ZASTOSOWANIE CHROMATOGRAFII JONOWEJ W ANALIZIE WODY WPŁYW ZMIAN STĘŻENIA FAZY RUCHOMEJ NA RETENCJĘ PIKÓW CHROMATOGRAFICZNYCH 1. Wprowadzenie Chromatografia jonowa oparta jest na procesach wymiany jonowej i pozwala na szybki rozdział i identyfikację różnych jonów zarówno nieorganicznych jak i organicznych. W wielu krajach większość rutynowych analiz jonów nieorganicznych i organicznych w różnego rodzaju próbkach wykonuje się z użyciem tej techniki. Znalazła ona zastosowanie do oznaczania jonów nieorganicznych w różnego rodzaju wodach (opadowych, powierzchniowych, podziemnych, morskich, poreaktorowych, odpadowych), winach, napojach chłodzących, piwie, żywności, powietrzu itp. Stosując technikę chromatografii jonowej można także oznaczać liczne związki organiczne, jak np. kwasy organiczne, cukry proste i dwucukry, cholinę, acetylocholinę w płynach ustrojowych, sokach, melasie, roztworach farmaceutyków. Do podstawowych zalet chromatografii jonowej należą: - możliwość jednoczesnego oznaczania kilkunastu jonów w próbce; - krótki czas analizy; - wykrywalność na poziomie ppb lub niższym; - niewielka ilość próbki potrzebna do analizy; - możliwość stosowania różnych detektorów; - prosty sposób przygotowania próbki; - możliwość oznaczania zarówno jonów organicznych jak i nieorganicznych; - wysoka selektywność oznaczanych substancji w próbkach o złożonej matrycy. Obecnie w chromatografii jonowej stosuje się trzy główne sposoby rozdziału oparte na różnorodności substancji stanowiących wypełnienie kolumn i wynikających stąd zdolności wymiany jonów, a przede wszystkim mechanizmem wymiany. Są to: - wysokosprawna chromatografia jonowa nazywana w skrócie chromatografią jonową; - wysokosprawna chromatografia jonowykluczająca;
- chromatografia par jonowych nazywana czasami chromatografią z jonową fazą ruchomą. Niniejsze opracowanie obejmuje wyłącznie chromatografię jonową. Wymieniacze jonowe - stosowane w chromatografii to ciała stałe nierozpuszczalne w wodzie i w innych rozpuszczalnikach posiadające zdolność wymiany jonów z roztworem. W zależności od rodzaju grup wymiennych dzielimy je na dwie grupy: - kationity grupami wymiennymi są kationy - anionity grupami wymiennymi są aniony. Znane są też wymieniacze amfoteryczne, które w zależności od ph roztworu mają zdolność wymiany anionów lub kationów, a także wymieniacze bipolarne, które mogą jednocześnie wymieniać obydwa rodzaje jonów. Nie znalazły jednak szerszego zastosowania w praktyce. O własnościach wymieniaczy jonowych z określonym rodzajem grup wymiennych decyduje budowa matrycy (rdzenia) jonitu. Najważniejszą grupę stanowią jonity syntetyczne, a w tej grupie jonity organiczne, czyli żywice jonowymienne, na których oparto większość wypełnień w kolumnach analitycznych stosowanych w chromatografii jonowej. Żywice jonowymienne stosowane w chromatografii jonowej to polimery organiczne z wbudowanymi w rdzeń czynnymi grupami funkcyjnymi zdolnymi do wymiany jonów w roztworze elektrolitu. Żywice jonowymienne można traktować jako polielektrolit z nierozpuszczalnym polijonowym rdzeniem i ruchliwymi, zdolnymi do wymiany jonami przeciwnego znaku. Mają one dużą zdolność wymiany jonów, dużą trwałość chemiczną i mechaniczną, dają się łatwo formować w ziarna o pożądanych wymiarach, a dzięki możliwościom wyboru różnych grup funkcyjnych związanych z matrycą polimeru można w szerokich zakresach modelować ich własności pod kątem konkretnych potrzeb. W żywicach kationowymiennych czynne grupy funkcyjne mają charakter kwasowy; najczęściej w centrach aktywnych występują grupy funkcyjne: sulfonowe (-SO 3 H), karboksylowe (-COOH), aminodioctanowe (-N{CH 2 COOH} 2 ), fenolowe (-C 6 H 4 OH), fosfonowe (-PO 3 H 2 ) i fosfinowe (-PO 2 H). W żywicach anionowymiennych grupy funkcyjne mają charakter zasadowy i są to zwykle czwartorzędowe grupy amonowe (-NR + 3 ) oraz trzecio- i drugorzędowe protonowane aminy (-NR 2 H +, -NRH + 2 ) lub grupy sulfoniowe (-SR + 2 ). Retencja jonów w chromatografii jonowej zależy od: - powinowactwa jonu do danej żywicy; - stężenia eluntu w fazie ruchomej; - odczynu ph fazy ruchomej. Sprawność układu chromatograficznego zależy od uziarnienia jonitu i szybkości przepływu fazy ruchomej.
