Бёккер_Хроматография [2009]

340 Глава 6. Ионная хроматография

Рис. 6.10. Профиль зависимости тока от времени для биполярного импульса: а) вход& ной сигнал, б) выходной сигнал

метод измерения исключает нелинейность при переключениях областей изме& рения.

6.5.1.2. Разрешение

Чувствительность измерения значительно увеличивается при внедрении микро& процессорной техники. Чтобы микропроцессор можно было использовать при обработке данных, аналоговые величины напряжения должны быть предваритель& но оцифрованы.С внедрением микропроцессорной техники в детектор по элект& ропроводности становится возможным определять ионы в средней и нижней об& ластях ppb концентраций без предварительного концентрирования.

6.5.1.3. Фоновый шум

Ввиду повышения чувствительности новых типов детекторов по электропровод& ности особые усилия прилагались к тому, чтобы уменьшить их фоновый шум. Измеренный сигнал оцифровывается в аналого&цифровом преобразователе. На рис. 6.11 представлен входной сигнал АЦП, который перекрывается значитель& ным шумом. При измерении в каждой точке сигнал подается на АЦП с постоян& ной тактовой частотой. Вызванные этим колебания измеряемых сигналов явля& ются причиной шума и сглаживаются с помощью электронного подавителя шума.

Существенно улучшенное подавление шума получают с помощью «встроен& ных» АЦП. Преобразователь этого типа измеряет входной сигнал во временных интервалах ∆t и рассчитывает площадь сигнала. После деления на временя ∆t по& лучают искомую усредненную величину сигнала.

При химическом подавлении проводимости элюентов приходится измерять существенно более низкие проводимости, чем при электронном подавлении. Поэтому шум становится выше, и для измерения нужен особо чувствительный прибор с большим отношением сигнал/шум. Дальнейшего уменьшения фоново& го шума достигают цифровым преобразованием отклонения от базовой линии. Во всех аналоговых детекторах с помощью напряжения смещения базовая линия устанавливается на желаемой позиции. Тем не менее, это напряжение непостоян& но и, таким образом, дает определенный шум. В современных детекторах по элек& тропроводности, наоборот, величина отклонения регистрируется микропроцес&

6.5. Возможности детектирования 341

Рис. 6.11. Сравнение подавления шума. Слева: дискретное измерение; справа: ин& тегральное измерение

сором, сохраняется в цифровом виде и с момента ввода непрерывно вычитается из измеряемой величины. Полученная величина – это константа, которая не из& меняется вплоть до ввода новой величины смещения.

6.5.1.4. Температурная компенсация

Так как проводимость раствора электролита зависит от температуры, нужно при& нять меры, чтобы соответствующим образом скорректировать влияние темпера& туры. Для наибольшего числа ионов эквивалентная проводимость изменяется примерно на 1,7% с изменением температуры на 1 °C. Это влияние температуры можно устранить двумя инструментальными способами:

•термостатированием измерительной ячейки и

•электронной компенсацией градиента температуры.

Детекторный блок обычно термостатируется выше комнатной температуры примерно от 25 до 40 °C, и, соответственно, элюент также нагревается в детектор& ном блоке. Температура регулируется с точностью до 0,01 °C. При внедрении де& текторов по электропроводности, управляемых микропроцессором, можно отка& заться от дорогостоящего термостатирования измерительной ячейки и проводить температурную компенсацию электронно. При этом температурный коэффици& ент, который составляет, как правило, 1,7% на градус изменения температуры, может дополнительно регулироваться. Электронная температурная компенсация предполагает знание фактической температуры элюента, проходящего через из& мерительную ячейку. Поэтому в измерительную ячейку интегрирован термистор. По данным о величине температурного коэффициента и температуры элюента микропроцессор рассчитывает фактическую проводимость.

342 Глава 6. Ионная хроматография

6.5.1.5.Использование детектора проводимости

водноколоночной системе

При хроматографии ионов с непосредственным детектированием проводимости в большинстве случаев в качестве элюентов применяются ароматические карбок& сикислоты: фталевая, бензойная или салициловая кислоты в миллимолярных кон& центрациях. Так как эквивалентная ионная проводимость у большинства неорга& нических анионов примерно вдвое больше, чем у анионов элюента, то наблюда& ется положительное изменение проводимости, которое пропорционально введен& ному количеству пробы. Линейный рабочий диапазон при объеме пробы 100 мкл составляет примерно от 0,05 до 100 мг/л. Нижняя граница определена качеством детектора и насоса и величиной фонового сигнала, верхняя граница обусловлена емкостью колонки.

При разделении катионов с помощью кондуктометрического детектора на& блюдаются, в основном, отрицательные изменения проводимости, так как кати& оны элюента имеют эквивалентную проводимость в пять – десять раз выше, чем катионы пробы. Однако хроматограмму изображают привычным способом, т.е. пики ориентированы вверх за счет того, что соответствующим образом меняют полярность выходного сигнала детектора (рис. 6.12).

6.5.2. Амперометрический детектор

Амперометрический детектор селективен к веществам, которые можно окислять или восстанавливать электрохимически. У этих детекторов используют трехэлек& тродную измерительную ячейку, которая состоит из рабочего электрода, вспомо& гательного электрода и электрода сравнения. В качестве рабочего электрода, как правило, используют стеклоуглеродный электрод (англ.: glassy carbon). Между рабочим электродом и электродом сравнения с помощью потенциостата устанав& ливается потенциал, необходимый для реакции окисления или восстановления. Если электрохимически активное вещество проходит через ячейку, его частич& но окисляют или восстанавливают. При этом возникает анодный или катодный ток, который в определенных пределах пропорционален концентрации этого ве& щества и поэтому может быть представлен в качестве хроматографического сиг& нала [6.24].

