Wenn Sie ein Anwender der Ionenchromatographie (IC) sind, kennen Sie das Problem: Wenn Sie Spuren von Anionen oder Kationen in Proben verfolgen, kann eine geringe Empfindlichkeit dazu führen, dass ein Routinetest zu einem frustrierenden Spiel mit der Frage „Wo ist der Peak?“ wird. Ich bin seit Jahren als IC-Lieferant im Geschäft und spreche mit Labortechnikern und Leuten aus Forschung und Entwicklung, die jeden Tag genau mit diesem Problem zu kämpfen haben. Egal, ob Sie Wasser auf Spurenverunreinigungen, Arzneimittel auf Gegenionen oder Automobilmaterialien testen (Moment, ja, wir arbeiten auch mit Leuten zusammen, die Leitungen oder Klebstoffe testen – dazu später mehr), die Steigerung Ihrer IC-Empfindlichkeit muss nicht bedeuten, dass Sie ein ganz neues Gerät kaufen müssen. Lassen Sie uns die echten, umsetzbaren Korrekturen aufschlüsseln, die wirklich etwas bewegen – kein allzu komplizierter Jargon, sondern nur Dinge, die ich in Laboren gesehen habe, die uns um Hilfe bittenIonenchromatographieSetups.
Beginnen wir zunächst mit den Grundlagen, die die meisten Leute überspringen: Ihrer Probenvorbereitung. Ich kann Ihnen nicht sagen, wie oft ein Techniker eine Probe übergibt, die schmutzig ist, Partikel enthält oder viel zu verdünnt ist, und sich fragt, warum ihre Peaks winzig oder nicht vorhanden sind. Wenn Ihre Probe nicht richtig vorbereitet ist, wird selbst der schickste IC die kleinen Dinge nicht aufnehmen. Halten wir es einfach: Filtern Sie Ihre Proben jedes Mal mit einem 0,22-μm- oder 0,45-μm-Spritzenfilter, auch wenn dieser sauber aussieht. Partikel verstopfen die Säulen und verfälschen die Detektorwerte. Wenn Sie sie also direkt an der Quelle entfernen, bleibt Ihr System zufrieden und empfindlicher. Vermeiden Sie außerdem eine unnötige Überverdünnung der Proben. Wenn Sie etwas im ppb-Bereich verfolgen, kann eine Verdünnung von 1:100 die Erkennung unmöglich machen – verwenden Sie gerade genug Verdünnungsmittel, um es in den linearen Bereich Ihres IC zu bringen, ohne es zu übertreiben.
Als nächstes ist Ihre Spaltenauswahl riesig. Ich sehe viele Benutzer, die bei der Säule bleiben, die mit ihrem Instrument geliefert wurde, als wäre das die einzige Option. Wenn Sie jedoch mit Spurenanalyten arbeiten, ist eine Säule mit kleinerer Partikelgröße (unter 2 μm) oder eine spezielle stationäre Phase für Arbeiten im Spurenbereich von entscheidender Bedeutung. Warten Sie und schlafen Sie nicht mit der Säulenkonditionierung! In einer brandneuen Säule können noch Reste von herstellungsbedingten Verunreinigungen vorhanden sein, die Ihre Spurenpeaks überschwemmen. Eine ordnungsgemäße Konditionierung (Spülen mit dem Eluenten, den Sie tatsächlich für einige Säulenvolumina bei niedriger Flussrate verwenden) reinigt dies. Wir hatten Kunden, die von einem kaum sichtbaren 10-ppb-Nitrat-Peak zu einem deutlichen, scharfen Peak gelangten, indem sie einfach auf eine Anionensäule mit Spurenqualität umstiegen und diese richtig konditionierten.
Kommen wir nun zum Eluenten. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem kleine Optimierungen einen großen Unterschied machen. Die Verwendung eines zu konzentrierten Eluenten erhöht die Hintergrundleitfähigkeit, was bedeutet, dass sich Ihr Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) – die Schlüsselmetrik für die Empfindlichkeit – verschlechtert. Die meisten modernen IC-Systeme funktionieren am besten mit Eluenten mit niedrigerer Konzentration für die Spurenanalyse. Wenn Sie also diese Einstellung reduzieren, können Sie Ihre Peaks um ein Vielfaches schärfen. Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihr Eluent hochrein ist und nicht das billige Produkt eines großen Chemielieferanten. Verunreinigungen im Eluens verursachen Hintergrundrauschen und erschweren das Erkennen Ihrer winzigen Analytpeaks. Wir haben sogar einige Kunden, die ein Reinstwasser-Reinigungssystem nur für ihren IC-Eluenten verwenden, um diesen Lärm zu reduzieren.