2. Wysokosprawna chromatografia jonowa. Komercyjne układy chromatografii jonowej dostępne są na rynku od wielu lat. Podstawowy schemat blokowy chromatografu jonowego jest następujący: Zbiornik z eluentem pompa dozownik kolumna chromatograficzna supresor detektor integrator i rejestrator (komputer). Następujące detektory stosuje się w chromatografii jonowej: detektor przewodnictwa elektrolitycznego (konduktometr), detektor amperometryczny i detektor spektrofotometryczny UV-Vis. Detektor spektrofotometryczny UV stosowany może być tylko do wykrywania jonów, które silnie absorbują UV. W tym przypadku eluentem winien być roztwór o jak najmniejszej zdolności do pochłaniania (absorpcji) światła UV-Vis. Najczęściej jednak stosowany jest detektor konduktometryczny, w tym przypadku duże znaczenie ma przewodnictwo elektrolityczne eluentu przepływającego przez naczyńko konduktometryczne. Ponieważ, jako fazy ruchome w chromatografii jonowej stosuje się roztwory elektrolitów istnieje więc konieczność tłumienie przewodnictwa elektrycznego fazy ruchomej czyli tłumienia tła. Konieczność tłumienia przewodnictwa elektrolitycznego tła (fazy ruchomej) związana jest więc nieodłącznie ze stosowaniem detektora konduktometrycznego. Detektory szerzej omówione będą poniżej w rozdziale 2.3. Pod względem rodzaju tłumienia tła istnieją dwa rozwiązania: chromatografia jednokolumnowa i dwukolumnowa (z wygaszaniem tła). Schemat rozwiązania jednokolunowego oraz dwukolumnowego (z kolumną tłumiącą) przedstawiają rysunki blokowe (Rysunek A i B). W metodzie A stosuje się elektroniczną kompensację tła. Eluenty stosowane w tej metodzie nie mogą mieć dużej przewodności. Zaletami tej metody jest większa skuteczność rozdzielania jonów, prostota układu chromatograficznego oraz większy wybór eluentów. Wadą metody jest natomiast mniejsza liczba oznaczanych jonów. W chromatografii dwukolumnowej (metoda B) stosuje się dodatkową kolumnę pełniącą rolę chemicznego tłumienia przewodności eluentu przed detekcją oznaczanych jonów. W przypadku stosowania metody B tłumienie tła umożliwia pomiar mniejszych zmian w przewodnictwie wycieku, a tym samym zwiększenie czułości metody..
