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Dies ist der dritte und letzte Beitrag unserer Reihe mit Tipps und Tricks zur richtigen Verwendung von Ionenchromatographiesäulen. Im Im ersten Teil haben wir hauptsächlich darüber gesprochen, die Standard-Betriebsbedingungen sowie die Betriebsgrenzen für Säulen, während in der Im zweiten Beitrag haben wir uns auf anwendungsbezogene Themen konzentriert und darauf, welche Elutionsparameter geändert werden können, um die Trennleistung zu modifizieren. Zum Abschluss dieser Reihe werden wir uns die Möglichkeiten zur Bewertung der Säulenleistung während ihrer Lebensdauer genauer ansehen und einige Tipps zur Fehlerbehebung geben, die bei der Behebung eventuell auftretender Probleme hilfreich sein können.
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Wesentliche Spaltenparameter
Sehen wir uns zunächst die wichtigsten Parameter an, anhand derer die Leistung der Säule beurteilt werden kann. Die meisten dieser Referenzwerte können entnommen werden aus dem Analysezertifikat. Die Trennsäulen-Zertifikate finden Sie im Metrohm Zertifikatsfinder. Die regelmäßige Reproduktion des Zertifikatchromatogramms zur Überprüfung der Säulenleistung kann hilfreich sein, um Leistungsänderungen zu erkennen früh und zu irreversible Schäden vermeiden der Spalte.
Nachfolgend werden wir die wichtigsten Parameter der Reihe nach betrachten.
Retentionszeit und Säulenkapazität
Die Retentionszeit der einzelnen Analyten ist ein gutes Maß für die Selektivität und Kapazität der Säule. Wenn die Retentionszeiten der Analyten nicht mit den Retentionszeiten des Zertifikats übereinstimmen, kann dies viele Gründe haben.
Möglicherweise Die Eluentenzusammensetzung ist falsch, weil zB die Eluentkomponenten nicht in der richtigen Konzentration vorliegen. Bei zu hoher Eluentenstärke kommt es zu einer Verkürzung der Retentionszeiten. Dieses Phänomen tritt normalerweise bei allen Ionen gleichzeitig auf und verschiebt alle Peaks näher zusammen. Dabei werden die mehrwertigen Ionen stärker beschleunigt als die einwertigen Ionen. Dieses Problem kann durch die Herstellung eines frischen Eluenten mit der richtigen Zusammensetzung behoben werden.
Der Das Eluent ist möglicherweise nicht frisch oder nicht ausreichend geschützt aus der umgebenden Atmosphäre, beispielsweise mit einem CO2 Adsorber. Kohlendioxid aus der Umgebungsluft kann mit der Zeit die Zusammensetzung des Eluenten (d. h. Stärke, pH-Wert usw.) verändern und dies wirkt sich auf die Retentionszeiten der Analyten aus. Besonders betroffen von diesem Problem sind schwache Hydroxid-Eluenten, da die Elutionskraft von Carbonationen wesentlich stärker ist als die von Hydroxidionen, was zu starken Verschiebungen der Retentionszeiten führt. Deshalb sind mehrwertige Ionen hiervon stärker betroffen als einwertige. Dieses Problem kann durch die Herstellung eines frischen Eluenten und durch die Verwendung eines CO2 Adsorber. Bei der Arbeit mit Hydroxid-Eluenten ist es auch wichtig, den Status der Hydroxid-Stammlösung zu überprüfen, da diese CO absorbieren kann.2 aus der Luft. Abbildung 1 zeigt die Wirkung von CO2 Aufnahme aus der Luft auf die Retentionszeiten gängiger Anionen.
Einige Proben können Bestandteile enthalten, die die Ionenaustauschergruppen des Säulenmaterials besetzen. In diesem Fall verringert sich die Anzahl der verfügbaren Ionenaustauschgruppen auf der Säule im Vergleich zum Ausgangszustand, was zu einer scheinbar geringeren Säulenkapazität und kürzeren Retentionszeiten führt. Je nach Art der Verunreinigung(en) gibt es Möglichkeiten, diesen Effekt umzukehren und sie von der Säulenoberfläche zu waschen. Diese Regenerationsverfahren werden individuell an die verschiedenen stationären Phasen angepasst und sollte nur als letzte Option genutzt werden um eine Spalte zu speichern.