Detektoreinstellungen sind ein weiterer unterschätzter Anpassungspunkt. Wenn die Verstärkung Ihres Detektors zu niedrig eingestellt ist, verringern Sie im Grunde die Lautstärke Ihres Analytsignals. Wenn Sie die Verstärkung ein wenig erhöhen (aber nicht so stark, dass Sie eine Detektorsättigung erreichen), können diese kleinen Spitzen zum Platzen kommen. Überprüfen Sie außerdem die Bandbreiteneinstellung – schmalere Bandbreiten tragen dazu bei, das Grundlinienrauschen zu reduzieren, was das SNR direkt steigert. Belassen Sie diese Einstellungen nicht einfach auf den Standardeinstellungen, mit denen das Instrument geliefert wurde; Spielen Sie ein wenig damit, führen Sie einen Standard durch und finden Sie heraus, was Ihnen den saubersten und schärfsten Peak für Ihren Zielanalyten liefert.
Warten Sie und vergessen wir nicht die Systemwartung. Eine undichte Pumpe, eine verschmutzte Leitfähigkeitszelle oder ein verstopfter Schlauch können Ihre Empfindlichkeit schnell zerstören. Ich habe erlebt, dass Labore die routinemäßige Wartung monatelang aufgeschoben haben und sich dann gefragt haben, warum ihre Spitzenwerte so gering sind. Wechseln Sie Ihre Pumpendichtungen rechtzeitig, spülen Sie das System regelmäßig (insbesondere, wenn Sie es einige Tage lang nicht verwendet haben) und reinigen Sie die Leitfähigkeitszelle etwa alle sechs Monate. Selbst kleine Lecks können Luftblasen eindringen lassen, die Grundlinienspitzen verursachen und die Peakform durcheinander bringen – was beides die Empfindlichkeit verschlechtert. Zum Beispiel testet ein Kunde Autokabelbäume (sie verwenden).Prüfgerät für die Entflammbarkeit von Kfz-Kabelbäumenum die Konformität zu gewährleisten, sondern auch IC laufen zu lassen, um die Isolierung auf Halogene zu testen) kamen zu uns und sagten, dass ihre IC-Spitzenwerte inkonsistent seien. Es stellte sich heraus, dass ihre Pumpendichtung gerade so stark leckte, dass kleine Luftbläschen eindringen konnten. Das wurde behoben, und ihre Empfindlichkeit stieg über Nacht um 30 %.
Kommen wir nun zu einigen fortgeschritteneren Tricks, die funktionieren, wenn Sie bereits die Grundlagen beherrschen. Eine davon ist die Verwendung von Spurenanreicherungsspalten. Hierbei handelt es sich um kleine Vorsäulen, die Ihre Analyten aus großen Probenvolumina auffangen, sodass Sie mehr Probe laden können, ohne die Analysesäule zu überlasten. Wenn Sie beispielsweise Wasser auf Perchlorat im ppb-Bereich testen, wird dieser winzige Peak viel größer, wenn Sie einen Liter Probe durch eine Anreicherungssäule laden, bevor Sie sie in Ihren analytischen IC eluieren, als wenn Sie nur ein kleines Volumen direkt injizieren würden. Es ist, als würde man eine Lupe auf den Analyten richten, bevor er überhaupt die Hauptsäule erreicht.
Ein weiterer Tipp für Fortgeschrittene ist die Optimierung Ihrer Durchflussrate. Die meisten Benutzer verwenden die mit ihrer Säule gelieferte Standardflussrate, eine Anpassung kann jedoch hilfreich sein. Niedrigere Flussraten bedeuten, dass die Analyten mehr Zeit mit der Interaktion mit der stationären Phase verbringen, was zu schärferen Peaks und einer besseren Trennung führt – beides ist gut für die Empfindlichkeit. Gehen Sie einfach nicht zu niedrig, denn dadurch verlängern sich die Laufzeiten deutlich und die Peakverbreiterung durch Diffusion kann zunehmen. Testen Sie 0,5 ml/min, 0,4 ml/min oder sogar 0,3 ml/min (sofern Ihr Gerät damit umgehen kann) für Ihre Säule und finden Sie heraus, was Ihnen das beste SNR bietet.