Kolumny rozdzielające. W chromatografii jonowej stosuje się wysokosprawne kolumny rozdzielające wypełnione żywicami jonowymiennymi, na bazie porowatego kopolimeru styrenu i diwinylobenzenu stanowiącego matrycę, do której przyłączone są aktywne grupy funkcyjne. Mogą one znajdować się zarówno na powierzchni jonitu (żywice błonkowate ) jak i w jego rdzeniu
(żywice porowate w masie ). Żywice stosowane we współczesnej chromatografii jonowej mają jednolite wymiary ziaren w zakresie od 5 µm do 20 µm. Wymiary kolumn wynoszą 25 100 cm (długość) i 2 5 mm (średnica). Ważną ich cechą jest właściwe upakowanie jonitu, które decyduje o sprawności kolumny. Konieczna do analizy objętość próbki jest mała (10 100 µl ), a granice wykrywalności wynoszą od kilku do kilkudziesięciu µg/l w zależności od czułości detektora. Stosowanie specjalnych procedur zatężania i oczyszczania próbek pozwala obniżyć czułość oznaczeń o kilka rzędów. Sprawność układów chromatografii jonowej podlega takim samym zależnościom, jakie obowiązują dla HPLC. Eluenty. Analiza anionów Wybór eluentu zależy od stosowanej metody detekcji. Ponieważ najpopularniejszym jest detektor konduktometryczny, to najczęściej stosowanymi eluentami są roztwory soli słabych kwasów, których jony podczas procesu supresji ulegają protonacji. Produktami tłumienia są kwasy o bardzo niskich stałych dysocjacji, dzięki czemu wnoszą niewielki udział do całkowitego przewodnictwa roztworu. Najważniejsze fazy ruchome stosowane w chromatografii anionów techniką chromatografii dwukolumnowej przedstawiono w tabeli: Eluent Jon eluentu Produkt supresji Siła elucji Na 2 CO 3 2- CO 3 H 2 CO 3 duża NaHCO 3 - HCO 3 H 2 CO 3 mała NaHCO 3 + Na 2 CO 3 HCO - 2-3 + CO 3 H 2 CO 3 średnia NaOH OH - H 2 O mała Na 2 B 4 O 7 2- B 4 O 7 H 3 BO 3 bardzo mała R 1 NHCH(R 2 )SO 3 H+NaOH R 1 NHCH(R 2 - )SO 3 RNH + 2 CH(R 2 2- )SO 3 średnia H 2 NCH(R)COOH+NaOH H 2 NCH(R)COO - H 3 N + CH(R)COOH średnia Najczęściej stosowane są roztwory węglanu sodu i wodorowęglanu sodu, których typowe stężenia mieszczą się w przedziale od kilku do kilkunastu mm/dm 3. Stosunek ich stężeń decyduje o odczynie ph fazy ruchomej, co pozwala tak dobrać wymaganą siłę elucji, aby wszystkie oznaczane substancje były zdysocjowane. Eluenty o małej sile elucji takie, jak NaOH czy Na 2 B 4 O 7 mogą być stosowane w postaci stężonych roztworów, szczególnie w
rozdziałach z elucją gradientową. Wybór odpowiedniego eluentu może być oparty na współczynniku selektywności. Pozwala on wyciągnąć następujące wnioski: - ze wzrostem wartościowości jonu analizowanego, rośnie jego powinowactwo do grupy wymiennej np. jony trójwartościowe są związane silniej niż jony dwuwartościowe. Oznacza to, że dla jonów trójwartościowych należy użyć silniejszego eluetu, niż dla jonów dwuwartościowych. Dla wymycia jonu trój-, dwu- lub jednowartościowego należy stosować odpowiednio jonu trój-, dwu- lub jednowartościowy eluent; - dla różnych jonów o tej samej wartościowości prawdziwa jest reguła, że im większy jest promień jonowy i stopień polaryzacji, tym jon jest silniej zatrzymywany na żywicy; - jony próbki charakteryzujące się silnym oddziaływaniem hydrofobowym lub Van der Waalsa z matrycą będą silniej zatrzymywane niż jony o słabszych oddziaływaniach. Np. jony połączone z pierścieniami aromatycznymi będą znacznie silniej wiązać się z żywicą polistyrenową niż jony niezwiązane z pierścieniem aromatycznym. Eluenty stosowane do oznaczania anionów techniką chromatografii jednokolumnowej z elektroniczną kompensacją tła to najczęściej roztwory: kwasu benzoesowego, ftalowego i O- sulfobenzoesowego o stężeniach 0d 0,1 do 1,0 mm/dm 3 i ph 4 7, których powinowactwo do żywic anionowymiennych jest duże, a przewodnictwo elektryczne stosunkowo niskie. Do oznaczania anionów techniką chromatografii jonowej jednokolumnowej należy stosować eluenty zawierające duże cząsteczki organiczne o małej ruchliwości (np. roztwory kwasu benzoesowego, ftalowego czy o-sulfobenzoesowego). Lepszą czułość oznaczania daje jednak zastosowanie techniki chromatografii dwukolumnowej (z kolumną tłumienia). Analiza kationów Eluenty stosowane do oznaczania kationów techniką wysokosprawnej chromatografii jonowej zarówno jednokolumnowej jak i dwukolumnowej to najczęściej mocne kwasy takie jak HCl i HNO 3 o stężeniach od około 0,1 do kilkudziesięciu mm/dm 3. Duże powinowactwo kwasów mineralnych do kationu utrudnia ich stosowanie do rozdziału kationów dwuwartościowych. Fazami ruchomymi mogą być mieszaniny etylenodiaminy i kwasów mineralnych (w chromatografii dwukolumnowej) lub mieszanina kwasu 2,3-diaminopropionowego z kwasem solnym (w chromatografii jednokolumnowej). Do rozdziału wielowartościowych kationów metali stosuje się jako związki kompleksujące roztwory słabych kwasów organicznych. Reakcje kompleksowania oznaczanych kationów obniżają ich powinowactwo do fazy stacjonarnej, co umożliwia ich rozdział. Dobra powtarzalność i odtwarzalność uzyskiwanych wyników zależy od utrzymania stałego składu chemicznego eluentu.
