История ИХ Metrohm – Часть 2
24 авг. 2020 г.
Статья
Поделиться статьей
Во второй статье нашей серии о разработке оборудования для ионной хроматографии я затрону период с середины 1990-х до середины 2000-х годов. За это время Metrohm сосредоточился на модульных системах, уменьшив подавление фона, а также разработал новые методы детектирования.
The 1990‘s. People start to care about the environment. Authorities impose quantitative limits on the presence of many substances, most of which must be detected down to trace levels. Metrohm builds the perfect tool for this: the 761 Compact IC.
Dr. Helwig Schäfer
Dr. Helwig Schäfer,
retired Head of R&D Ion Chromatography at Metrohm AG
2-е поколение: Модульная система ИХ – 1996 г.
В то время как Labograph пришлось заменить (сначала интеграторами, а затем инструментами интеграции на базе ПК), кондуктометрический детектор долгое время оставался на пике актуальности. Улучшения в настройке системы, а также дополнительные инструменты для работы с жидкостями и возможности автоматизации привели к появлению второго поколения ионных хроматографов Metrohm: модульной системы.
В те же годы истекал срок действия первоначальных патентов на химическое подавление, что позволяло начать разработку модуля подавления Metrohm Suppressor Module.
Metrohm Suppressor Module (MSM)
Идея MSM основана на колонке подавления, описанной в статье Смолл, Стивенс и Бауманн [1]. Его основная цель заключается в удалении проводимости элюента после разделения и до обнаружения проводимости. Таким образом, элюент нужно преобразовать в воду путем ионного обмена.
В случае анионной хроматографии примером является гидроксид натрия. Заменяя натрий протоном посредством ионного обмена, элюент превращается в воду. После аналитической колонки авторы применили колонку подавления противоположного заряда (по сравнению с аналитической колонкой) [1].
Колонки подавления имеют несколько недостатков. Иногда их приходится регенерировать. В зависимости от количества катионов, уже связанных с колонкой-подавителем, изменяется ее поведение при разделении и исключении ионов. Это приводит к изменению времени удерживания ионов, особенно в отношении карбонатного пика, который довольно сильно смещается и мешает другим. С другой стороны, одним из самых положительных пунктов является прочность подавительных колонок.
Когда ВЭЖХ терпит неудачу: раскрытие потенциала ионной хроматографии
Компания Metrohm искала решения для устранения недостатков.
Чтобы преодолеть смещение времени удерживания при использовании колонок-подавителей, размеры колонки были значительно уменьшены. Емкость теплообменника должна была оставаться достаточно высокой для проведения, как минимум, одной единственной хроматограммы. При предварительном условии, что только одна хроматограмма подавляется одним модулем-подавителем, таким образом, все определения проводятся в одних и тех же условиях, и сдвиг времени удерживания невозможен.
Теперь требовалось регенерировать отделение подавителя перед следующей инжекцией пробы. Здесь родилась идея вращающегося подавителя с тремя отсеками.
Все три камеры подключены к потоку жидкости: блок 1 подавляет проводимость элюента в аналитическом потоке, блок 2 регенерируется кислотой, блок 3 промывается (бескислотно) сверхчистой водой или элюатом детектора (теперь известным как STREAM). Перед каждой инжектором ротор MSM переключается на одну позицию. Таким образом, для каждой инжекции используется собственный свежерегенерированный и промытый подавитель.
Надежность ИХ: объясняем принцип работы модуля Metrohm Suppressor Module (MSM)
Окончательная установка подавления была запущена как модуль 753 Suppressor Module в 1996 году вместе с модульной системой, состоящей из кондуктометического детектора 732 Conductivity Detector, насоса 709 IC Pump, модуля 733 IC Separation Center и автоподатчика 766 IC Sample Processor, а также дополнительных модулей работы с жидкостями. Вместе с IC Net (программным обеспечением для сбора и обработки данных на базе ПК) была доступна полная автоматизация системы ионной хроматографии.
Модульная система ИХ была чрезвычайно гибкой и открывала возможности для высокоуровневой автоматизации, но она также была довольно сложной для простых рутинных задач.