Die Vorgehensweise sowie die Einsatzgrenzen sind in der jeweiligen Anleitung der Säule beschrieben und finden sich auf unserer Website. Bitte wenden Sie sich an Ihren Metrohm-Händler, bevor Sie eine Regeneration durchführen.
Handbuch für Metrosep A Supp 17
- Handelt es sich bei der Verunreinigung um mehrwertige Ionen, können diese im Allgemeinen durch Spülen der Säule mit einem Eluenten höherer Konzentration ausgewaschen werden. Vergessen Sie dabei nicht die Betriebsgrenzen der Säule, insbesondere den pH-Wert des Eluenten.
- Manchmal können organische Moleküle aufgrund ihrer starken Affinität zur stationären Phase der Säule an dieser adsorbiert werden. Dies kann zu einer Verstopfung der Ionenaustauschergruppen und einer Verkürzung der Retentionszeiten sowie einem Anstieg des Betriebsdrucks führen. In diesem Fall kann es hilfreich sein, die stationäre Phase mit einem Eluenten zu waschen, der einen Anteil eines organischen Modifikators enthält. Dadurch wird die Affinität des Schadstoffs zur mobilen Phase erhöht und seine Ablösung von der stationären Phase erleichtert.
Normalerweise kann nach einem solchen Regenerationsverfahren die ursprüngliche Säulenkapazität wiederhergestellt werden.
Eine noch bessere Möglichkeit, die Lebensdauer der Trennsäule zu verlängern, ist die regelmäßiger Austausch der Vorsäule. Einer seiner Zwecke besteht darin, die Trennsäule vor Verunreinigungen zu schützen, indem diese zurückgehalten werden.
Achten Sie darauf, die Vorsäule während der Lebensdauer der Trennsäule drei- bis viermal auszutauschen, bei sehr komplexen Probenmatrizes wie Farbstoffen oder Lebensmittelmatrizes sogar noch häufiger. In diesen Situationen empfehlen wir die Verwendung von Metrosep RP 2 Guard/3.5.
Das Chromatogramm-Overlay in Abbildung 2 zeigt den Einfluss einer defekten Vorsäule auf die Peakform.
In einigen Fällen wird die Säulenkapazität aufgrund einer chemischen Veränderung der stationären Phase reduziert. Dies geschieht, wenn eine Säule unter Bedingungen außerhalb der Betriebsgrenzen verwendet wird, z. B. in extremen pH-Situationen. Extreme pH-Bedingungen können die chemischen Bindungen der Ionenaustauschergruppen zum Basispartikelsubstrat verändern. Dieser irreversible Prozess führt zu dauerhafter Verlust der Säulenkapazität. In diesem Fall kann kein Regenerationsverfahren die ursprüngliche Säulenkapazität wiederherstellen.
Bitte beachten Sie, dass dieser Verlust an Ionenaustauschergruppen auch bei der regelmäßigen Verwendung von Ionenaustauschersäulen langsam erfolgt. Die Stärke der chemischen Bindung der Ionenaustauschergruppen wird bei der Entwicklung von Metrohm-Säulen gründlich getestet, um eine lange Lebensdauer der Säule zu gewährleisten.
Theoretische Platten und Peaksymmetrie
Die Anzahl der theoretischen Böden (TP) kann ein nützliches Instrument zur Beurteilung des Säulenpackungsstatus sein. Je höher der TP-Wert, desto besser ist die Packung der Säule. Für eine aussagekräftige Beurteilung des Säulenpackungsbetts wählen Sie einen Analyten, der im Chromatogramm nicht zu früh eluiert (diese Peaks können durch Extrasäuleneffekte beeinflusst werden, insbesondere bei 2-mm-Systemen) und der nicht durch sekundäre Wechselwirkungen beeinträchtigt wird (d. h. vermeiden Sie die Verwendung von Nitrat). Für Kationen, Kalium ist eine gute Wahl, während für Anionen Sulfat ist eine geeignete Wahl.
Obwohl die Säulen bei Drücken gepackt werden, die über dem normalen Betriebsdruck liegen, wird das Packungsbett während der gesamten Lebensdauer der Säule durch die kontinuierliche Anwendung einer fließenden mobilen Phase (Eluent) immer dichter. Während sich durch diesen Effekt das Packungsbett der stationären Phase verbessert, kann es auch zu einem gewissen Totvolumen am Eingang der Trennsäule kommen. Dieses Totvolumen kann für eine Peakverbreiterung und eine Verringerung der theoretischen Böden, insbesondere zu Beginn des Chromatogramms, verantwortlich sein.