Na szybkość analizy wpływa bezpośrednio stężenie eluentu oraz szybkość przepływu przez kolumnę. Stężenie eluetu może być stałe w czasie trwania całej analizy (metoda izokratyczna) lub może zmieniać się w miarę upływu czasu (metoda gradientowa). Metodę gradientową stosujemy, gdy zachodzi potrzeba wyeluowania jonów o silnym powinowactwie do wypełnienia kolumny, a sposób zmiany stężenia eluntu (stosowany gradient) pozwala zoptymalizować czas analizy. Detektory W chromatografii jonowymiennej największe znaczenie mają dwie metody detekcji: - detektory spektrofotometryczne; - detektory przewodnictwa elektrolitycznego. Pomiary optyczne można stosować wtedy, gdy jony lub ich kompleksy absorbują światło w zakresie długości fal, które pozwalają na rozróżnienie analizowanych jonów od jonów fazy ruchomej i innych nie będących przedmiotem analizy. Z metod optycznych duże znaczenie ma bezpośrednia detekcja absorpcyjna, stosowana w oznaczaniu jonów NO - 2 i NO - 3 oraz Br - i I -. Większe możliwości daje technika derywatyzacji, czyli przeprowadzania oznaczanych jonów w odpowiednie kompleksy absorbujące w zakresie UV-Vis. Stosuje się ją do oznaczania wielu jonów metali przejściowych. Problemem omawianej metody jest to, że wiele jonów nie absorbuje światła, a jeśli absorbują to często przy różnych długościach fal. Dotyczy to również tworzonych przez nie kompleksów. Najczęściej stosowaną w chromatografii jonowej metodą detekcji jest pomiar przewodnictwa elektrolitycznego. Metoda ta jest wyjątkowo czuła dla wszystkich zdysocjowanych składników. W zakresie niskich stężeń przewodnictwo jest liniową funkcją stężenia i ruchliwości jonów. Pomiaru dokonuje się w naczyńku konduktometrycznym o pojemności 0,01 10 µl. Wykorzystuje się w nich zdolność przewodzenia prądu elektrycznego przez roztwory elektrolitów umieszczone w polu elektrycznym powstającym pomiędzy dwoma elektrodami. Elektrody są wykonane z metali szlachetnych, co zapobiega zachodzeniu reakcji chemicznych na ich powierzchni. Ruchliwość jonów, która decyduje o przenoszeniu ładunków elektrycznych zależy od takich czynników, jak: wielkość jonu (jony duże poruszają się w polu elektrycznym wolniej niż jony małe), ładunek jonu i temperatura. Wpływ temperatury na zmiany przewodnictwa wymaga stosowania termostatowania celki konduktometrycznej lub kompensacji elektronicznej zmian temperatury. Jest to szczególnie ważne w chromatografii jednokolumnowej, w której stosuje się eluenty o stosunkowo wysokim przewodnictwie właściwym. Na przykład dla przewodnictwa linii podstawowej
eluentu ok. 300 µs zmiana temperatury o 1 o C powoduje wzrost przewodnictwa o około 6 µs, co odpowiada 60% na 10 µs skali pomiaru. Tak wyraźne zmiany linii podstawowej mogą utrudniać lub uniemożliwiać oznaczanie jonów występujących w niskich stężeniach. W chromatografii jonowej dwukolumnowej wpływ zmian temperatury nie jest tak istotny, ponieważ w wyniku supresji chemicznej tła eluentu, przewodnictwo linii podstawowej jest obniżona do około 20 30 µs. Detektory konduktometryczne mogą być stosowane do oznaczania kationów mocnych zasad (pk b <7) oraz kwasów organicznych dla których pk a jest <4,5. Zasady organiczne takie, jak alifatyczne aminy, których pk a wynosi około 10 są łatwo wykrywalne, natomiast aminy aromatyczne o pk a w zakresie od 2 do 7 można oznaczać z wykorzystaniem detektora amperometrycznego lub UV. Supresory. Eluentami w chromatografii jonowej są rozcieńczone roztwory elektrolitu, które w mniejszym lub większym stopniu przewodzą prąd elektryczny. Ponieważ czułość detektorów konduktometrycznych zależy od poziomu