Automatisierte Inline-Verdünnung in der IC

Labortechniker haben oft Schwierigkeiten, die hohe Genauigkeit, die ihre analytische Arbeit erfordert, mit ihrer vollen Arbeitsbelastung und begrenzten Ressourcen in Einklang zu bringen. Um genaue und zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, sind häufig zwei grundlegende Verfahren erforderlich, die höchste Präzision erfordern: die Kalibrierung des Analysesystems und die Verdünnung hochkonzentrierter Proben. Beim Einsatz der Ionenchromatographie gibt es vollautomatische Lösungen, die den manuellen Laboraufwand reduzieren und die Effizienz steigern. Mit der Metrohm Inline-Verdünnungstechnik können Probenvorbereitungsschritte wie die Verdünnung automatisch durchgeführt werden.

Einführung

Für die Quantifizierung in der Ionenchromatographie (IC) ist eine Kalibrierung, die einen definierten Messbereich abdeckt, erforderlich [1,2]. Die benötigten Kalibrierstandards unterschiedlicher Konzentration werden üblicherweise durch manuelle Verdünnung aus einem konzentrierten Standard hergestellt. Die Verdünnung der Proben ist auch in der Ionenchromatographie sehr wichtig, um die Trennsäule und den Detektor zu schützen, Matrixeffekte zu verringern und vor allem sicherzustellen, dass die gemessene Konzentration innerhalb des kalibrierten Bereichs liegt. Diese Prozesse sind zeitaufwändig und bergen ein hohes Risiko menschlicher Fehler und Kontamination. Die vollautomatische intelligente Inline-Lösung von Metrohm zur Verdünnung und Kalibrierung bewältigt diese Herausforderungen (Tabelle 1).

Der Metrohm 800 Dosino ist der Schlüssel zur Einhaltung der erforderlichen Genauigkeit und Präzision in diesem vollautomatischen Prozess. Es ist ein präzises und hochflexibles Dosiergerät. Das Liquid-Handling und die Dosierung werden mithilfe der Software MagIC Net gesteuert und vollautomatisch durchgeführt, ohne dass manuelle Eingriffe erforderlich sind. 

**Tabelle 1.** Bewertung manueller und automatisierter Prozesse zur Verdünnung hochkonzentrierter Proben und Kalibrierstandards.
Manuelle Verdünnung, manuelle Vorbereitung von Kalibrierstandards und Proben	Automatisierter Inline-Prozess
Manuelle Fehler	Präzises Liquid Handling mit Dosino
Zeitaufwendig	Läuft unabhängig
Mehrstufige Vorbereitung	Einstufige Verdünnung
Hohes Kontaminationsrisiko	Inline-Spülverfahren

Männlicher Labortechniker steht neben einem offenen Ionenchromatographen und einem vollen Autosampler.

In diesem Blogbeitrag wird die vollautomatische Metrohm Inline-Verdünnungstechnik (MIDT) untersucht, die die Analyse verschiedener Analyten (vom g/l- bis zum µg/l-Bereich) weniger zeitaufwendig macht und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit und Präzision gewährleistet. MIDT umfasst eine automatische Kalibrierung und die Implementierung von Verdünnungs- und Logikfunktionen, die den Messbereich erweitern und die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse verbessern. Durch die kürzere Vorbereitungszeit wird der Arbeitsaufwand reduziert und zudem werden Kosten gespart.

Metrohm Inline-Verdünnungstechnik (MIDT)

Eine der ältesten Techniken zur Probenvorbereitung ist die Verdünnung. Eine Verdünnung der Proben ist häufig nicht nur notwendig, um die Säule zu schützen und die Trennung der Analyten zu verbessern, sondern auch um zu gewährleisten, dass der Arbeitsbereich der IC-Methode nicht überschritten wird. Anstatt mehrerer manueller Schritte kann dieser Vorgang mithilfe eines automatisierten Systems inline durchgeführt werden, wie in Animation 1 dargestellt.

