Рекомендации по работе с разделительными колонками в ионной хроматографии (ИХ) – Часть 2
13 мая 2022 г.
Статья
Поделиться статьей
Вторая часть статьи о разделительных колонках для ионной хроматографии посвящена нюансам, которые влияют на её пригодность и стабильность. Во-первых, нужно правильно выбрать ту самую колонку, которая идеально подойдет для выполнения ожидаемой задачи. Далее мы рассмотрим рабочие параметры, которые можно изменить для оптимизации разделения между аналитами, а также другие факторы и возможности.
Ниже можно перейти сразу темам:
Выбор длины и диаметра колонки
Из порфтолио Metrohm мы можем предложить широкий выбор ИХ колонок, которые содержат различные неподвижные фазы и имеют разную длину и/или внутренний диаметр. Выбор неподвижной фазы влияет на селективность между отдельными аналитами, а также на стабильность по отношению к различным матрицам образцов. И напротив, длина колонки влияет не на селективность, а на эффективность разделения отдельных пиков.
Посмотреть на все варианты разделительных колонок Metrohm для ионной хроматографии можно в нашей коллекции.
На что влияет длина колонки?
На хроматограммах (Рис. 1) показано: как влияет длина колонки на эффективность разделения для серии Metrosep A Supp 17. При выборе длины колонки следует учитывать сложность предполагаемого разделения и наличие компонентов матрицы, которые могут помешать интересующим ионам.
На что влияет диаметр колонки?
Помимо длины вы можете выбрать два варианта колонок – с внутренним диаметром 4 мм и 2 мм (известных как «микроотверстие»). Выделим несколько советов:
- Если вы используете онлайн-системы непрерывно (т. е. системы, которые работают без присмотра несколько дней подряд, как Metrohm Process Analytics MARGA system – Monitor for AeRosols and Gases in Ambient air — мониторинг для аэрозолей и газов в окружающем воздухе), мы рекомендуем использовать колонки диаметром 2 мм. С уменьшением скорости потока для колонок с микроотверстием (всего 25% скорости в сравнении с диаметром 4 мм) растворы элюента и регенерирующего раствора расходуются намного дольше. Это увеличит время самостоятельной работы прибора, и вы сможете оставлять хроматограф без присмотра.
- Есть задачи, которым потребуются комбинированные методы (IC-MS) для более высокой селективности и чувствительности аналита. В этом случае идеально подойдут колонки на 2 мм. Низкая скорость потока оптимальна для процесса электрораспыления, поэтому перед входом в масс-спектрометр не требуется разделитель потока.
- Иногда объем образца для инжекции сильно ограничен. В этих ситуациях лучше использовать колонки диаметром 2 мм. В процессе разделения происходит меньшее разбавление/диффузия и, следовательно, получаются более четкие сигналы.
- Если ваш образец содержит большое количество компонентов матрицы, то лучше остановиться на колонке 4 мм. Её большая вместимость станет выигрышной для отделения желаемых аналитов от матрицы.
В нашем блоге можно почитать подробнее о MARGA и ее возможностях для непрерывного мониторинга качества воздуха.
Оптимизация разделения аналита
Следом за самой колонкой можно изменить и другие параметры для улучшения селективности разделения: температуру, компоненты и концентрацию элюента, а также добавить органические модификаторы.
Как влияет изменение температуры?
Одним из самых простых способов тонкой настройки селективности разделения в ионной хроматографии является изменение температуры анализа. Это достигается с помощью встроенного термостата колонки (если такой установлен в модель). Можно наблюдать множественные факторы, например, при анализе анионов. В качестве примера на (Рис. 2) показано влияние температуры на селективность при сравнении хроматограмм с колонкой Metrosep A Supp 17.
- Все одновалентные ионы: фторид, хлорид, нитрит, бромид и нитрат, ускоряются с повышением температуры. А значит, происходит меньше взаимодействий с неподвижной фазой.
- Поведение многовалентных ионов (фосфат или сульфат) описать сложнее, оно будет отличаться для каждой неподвижной фазы. Многовалентные ионы больше задерживаются при более высоких температурах, что приводит к увеличению времени удерживания, как это видно для сульфата. Иначе ведет себя фосфат из-за вызванного температурой изменения рН элюента в диапазоне, близком к значению pKa фосфата. Из-за этого изменяется и эффективный заряд фосфат-иона (в нашем примере эффективный заряд уменьшается с повышением температуры).