przewodnictwa elektrolitycznego tła, to istotne jest obniżenie tego tła pochodzącego od fazy ruchomej. W tym właśnie celu stosuje się za właściwą kolumną chromatograficzną tzw. supresory t.j. urządzenia, które albo na drodze jonowymiennej (kolumny tłumienia) albo elektrolitycznie obniżają przewodnictwo stosowanej fazy ruchomej. Ponieważ w chromatografii jonowej kationów stosuje się głównie eluenty kwaśne, a w chromatografii jonowej anionów eluenty zasadowe, to i supresory stosowane w tych rodzajach chromatografii muszą się różnić. -analiza kationów Żywica jonowymienna w kolumnie tłumienia tłumi przewodnictwo właściwe eluentu, a jony próbki przepływają przez detektor, za pomocą którego można je oznaczać ilościowo. Reakcję tłumienia można zilustrować na przykładzie oznaczania jonów Na + i K +. Eluentem jest rozcieńczony HCl, który przepływa przez kolumnę analityczną. Kolumna jest wypełniona sulfonowaną żywicą kationową, której przeciwjon jest wymieniany na jony Na + i K +. Próbka zawierająca w/w rodzaje jonów jest wprowadzana na szczyt kolumny. Po rozdzieleniu na żywicy jonowymiennej jony eluują z kolumny po różnych czasach retencji na tle HCl. Druga kolumna (tłumienia) zawiera silnie zasadową żywicę jonowymienną z grupami OH -. Zachodzą na niej dwie reakcje opisane równaniami: 1. HCl reaguje z żywicą
HCl + żywica-oh - żywica-cl - + H 2 O czyli w kolumnie dokonuje się wymiana dobrze przewodzących prąd jonów fazy ruchomej zawierającej HCl na słabo przewodzącą prąd H 2 O. 2. sole metali alkalicznych reagują do odpowiednich wodorotlenków M + Cl - + żywica-oh - żywica-cl - + M + OH - Zatem jony, które dochodzą do celi konduktometrycznej pochodzą od całkowicie zdysocjowanych wodorotlenków na tle zdemineralizowanej wody i stąd wynikają duże różnice przewodnictwa elektrolitycznego między fazą ruchomą a rozdzielonymi kationami. Jon OH - należy do najbardziej ruchliwycha więć wymiana Cl - OH - powoduje wzrost czułości detektora. - analiza anionów W analizie stosuje się fazy ruchome zawierające sole alkaliczne słabych kwasów lub zasady. Do analizy anionów z eluentem w postaci roztworu NaHCO 3 stosuje się silnie zasadowe - żywice jonowymienne w formie HCO 3 umieszczone w kolumnie analitycznej oraz silnie kwasowe żywice w formie H + w kolumnie tłumienia. W supresorze jony sodowe eluentu są wymieniane na jony H +, a eluent przechodzący przez celkę konduktometryczną zawiera H 2 CO 3 tj. słabo zdysocjowany kwas o niskim przewodnictwie właściwym. Natomiast aniony w celce obecne są w postaci silnie zdysocjowanych kwasów mineralnych ( np. NaNO 3 wymienia się na HNO 3 ). Podobnie jak powyżej kation H + jest kationem o najwyższej ruchliwości. Wymiana więc Na + H + powoduje wzrost czułości metody. Ponieważ kolumna tłumienia zatrzymuje jony eluentu musi być okresowa regenerowana. Regeneracja kolumn tłumiących dokonuje się w sposób właściwy dla regeneracji kationitu czy anionitu. Klasyczny chromatograf jonowy składa się z kolumny rozdzielającej i kolumny tłumienia. Obecnie miejsce kolumn tłumienia zastępują nowoczesne metody supresji. Przykładem może być zastosowanie elektrochemicznej regeneracji niewielkich kolumn tłumienia. Polega ona na elektrolizie wodnej fazy ruchomej wewnątrz przeładowanej już kolumny tłumienia. Na katodzie generowane są aniony wodorotlenowe, a na anodzie kationy wodorowe. Kationy H + regenerują kationowymienne kolumny tłumienia stosowane w chromatografii anionów, a jony OH - odpowiednio kolumny stosowane podczas analizy kationów. Inną możliwością jest zastosowanie supresorów o działaniu ciągłym. Oparte są one o procesy wymiany jonowej zachodzące przez membrany jonowymienne. Najnowsza generacja supresorów