Animation 1: Wie funktioniert die Metrohm-Inline-Verdünnung?
Die einzigen erforderlichen manuellen Schritte sind das Platzieren der Proben auf dem Rack des Autosamplers und das Eingeben der Verdünnungsinformationen (Verdünnungsfaktor) in die Probentabelle. Der gesamte Verdünnungsvorgang erfolgt automatisch. Der Dosino überträgt die für den Verdünnungsschritt erforderliche genaue Probenmenge in eine Pufferschleife, die dann mit hochreinem Wasser oder einem anderen Verdünnungsmittel gefüllt wird. Die abgemessene Probenmenge plus die entsprechende Menge an Reinstwasser oder Verdünnungsmittel wird dann in das Verdünnungsgefäß der Liquid Handling Station überführt, die am Autosampler montiert ist (Abbildung 1). Eine gründliche Durchmischung wird durch einen Rührer gewährleistet. Abschließend wird die verdünnte und gut vermischte Probe mittels einer Schlauchpumpe in das Injektionsventil des Ionenchromatographen transferiert. Parallel zur Analyse wird die Nadel in der Spüleinheit der Liquid Handling Station gereinigt (Abbildung 1) und das Verdünnungsgefäß wird vollständig gespült, um eine mögliche Verschleppung zu minimieren und die Sauberkeit sicherzustellen. Mit dem gleichen Aufbau können auch unverdünnte Proben analysiert werden.

Abbildung 1. Die Liquid Handling Station (links) ist am Autosampler montiert, um die automatische Verdünnung und Spülung zu ermöglichen.

Der Verdünnungsfaktor kann je nach Bedarf von der unverdünnten Messung bis zu einem Verhältnis von 1:100 oder sogar 1:2000 mit entsprechender Zusatzausrüstung (z. B. beschichtete Stahlnadel zur Probenaufnahme) gewählt werden. Der Verdünnungsfaktor wird einfach in die Probentabelle eingetragen (Abbildung 2).

Abbildung 2. MagIC Net-Arbeitsplatz mit der Probentabelle und den für die Analyse erforderlichen Angaben (z. B. Methode, Probentyp, Injektionsvolumen und Verdünnungsfaktor). Der Verdünnungsfaktor (blau hervorgehoben) kann je nach zu erwartender Analytkonzentration in der jeweiligen Probe angepasst werden. Die Probenart ist dabei entscheidend, da die Kalibrierung automatisch über definierte Verdünnungen einer gemischten Standardlösung erfolgt.

Logische Inline-Verdünnung

Eine Weiterentwicklung der MIDT ist die «Logische Inline Verdünnung». In diesem Fall ermittelt das System automatisch den idealen Verdünnungsfaktor basierend auf dem kalibrierten Bereich und fährt mit der Analyse der Probe fort (Abbildung 3). Auch wenn für verschiedene Analyten unterschiedliche Verdünnungsfaktoren notwendig sind, führt das System die notwendigen Schritte vollautomatisch durch. Dies gewährleistet zuverlässige Ergebnisse, da diese immer innerhalb des kalibrierten Bereichs liegen [3].

Abbildung 3. Veranschaulichung des Konzepts der logischen Verdünnung von Metrohm. Liegt die Probenkonzentration außerhalb des Kalibrierbereichs, wird sie mit dem optimalen Verdünnungsfaktor verdünnt und erneut analysiert. Dadurch liegen die Ergebnisse immer im kalibrierten Bereich.

Automatische Kalibrierung

Natürlich können nicht nur Proben, sondern auch Standards auf diese Weise verdünnt werden. Deshalb bietet Metrohm die Möglichkeit der automatischen Kalibrierung, d. h. es genügt ein einziger Multiionenstandard. Das System verdünnt diesen hochkonzentrierten Standard mit verschiedenen Verdünnungsfaktoren und führt eine Mehrpunktkalibrierung durch, wie in Abbildung 4 dargestellt [2,4].

Abbildung 4. Beispiel einer automatischen Kalibrierung eines Anions, das mithilfe der Inline-Verdünnungstechnik von Metrohm erstellt wurde. Die Kalibrierstandards wurden automatisch aus einem Mischstandard für Anionen für die Anionenkalibrierung und einem Mischstandard für Kationen für die Kationenkalibrierung verdünnt. Die Korrelationskoeffizienten in Tabelle 2 zeigen die Genauigkeit dieser automatisierten Kalibrierungstechnik.

Die herausragende Qualität des automatischen Kalibrierungsverfahrens zeigt sich in hohen Korrelationskoeffizienten (0,9999) und Wiederfindungsraten bei Mehrfachinjektionen zwischen 98 % und 101 % (Tabelle 2) [2,4].