Obwohl es sich hierbei um einen normalen Alterungsprozess der Säule handelt, ist es möglich, ihn durch gute Pflege der Säule zu verlangsamen. Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören das langsame Anheben der Eluentenflussrate und -temperatur beim Start sowie das ordnungsgemäße und vollständige Abschalten der Hochdruckpumpe vor dem Entfernen der Säule, da mechanische Belastungen das Packungsbett beschädigen können. Der Austausch der Vorsäule kann sich oft positiv auf die theoretischen Trennstufen und Peakformen auswirken (siehe Abbildung 2).
Probleme mit dem Säulenpackungsbett werden häufig auch in den Asymmetriefaktorwerten und den Gesamtpeakformen sichtbar. Ausgeprägter vorn sowie Peakverbreiterung können Warnsignale für Kanalisierung in der Säule oder der Vorsäule sein. Leider sind derartige Schäden an der Säule irreversibel und erfordern einen Austausch der Trennsäule.
Wenn im Chromatogramm eine Peakverbreiterung beobachtet wird, muss vor dem Säulenaustausch unbedingt geprüft werden, ob die Probleme von der Säule oder einer anderen Verbindung im IC-System herrühren. Stellen Sie sicher, dass alle Kapillaren im Hochdruckpfad einen Durchmesser von ≤0,25 mm haben und dass alle Kapillaren korrekt und ohne zusätzliches Totvolumen installiert und angeschlossen wurden. Systeme mit Säulen mit kleinem Innendurchmesser (2 mm, Mikrobohrung) sind stärker vom Totvolumen betroffen als Systeme mit 4-mm-Säulen. Dies bedeutet, dass bei der Verwendung von Microbore-Säulen im Vergleich zur Verwendung von 4-mm-Säulen weniger Totvolumen erforderlich ist, damit der Peakverbreiterungseffekt sichtbar wird.
Säulendruck
Ein weiterer wichtiger Parameter, der während der gesamten Lebensdauer der Säule regelmäßig überprüft werden muss, ist der Systemdruck. Hoher Druck ist einer der häufigsten Gründe, die zum Austausch der Säule führen. Wenn ein Druckanstieg festgestellt wird, ist es wichtig zu überprüfen, welcher Teil des IC-Systems die Ursache ist.
Wenn die Probe Partikel enthält und die Probenvorbereitung unzureichend ist, sammeln sich die Partikel am Eingang der Schutzsäule und führen schließlich zu einem erhöhten Systemdruck. In diesem Fall erfüllt die Vorsäule nicht mehr ihren vorgesehenen Zweck, nämlich den Schutz der Trennsäule, und muss ausgetauscht werden. Wenn die Vorsäule nicht rechtzeitig ausgetauscht wird, kann es passieren, dass partikuläre Verunreinigungen durchbrechen und sich auf der Trennsäule ablagern. Während für eine mit Partikeln beladene Vorsäule kein Regenerationsverfahren existiert, können mit Partikeln verunreinigte Trennsäulen durch Spülen der Säule bei niedrigen Flussraten in umgekehrter Flussrichtung regeneriert werden.
Bitte beachten Sie, dass diese Regenerationsverfahren nicht immer erfolgreich sein können.
Eine gute Möglichkeit zum Schutz der Schutz- und Trennsäulen besteht darin, das Eindringen von Partikeln in den Hochdruckpfad des IC-Systems zu verhindern. Metrohm bietet mehrere automatisierte Probenvorbereitungstechniken was sich positiv auf die Lebensdauer der Säule auswirkt. Die gebräuchlichsten Techniken hierfür sind die Inline-Ultrafiltration (Abbildung 3) und Inline-Dialyse.
Erfahren Sie mehr über die Inline-Ultrafiltration von Metrohm in unserem entsprechenden Blogbeitrag.
Wann muss ich bei der Inline-Ultrafiltration die Filtrationsmembran austauschen?
Ende der Lebensdauer der Spalte
Alle oben beschriebenen Parameter sollten bei der Beurteilung der Leistung der Säule (und des IC-Systems) berücksichtigt werden. Viele dieser Parameter können genau überwacht werden in der MagIC Net Software damit ein potenzielles Problem so früh wie möglich erkannt werden kann.