membranowych to tzw. autosupresory, w których do wytwarzania jonów H + i OH - wykorzystano procesy elektrodowe. Napięcie podane na elektrody wymusza odpowiedni ruch jonów, które są wymieniane przez membranę w procesie elektrodializy pomiędzy eluentem a substancją regenerującą. Substancją regenerującą może być zdejonizowana woda (autosupresja z zewnętrznym zasilaniem wodnym), roztwory kwasów i zasad o odpowiednio dobranym składzie (supresja chemiczna bez podawania napięcia na elektrody) lub faza ruchoma, która opuściła już detektor (autosupresja z zawracaniem eluentu). Współczesne supresory membranowe charakteryzują się małymi wymiarami, dużą wydajnością wymiany jonowej, szerokim zakresem możliwych do stosowania prądów oraz zwiększoną odpornością membran na działanie rozpuszczalników organicznych. Przykładem tego ostatniego rozwiązania jest stosowany w chromatografie DIONEX samoregeneujący się supresor jonowy SRS-ULTRA firmy DIONEX. - ASRS-ULTRA anionowy; - CSRS-ULTRA kationowy. Zasadę działania tych supresorów przedstawia rysunek poniżej: ASRS regenerant wodny podlega elektrolizie: w komorze katody tworzy się wodór i jony wodorotlenowe, w komorze anody tworzy się tlen i jony wodorowe. Membrany wymiany kationowej pozwalają jonom wodorowym na przejście do przestrzeni eluentu w celu neutralizacji wodorotlenków. Jony sodowe z eluentu przyciągane potencjałem katody przemieszczają się przez membranę w stronę katody. CSRS regenerant wodny podlega elektrolizie: w komorze katody powstaje wodór i jony wodorotlenowe, w komorze anody powstaje tlen i jony wodorowe. Membrany wymiany anionowej pozwalają jonom wodotlenowym na przejście do przestrzeni eluentu i neutralizacji wodorowych. Aniony z eluentu przemieszczają się przez membranę w stronę anody pod wpływem potencjału. Retencja w chromatografii jonowej zależy od stężenia buforu eluentu i od ph fazy ruchomej. Podobnie jak w HPLC można w chromatografii jonowej stosować fazę ruchomą o stałym składzie i wtedy mówimy o elucji izokratycznej. Można jednak zmieniać stężenie lub ph buforu i wtedy mamy do czynienia z elucja gradientową. Praca w reżimie gradientowym przyspiesza wymywanie poszczególnych pików chromatograficznych (skraca czasy retencji)a więc skraca czas analizy i zwykle poprawia jakość otrzymywanych pików chromatograficznych.
3. Cel ćwiczenia Zapoznanie się: z budową i działaniem chromatografu jonowego; z przebiegiem izokratycznej analizy chromatograficznej; z przebiegiem gradientowej analizy chromatograficznej. oznaczaniem podstawowych anionów występujących w wodzie 4. Zakres materiału wymagany przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczenia. Zasada chromatografii jonowej; Detektory stosowane w chromatografii jonowej; Supresory stosowane w chromatografii jonowej; Eluenty stosowane w chromatografii jonowej. 5. Sprzęt i odczynniki System chromatograficzny Dionex DX-500, składający się z:
- pompy gradientowe GP50 - generatora eluentu EG 50 - detektora elektrochemiczny ED 50 - modułu chromatograficznego LC30 - Autosamplera AS 50 - stacji kontrolnej Chromeleon - pojemników na eluenty. Warunki - kolumny : IonPac AS19-HC, analityczna IonPac AS19-HC, ochronna analiza izokratyczna: metoda AS19izo : - eluent: wodorotlenek potasu - stężenie eluentu 10mM - czas analizy 40 minut - przepływ: 1 ml/min - objętość próbki: 20µl - prąd na supresorze 112 ma - detekcja: przewodnościowa, z automatycznym wzmacniaczem jonowym ASRS- ULTRA analiza gradientowa: metoda AS19gradient - eluent: wodorotlenek potasu - sposób