- Форма пиков поляризуемых ионов (нитрит, бромид и нитрат) значительно улучшается при более высоких температурах. Причина – уменьшение вторичных взаимодействий с неподвижной фазой.
Влияние изменения состава и концентрации элюента
При использовании одной и той же разделительной колонки для изменения порядка элюирования нескольких аналитов можно менять состав и концентрацию элюента.
В катионной хроматографии модель удерживания была разработана П.Р.Хаддадом и П.Е. Джексоном, что позволяет прогнозировать время удерживания при изменении состава элюента [1].
Учитывая, что колонка идентична при каждом определении, не следует ожидать изменения равновесия ионного обмена. Поэтому при изменении только концентрации элюента можно использовать следующее соотношение:
Где:
- k’ — коэффициент удерживания интересующего аналита
- с — константа
- x — заряд анализируемого вещества
- y — заряд элюента
- Ey+M – концентрация элюента в подвижной фазе
Если в качестве элюента используется азотная кислота, y = 1, и модель можно упростить до:
Применение этой формулы на практике означает следующее: с увеличением концентрации элюента щелочноземельные металлы ускоряются значительно быстрее (x = 2) по сравнению с щелочными металлами (x = 1), и таким образом возможно элюирование магния перед калием. Этот эффект называется электроселективностью.
Ионы многовалентных металлов способны образовывать комплексы. Таким образом, селективность можно изменить, добавив в элюент комплексообразующие агенты. Например, дипиколиновую кислоту (ДПК) часто используют для комплексообразования с кальцием, что приводит к снижению эффективного заряда кальция. Время удерживания кальция сокращается, и на хроматограмме кальций элюируется раньше магния (Рис. 3).
На удержание одновалентных катионов можно влиять добавлением краун-эфира в подвижную фазу.
Анионные системы более сложны в отношении модели времени удерживания, хотя тот же эффект электроселективности можно наблюдать и для анионов. Однако при изменении концентрации элюента часто меняется и его рН, что приводит к различным равновесиям реакции депротонирования поливалентных анионов (например, фосфата). Это влияет на эффективный заряд анализируемого вещества и на его удерживание по аналогии с эффектом изменения температуры.
В некоторых случаях имеет смысл использовать в элюенте небольшое количество органического модификатора: метанол, ацетонитрил или ацетон.
- Если вы сталкивались с бактериальным загрязнением, добавьте 5% метанола к элюенту. Это поможет предотвратить рост бактерий в будущем
- Если ваши образцы содержат большое количество органических растворителей, и перед вводом невозможно предварительно обработать образец методами экстракции или удаления матрицы (MiPCT-ME), рекомендуем добавить в элюент подходящий органический модификатор. Он гарантирует, что органический растворитель будет надлежащим образом вымыт из хроматографической колонки
Metrohm Inline Sample Preparation (MISP)
- При использовании IC-MS также рекомендуется добавлять в элюент органический модификатор для улучшения процесса электрораспыления
Но обратите внимание, что добавление органических модификаторов также повлияет на селективность разделения. Для стандартных анионов эффект аналогичен наблюдаемому при повышенных температурах: формы пиков поляризуемых ионов, таких как нитрит, бромид и нитрат, улучшаются.
С другой стороны, органические кислоты могут реагировать совершенно по-другому сценарию, чем стандартные анионы. Их реакция сильно зависит от типа используемого модификатора. Примеры хроматограмм, показывающие влияние органического модификатора на удерживание аналитов, приведены в руководстве к колонке Metrosep A Supp 10.
Скачайте мануал по колонке Metrosep A Supp 10, чтобы увидеть примеры хроматограмм.
Литература
[1] Haddad, P. R.; Jackson, P. E. Ion Chromatography: Principles and Applications; Journal of chromatography library; Elsevier; Distributors for the U.S. and Canada, Elsevier Science Pub. Co: Amsterdam, Netherlands; New York: New York, NY, USA, 1990.