Obwohl Metrohm IC-Säulen für eine sehr lange Lebensdauer entwickelt und hergestellt werden, lässt die Leistung irgendwann nach und selbst Regenerationsverfahren können möglicherweise nicht die erforderliche Säulenleistung wiederherstellen, um die Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Dies stellt das Ende der Säulenlebensdauer dar und macht den Austausch der Trennsäule unumgänglich.
Metrohm-Trennsäulen kann nicht recycelt werden und können mit dem normalen Hausmüll entsorgt werden. Abhängig von den gemessenen Proben sowie den verwendeten Chemikalientypen und den damit verbundenen Gefahren kann es jedoch erforderlich sein, über eine ordnungsgemäße Entsorgungsmöglichkeit nachzudenken.
Unabhängig von der Art der Probe, öffne die Spalte nicht jederzeit.
Übersicht zur Fehlerbehebung
Tabelle 1 bietet einen Überblick über bestimmte Strategien zur Fehlerbehebung bei der Betrachtung des Leistungsverhaltens Ihrer Spalte.
Tabelle 1. Leistungsverlust in IC-Spalten verhindern und beheben
| Indikator | Ursache | Präventiv- und Korrekturmaßnahmen |
|---|---|---|
| Zunehmender Gegendruck | Partikel auf der Vorsäule | Ersetzen Sie die Vorsäule. |
| Partikel auf der Trennsäule | Trennsäule in umgekehrter Flussrichtung ausspülen
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| Partikel in der Probe | Probenvorbereitung, z. B. Entfernung von Partikeln durch Inline-Ultrafiltration | |
| Verkürzte Verweilzeit | Carbonat im Eluenten | Kohlendioxid aus der Luft beeinflusst das Karbonat-/Hydrogenkarbonat-Gleichgewicht im Eluenten. Ein Carbonat-/Hydrogencarbonat-Eluent schwächt sich mit der Zeit ab, ein Hydroxid-Eluent wird stärker.
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| Luftblasen im Eluenten | Luftblasen machen den Eluentenfluss instabil. Der Gegendruck ist ein Indikator für instabilen Durchfluss. Er sollte stabil bleiben in einem Bereich von ± 0,1 MPa.
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| Kapazitätsverlust in der Säule durch hochvalente Ionen | Regenerieren Sie die Säule gemäß den Anweisungen in der Säulenbroschüre, um alle anorganischen Ablagerungen zu entfernen. | |
| Auflösungsverlust | Eluent zu alt oder falsch hergestellt | Eluenten sollten frisch zubereitet werden. Achten Sie dabei auf die korrekte Herstellung und insbesondere darauf, dass Karbonat und Hydrogenkarbonat nicht verwechselt werden. |
| Adsorptive Wirkung der in der Vorsäule abgelagerten Verunreinigungen | Ersetzen Sie die Vorsäule. | |
| Adsorptive Wirkung der in der Trennsäule abgelagerten Verunreinigungen | Regenerieren Sie die Säule gemäß den Anweisungen in der Säulenbroschüre, um sämtliche organischen und anorganischen Ablagerungen zu entfernen. | |
| Verlust an theoretischen Böden | Vorsäule kontaminiert | Ersetzen Sie die Vorsäule. |
| Trennsäule verunreinigt | Regenerieren Sie die Säule gemäß den Anweisungen in der Säulenbroschüre, um sämtliche organischen und anorganischen Ablagerungen zu entfernen. | |
| Trennsäule überlastet | Zu einer Überlastung der Trennsäule kann es beispielsweise durch einen hohen Salzgehalt in der Probenmatrix kommen.
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| Totvolumen im IC-System |
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| Asymmetrie | Totvolumen oder Kontamination auf der Vorsäule | Ersetzen Sie die Vorsäule. |
| Trennsäule verunreinigt | Regenerieren Sie die Säule gemäß den Anweisungen in der Säulenbroschüre, um sämtliche organischen und anorganischen Ablagerungen zu entfernen. |
Abschluss
In diesem Artikel wird erläutert, wie die Leistung einer IC-Säule während der gesamten Säulenlebensdauer beurteilt und überwacht werden kann und welche Maßnahmen ergriffen werden können, um eine lange Säulenlebensdauer sicherzustellen. Damit schliessen wir nun die Serie «Best Practice für Trennsäulen in der Ionenchromatographie» ab. Wenn Sie weitere Fragen haben, wenden Sie sich bitte an Ihren lokalen Metrohm IC-Verkäufer.