przebiegu metody: - 0-10 minut izokratycznie 10mM KOH - 10 25 minut gradient 10 45mM KOH - 25 30 minut 45mM KOH - 30 35 minut gradient 45-10 mm KOH - czas analizy 35 minut - przepływ: 1 ml/min - objętość próbki: 20µl - prąd na supresorze 112 ma - detekcja: przewodnościowa, z automatycznym wzmacniaczem jonowym ASRS- ULTRA metoda AS19gradient60 - eluent: wodorotlenek potasu - sposób przebiegu metody: - 0-10 minut izokratycznie 10mM KOH - 10 25 minut gradient 10 60mMKOH - 25 30 minut 60mMKOH - 30 35 minut gradient 60-10 mm KOH - czas analizy 28 minut - przepływ: 1 ml/min - objętość próbki: 20µl - prąd na supresorze 223 ma
- detekcja: przewodnościowa, z automatycznym wzmacniaczem jonowym ASRS- ULTRA 6. Sposób wykonania ćwiczenia 1. Sporządzić roztwór 7 podstawowych anionów występujących w wodzie o następującym stężeniu: - fluorki 2mg/l - chlorki 10 mg/l - azotyny 10 mg/l - bromki 10 mg/l - azotany 10 mg/l - fosforany 20 mg/l - siarczany 10 mg/l Do sporządzenia roztworu wykorzystać standard firmowy DIONEX. Badany roztwór umieścić w naczyńku chromatograficznym, a nstępmie w autosamplerze. 2.Przeprowadzić analizy chromatograficzne sporządzonego roztworu przy zastosowaniu następujących metod: - Analiza chromatograficzna anionów izokratyczna Przy zastosowaniu programu Chromeleon utworzyć sekwencję dla kolumny AS19 i uruchomić metodę AS19 izo. Wpisać w sekwencji badaną próbkę. Po ustabilizowaniu się linii bazowej uruchomić analizę zgodnie ze wskazówkami prowadzącego ćwiczenie. Obserwować przebieg chromatogramu. Po zakończeniu analiz wydrukować otrzymany chromatogram. - Analiza chromatograficzna anionów gradientowa. Uruchomić analizę próbki z zastosowaniem metody AS19gradient zgodnie ze wskazówkami prowadzącego ćwiczenie i obserwować przebieg chromatogramu. - Analiza chromatograficzna anionów gradientowa60. Uruchomić analizę próbki z zastosowaniem metody AS19gradient60 zgodnie ze wskazówkami prowadzącego ćwiczenie i obserwować przebieg chromatogramu. - Analiza chromatograficzna anionów zawartych w wodzie wodociągowej:
Uruchomić analizę próbki wody z kranu z zastosowaniem metody AS19gradient zgodnie ze wskazówkami prowadzącego ćwiczenie i obserwować przebieg chromatogramu. Po zakończeniu analiz wydrukować otrzymane chromatogramy. 4. Opracowanie wyników. 4.1. Wybór odpowiedniej metody oznaczania podstawowych anionów w wodzie; Na podstawie kształtu i czasów retencji poszczególnych pików na otrzymanych chromatogramach przy zastosowaniu różnych metod określić, która z badanych metod jest najwłaściwsza do oznaczania anionów w wodzie; 4.2. Charakterystyka pików: Na podstawie posiadanych wiadomości przyporządkować otrzymane piki na chromatogramach odpowiednim jonom (fluorki, chlorki, bromki, azotyny, azotany, siarczany, fosforany) i uzasadnić wybór. 4.3. Określić ilości podstawowych anionów w wodzie wodociągowej: Na podstawie powierzchni pików znanych ilości jonów otrzymanych chromatogramów obliczyć zawartość w wodzie wodociągowej oznaczanych 7 jonów. (Obliczeń dokonać na podstawie powierzchni pików otrzymanych dla anionów o znanym stężeniu przy zastosowaniu tej samej metody, którą zastosowano do analizy wody z kranu). Czy w wodzie, oprócz 7 standardowych jonów, oznaczono inne aniony? Jakie są ich czasy retencji? Na podstawie karty katalogowej kolumny Ion Pac AS 19HC spróbować scharakteryzować te jony. Wyniki zestawić w tabeli: Anion Stężenie aniony Czas retencji Powierzchnia Uwagi [mg/l] [minuty] pików Analiza izokratyczna Analiza gradientowa AS19gradient
Analiza gradientowa AS19gradient60 Analiza wody z kranu Podać wnioski z przeprowadzonych badań.