y capacidades de control remoto.
¿Que sigue?
La próxima entrega de esta serie cubre la década de 1990 y principios de la de 2000. Durante este tiempo, Metrohm desarrolló IC modular, el Módulo supresor Metrohm (MSM), así como algunos destacadas columnas de separación.
Tus conocimientos para llevar
Referencias
[1] Pequeño, H.; Stevens, TS; baño Bauman. Nuevo método cromatográfico de intercambio iónico mediante detección conductimétrica. Anal. química 1975 , 47 (11), 1801–1809. https://doi.org/10.1021/ac60361a017
[2] Gjerde, D. t.; Fritz, J. S.; Schmuckler, G. Cromatografía de aniones con eluyentes de baja conductividad. j Cromatogr. A 1979 , 186 , 509–519. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(00)95271-3