Система для рутинных задач сколь необходимых для обычных пользователей была представлена в 1999 году как первый универсальный ионный хроматограф — 761 Compact IC. Это был идеальный прибор для запуска стандартных методик со всеми базовыми компонентами. К ним относятся: насос, инжектор, модуль подавления Metrohm с перистальтическим насосом для регенерации (при необходимости) и промывки, а также кондуктометрический детектор. 761 Compact IC был первым прибором, в модели которого не было металлов.
ИХ со встроенным амперометрическим детектированием
Первоначальный детектор 641 VA Detector и его преемник амперометрический детектор 791 Amperometric Detector были электронными высокопроизводительными приборами, требующими довольно высокого уровня знаний в области электрохимии. Эксплуатация и техническое обслуживание были непростыми задачами, однако аналитики, уже знакомые с этим оборудованием, остались очень довольны.
К тому времени установка напряжений вручную, а также компенсация фона потенциометрами устарели. Поэтому в 2001 году Metrohm представила 817 Bioscan.
Он был основан на концепции Compact IC. 817 Bioscan состоял из амперометрического детектора, используемого в основном для методик импульсного амперометрического детектирования (PAD), встроенного термостата колонки, блока 812 Valve Uniе (инжектора) и насоса 709 IC. Так Метром приблизились к анализу сахаров.
Amperometric Detection
Амперометрический детектор 791 Amperometric Detector (представленный в 1998 году как преемник детектора 641 VA Detector) по-прежнему использовался в качестве идеального детектора для методик, применяющих амперометрическое обнаружение постоянного тока.
3-е поколение: Усовершенствованная модульная ИХ — 2003 г.
В 2003 году Metrohm представила систему «Advanced Modular IC» с той же модульностью и концепцией дистанционного управления, что и предыдущая «Modular IC», но с улучшенными возможностями для отдельных модулей. И сбор данных, и дистанционное управление по-прежнему управлялись программным обеспечением IC Net.
Примерно в то же время была разработана система 811 Online IC, как более подходящий инструмент для суровых условий окружающей среды промышленных производств. При весе около 450 кг прибор был построен с использованием первоклассной модульной ИХ-системы Metrohm и управлялся программным обеспечением IC Net в двух версиях: одноканальной и двухканальной версии для измерения анионов и катионов. Технологический анализатор был объединен с модульной настройкой влажных частей, что позволяло использовать различные модули (например, 10-ходовой пробоотборный клапан или насос для труб), поэтому ИХ можно было полностью настроить в соответствии с требованиями заказчика для любого применения.
Благодаря успеху 811 Online IC в 2002 году был представлен прибор в уменьшенной версии: 821 Compact Online IC. Его обычно называли «младшим братом» из-за меньшего веса и размеров.
В 2005 году была представлена система 861 Advanced Compact IC, и в том же году на рынок была выпущена 844 UV/VIS Compact IC. Это был как первый УФ/ВИД IC Metrohm, так и первый универсальный УФ/ВИД ионный хроматограф. Он был посвящен как прямым, так и постколоночным реакциям с фотометрическим детектированием. Компактная микросхема 844 UV/VIS дополняла Bischoff Lambda 1010 и использовалась в модульных системах в качестве дополнительного оптического детектора.
Что дальше?
В Части 3 мы продолжаем повествование конца 2000-х годов и далее, охватывая эволюцию последовательного подавления (сочетание химического подавления и подавления CO2) в дополнение к 4-му и 5-му поколениям ионной хроматографии Metrohm.
Your knowledge take-aways
«Когда ВЭЖХ терпит неудачу: ИХ в пищевых продуктах, воде и фармацевтическом анализе»
В этом экспертном докладе представлены возможности ионной хроматографии для анализов, в которых ВЭЖХ не бессилен.
Reference
[1] Small, H.; Stevens, T.S.; W.C. Baumann. Novel ion exchange chromatographic method using conductimetric detection. Anal. Chem. 1975, 47 (11), 1801–1809. https://doi.org/10.1021/ac60361a017