**Tabelle 2.** Korrelationskoeffizienten für die automatische Kalibrierung von Kationen und Anionen mit der Metrohm Inline-Verdünnungstechnik.
Alle Standards wurden mehrfach injiziert (n = 3) und aus einer gemischten Standardstammlösung für Anionen bzw. Kationen hergestellt, wobei Verdünnungsfaktoren (DF) von 2, 5, 10, 20 und 50 angepasst wurden.
Kationen	Korrelations-koeffizient	Wiederfindung (%) für den Standard DF 5	Anionen	Korrelations-koeffizient	Wiederfindung (%) für den Standard DF 5
Lithium	1.000000	100.7	Fluorid	0.999984	99.4
Natrium	0.999998	101.1	Chlorid	0.999993	100.6
Kalium	0.999999	101.0	Nitrit	0.999972	98.7
Kalzium	0.999993	101.9	Bromid	0.999981	98.2
Magnesium	0.999998	102.8	Nitrat	0.999981	98.6

MIDT-Anwendungsbereiche

Die Metrohm Inline-Verdünnung ist für eine Vielzahl von Applikationen gut geeignet. Unter anderem die Analyse von Trink- und Leitungswasser sowie komplexere Matrizen wie Hämodialyselösungen oder Nahrungsmittel- und Getränkeproben. Erfahren Sie von unserem IC-Applikationsspezialist mehr über die ideale Lösung zur Steigerung der Effizienz und zum maximalen Schutz des IC-Systems und der IC-Säulen, insbesondere im Hinblick auf komplexere Probenmatrizen.

Fragen Sie den IC-Experten: Kann ich die Inline-Dialyse oder Inline-Ultrafiltration mit Inline-Verdünnung kombinieren?

Fazit

Zusammengefasst bietet MIDT die folgenden Vorteile für Ihre Analyse:

MIDT automatisiert die Verdünnung von Proben und Standards und stellt sicher, dass die Ergebnisse stets innerhalb des gewünschten Kalibrierungsbereichs liegen. Logische Funktionen sowie verschachtelte Probenverarbeitung können die Effizienz weiter verbessern. Diese Automatisierung minimiert menschliche Fehler und verbessert die Reproduzierbarkeit – und wird vollständig von der MagIC Net-Software durchgeführt.

Die Metrohm Inline-Verdünnungstechnik ist mit jedem Metrohm-Ionenchromatographiesystem mit einem 858 Professional Sample Processor verwendbar. Dazu wird einfach ein Zubehör-Kit für Inline-Verdünnung hinzugefügt. Eine Kombination von MIDT mit Inline-Ultrafiltration oder Inline-Dialyse kann die Effizienz weiter verbessern und das IC-System schützen.

MIDT kann verschiedene Probenarten und -konzentrationen verarbeiten und sowohl verdünnte als auch unverdünnte Proben handhaben. Während der Standardaufbau Verdünnungen in einem Bereich von 1:1 bis 1:100 durchführen kann, lässt sich dieser Bereich mit Zusatzteilen sehr einfach auf 1:2000 erweitern.

Die Probenkonzentrationen werden automatisch berechnet. Jeder einzelne methodische Schritt ist nachvollziehbar und kann von MagIC Net ebenso wie die Ergebnisse in einem benutzerdefinierten Report zusammengefasst werden.

MIDT reduziert die Probenvorbereitungszeit und die damit verbundenen Kosten erheblich, indem manuelle Eingriffe reduziert werden. Dadurch ist diese Technik ideal für Labore mit hohem Probendurchsatz.

Referenzen

Morávková, Z.; Dmitrieva, E. Structural Changes in Polyaniline near the Middle Oxidation Peak Studied by in Situ Raman Spectroelectrochemistry. Journal of Raman Spectroscopy 2017, 48 (9), 1229–1234. https://doi.org/10.1002/jrs.5197.
Dong, J.-C.; Zhang, X.-G.; Briega-Martos, V.; et al. In Situ Raman Spectroscopic Evidence for Oxygen Reduction Reaction Intermediates at Platinum Single-Crystal Surfaces. Nat Energy 2019, 4 (1), 60–67. https://doi.org/10.1038/s41560-018-0292-z.
Lopez-Ramirez, M. R.; Aranda Ruiz, D.; Avila Ferrer, F. J.; et al. Analysis of the Potential Dependent Surface-Enhanced Raman Scattering of p-Aminothiophenol on the Basis of MS-CASPT2 Calculations. J. Phys. Chem. C 2016, 120 (34), 19322–19328. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b05891.
Tabatabaei, M.; Sangar, A.; Kazemi-Zanjani, N.; et al. Optical Properties of Silver and Gold Tetrahedral Nanopyramid Arrays Prepared by Nanosphere Lithography. J. Phys. Chem. C 2013, 117 (28), 14778–14786. https://doi.org/10.1021/jp405125c.