В общем амперометрическая детекция применяется для соединений, которые из&за своей незначительной диссоциации плохо детектируются по проводимости. Однако число электрохимически определяемых веществ очевидно ограничено, так как область прикладываемого потенциала ограничена максимально до +1,2 В [6.25]. Детекторы этого вида применяются для определения ряда неорганических и орга& нических ионов в комплексных матрицах, например, в биологических пробах, вплоть до области ppb концентраций. Примерами определяемых неорганических анионов являются хлорид, бромид, йодид, сульфид, тиоцианат, цианид, цианат. При использовании слабокислых или нейтральных элюентов нужно обращать внимание на то, чтобы они сами не окислялись при рабочих потенциалах вплоть до +1,2 В. Линейный рабочий диапазон лежит в области мкг/л и по массе может определяться примерно от 0,1 до 100 нг [6.26].

6.5. Возможности детектирования 343

Элюент: фталевая кислота 2,5 ммоль/л Системный пик Поток: 1,5 мл/мин

Объем пробы: 100 мкл

Время удерживания, Ион мг/л

мин

Элюент: лимонная кислота 5 ммоль/л, дипиколиновая кислота 0,4 ммоль/л

Поток: 1,0 мл/мин Объем пробы: 10 мкл

Время удерживания, Ион мг/л

мин

Рис. 6.12. Пример разделения анионов и катионов

Поскольку исследуемая проба соприкасается с поверхностью электродов, элек& трод может загрязняться продуктами окисления или восстановления. Вследствие этого изменяется поверхность электрода, что влечет за собой уменьшение чув& ствительности и дрейф нулевой линии. Такие соединения, как углеводы и спирты

6.5. Возможности детектирования 347

Постколоночная дериватизация в сочетании с УФ детектированием была пред& ложена также для определения алюминия и поливалентных анионов. Поливален& тные анионы, такие как полифосфаты, этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУ) и нитрилотриуксусная кислота, элюируются разбавленной азотной кис& лотой. Постколоночная дериватизация годится и для нитрата железа, причем об& разующиеся комплексы железа детектируются при 330 нм. Примеры этого типа разделений показывают, что комбинирование УФ детектирования и постколоноч& ной дериватизации – это существенная составная часть современной ионной хро& матографии.

6.5.3.2. Косвенная УФ детекция

Если ультрафиолетовый детектор используется в ВЭЖХ, то применяют подвиж& ную фазу, которая обладает по возможности более низким собственным погло& щением при длине волны, используемой для детектирования соединений. Напро& тив, определяемый компонент должен обладать как можно более высоким погло& щением. При косвенном УФ детектировании на первое место ставят условия клас& сической абсорбционной спектрофотометрии [6.33]. Здесь используют подвижную фазу с возможно более высоким поглощением. Принцип этого метода представ& лен на рис. 6.16. Переполюсовка на выходе детектора снова позволяет наблюдать положительные пики. Хроматография с косвенной фотометрией – это простой и чувствительный метод детектирования большого числа слабо поглощающих в уль& трафиолете анионов и катионов.

Данные о спектре поглощения помогают при выборе подходящих для детекти& рования длин волн. Подходящая область компенсации лежит между 0,7 и 1,0 еди& ниц поглощения. В качестве подвижной фазы чаще всего используют раствор бифталата калия в концентрации 10–4–10–3 М. Так выбор концентрации играет важную роль при хроматографическом разделении, то для каждой выбранной кон&

б)

Рис. 6.16. Объяснение обычного и косвенного УФ детектирования: a) обычное УФ детектирование; б) косвенное УФ детектирование

348 Глава 6. Ионная хроматография

Длина волны, нм

Рис. 6.17. УФ спектр бифталата калия

центрации фталата можно найти наиболее подходящую длину волн для детекти& рования [6.34]. Рис. 6.17 показывает спектр поглощения бифталата калия.

С помощью постколоночной дериватизации можно использовать также вы& сокочувствительный флуоресцентный детектор. Например, для определения ами& нокислот в элюент примешивают ортофталевый диальдегид, который образует с аминокислотами комплексы с интенсивной синей флуоресценцией.

6.5.3.3.Комбинирование ионной хроматографии с оптической эмиссионной спектрометрией и масс%спектрометрией с индукционно%связанной плазмой

Ионная хроматография – это аналитический метод разделения, которым можно определять также соответственно валентность отдельных ионов металла. Опти& ческая эмиссионная спектрометрия и масс&спектрометрия с индукционно&свя& занной плазмой (ИСП&ОЭС и ИСП&МС) – это эффективные методы для одно& временного определения многих элементов, которые, однако, не позволяют оп& ределять их валентность. Комбинирование ионной хроматографии с одним из этих методов позволяет объединить преимущества обоих методов и достичь высокой чувствительности элементного анализа.

Вопрос о валентном состоянии элементов будет занимать нас все больше, так как существуют микроэлементы, которые необходимы в одном валентном состо& янии, но высокотоксичны в другом. Примером тому является хром, который про& являет токсичность в шестивалентной форме, но в трехвалентной форме, наобо& рот, необходим, так как участвует в обмене веществ. Определение валентности можно провести с помощью одной ионной хроматографии, но метод дорого сто& ит и требует тщательного согласования всех этапов анализа. Комбинирование с атомной спектрометрией предполагает использование дорогих детекторов, но дает возможность в дальнейшем проводить анализы быстро и просто [6.35].