Hey, lassen Sie uns auf einen Teil unseres Geschäfts zurückkommen, der damit zusammenhängt: Wir arbeiten mit vielen Branchen zusammen, die sowohl IC- als auch Materialprüfungen einsetzen, wie zum Beispiel die Leute, die Entflammbarkeitstests durchführen. Wir hatten einen Kunden, der Klebebänder testete (die sie verwenden).Vertikaler Entflammbarkeitstester für Klebebänder(für Industriestandards, und sie verwenden auch IC, um auf Restmonomere im Klebebandklebstoff zu testen), der Schwierigkeiten hatte, eine gute Empfindlichkeit für Spuren von Vinylacetat zu erreichen. Wir schlugen vor, auf eine Säule mit kleineren Partikeln umzusteigen, die Eluentenkonzentration anzupassen und für große Probenvolumina einen Anreicherungsschritt zu verwenden. Sie konnten von kaum 50 ppb einen klaren Spitzenwert von 10 ppb erreichen, was genau das war, was ihr F&E-Team brauchte, um einen neuen migrationsarmen Klebstoff zu entwickeln. Es ist cool zu sehen, wie sich IC mit diesen Materialprüfwerkzeugen paart – das Gleiche gilt fürVerbrennungstester für LokomotivenmaterialBenutzer, die IC verwenden, um die von ihnen getesteten Materialien auf Verbrennungsnebenprodukte zu testen.
Warten Sie, noch etwas: Grundlinienkorrektur. Viele Leute belassen dies auf „Automatisch“, aber die manuelle Anpassung Ihrer Basislinienkorrektureinstellungen an Ihren Eluenten und die regelmäßige Durchführung von Blindinjektionen hilft Ihnen, dieses Hintergrundrauschen zu reduzieren. Wenn Sie alle 10 Proben eine Leerprobe durchführen, können Sie sicherstellen, dass es sich bei jedem Signal, das Sie sehen, tatsächlich um Ihren Analyten handelt und nicht um Reste aus früheren Läufen oder Eluentenverunreinigungen. Dieser kleine Schritt macht einen großen Unterschied, wenn Sie Peaks betrachten, die fast die gleiche Größe wie das Grundlinienrauschen haben.
Lassen Sie uns nun darüber sprechen, was Sie NICHT tun sollten. Überkonditionieren Sie Ihre Säule nicht (nein, wir haben gesagt, sie konditionieren, aber eine Überkonditionierung kann die stationäre Phase schneller verschleißen). Verwenden Sie keine abgelaufenen Chemikalien als Elutionsmittel – diese zersetzen sich mit der Zeit und verursachen Lärm. Und ignorieren Sie nicht andere Teile des Systems, wie zum Beispiel das Einspritzventil. Ein verschmutztes Injektionsventil kann zu inkonsistenten Injektionsvolumina führen, was bedeutet, dass Ihre Spitzenhöhen von Lauf zu Lauf variieren, was es schwierig macht, eine zuverlässige Empfindlichkeit zu erreichen.
Letztendlich geht es bei der Verbesserung der IC-Empfindlichkeit um kleine, bewusste Änderungen an jedem Schritt des Prozesses – von der Probenvorbereitung bis hin zur Datenanalyse. Es geht nicht darum, ein brandneues 50.000-Dollar-Instrument zu kaufen (wenn jedoch ein Upgrade ansteht, können wir Ihnen dabei helfenIonenchromatographieAusrüstung) geht es darum, das zu optimieren, was Sie bereits haben.
Wenn Sie Probleme mit Ihrer IC-Empfindlichkeit haben oder diese mit Werkzeugen zur Materialprüfung koppeln müssen (z. B. den Schmelzmaterialien, mit denen wir arbeiten, sehen Sie sich unsere anTropftestmaschine für schmelzende Materialienzum Beispiel für die Entflammbarkeitsprüfung von Thermoplasten), kommen Sie für ein Gespräch mit uns ins Gespräch. Wir können Sie durch die Anpassung Ihrer Probenvorbereitung, Säulenauswahl, Detektoreinstellungen und allem, was Sie benötigen, um scharfe und zuverlässige Spurenpeaks zu erhalten, begleiten. Kein Verkaufsgespräch, nur ehrliche Ratschläge von Leuten, die jeden Tag mit IC arbeiten.
Referenzen
- Small, H. (2004). Ionenchromatographie: Grundlagen und Anwendungen. John Wiley & Söhne.
- Weiss, J. (2011). Ion Chromatography, 5th Edition. Weinheim: Wiley-VCH.
- „Optimierung der Ionenchromatographie-Empfindlichkeit für die Spurenanalyse.“ Anwendungshinweis, Thermo Fisher Scientific, 2020.
- Jones, WJ „Wichtige Wartungspraktiken für eine zuverlässige Leistung der Ionenchromatographie.“ Journal of Chromatography A, vol. 1218, Nr. 32, 2011, S. 5321–5327.
- „Techniken zur Spurenanreicherung für die Ionenchromatographie.“ Analytische Chemie, Bd. 85, nein. 12, 2013, S. 5860–5867.