DE3519628A1

DE3519628A1 - Indirekt photometrische chromatographie ueber eine schwach basische oder schwach saure ionenaustauschsaeule mit variabler kapazitaet

Info

Publication number: DE3519628A1
Application number: DE19853519628
Authority: DE
Inventors: Hernan J. Cortes; Timothy S. Midland Mich. Stevens
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1984-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1985-12-05
Also published as: CA1223642A; DE3519628C2; JPH0443235B2; JPS6151566A; US4629705A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung ist eine Weiterentwicklung des Verfahrens, das in der parallelen Anmeldung Nr. 81103847.0, eingereicht am 19.05.1981, beschrieben ist. Insbesondere beansprucht die parallele Anmeldung ein Einzelsäulenverfahren zur Ionenanalyse unter Verwendung einer empfindlichen photometrischen Detektion, wobei ein flüssiges Elutionsmittel, das Kontroll/Austauschionen enthält mit einer Probe auf eine Flüssigchromatographie-Ionenaustauschsäule gegeben wird unter solchen Bedingungen, daß die Probenionen, die von Interesse sind, zum Zweck des Nachweises aufgetrennt werden, die als Probenbanden mit der von der Säule ausströmenden Flüssigkeit eluiert werden, wobei die Probeionen dieselbe Ladung haben und weniger absorbieren als die Kontroll/Austauschionen unter den photometrischen Kontrollbedingungen; um indirekt die Probenbanden, die von Interesse sind, zu messen durch die Abnahme, die die Probenbanden in dem Absorptionsverhalten der ausströmenden Flüssigkeit zu erzeugen; die Auswahl und die Verwendung eines Elutionsmittels, das nicht mehr als 5x10 Molar an Kontroll/Austauschionen ist zum Zweck der empfindlichen Detektion bei dem photometrischen überwachsungschritt der indirekt detektierten Probenionen, die von Interesse sind.

Die vorliegende Erfindung wird insbesondere gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Die Verwendung einer pH-abhängigen Ionenaustauschsäule mit variabler Kapazität, die schwach basisch ist, wenn Anionen detektiert werden müssen und bestimmt werden

müssen aus der Probe durch Kontakt mit dieser Säule und die Verwendung einer schwach sauren Ionenaustauschsäule, wenn Kationen betroffen sind; und

die Verwendung eines Elutionsmittels, dessen pH die Kapazität der Ionenaustauschsäule kontrolliert im Bereich einer Kapazität, die den unteren Bereich der Kapazität umfaßt, unter deren Bedingung eine Oberladung der Probe verursacht wird und den oberen Bereich der Kapazität umfaßt, der nicht größer ist als etwa 50% der maximal möglichen Ionenaustauschkapazität der Ionenaustauschsäule.

Die Hochdruckflüssigchromatographie (d. h. HPLC) wurde in der Vergangenheit intensiv entwickelt und angewendet auf dem Gebiet der Ionenanalyse. Die technische Literatur, die frühere HPLC-Verfahren für die Ionenanalyse betrifft, die für diese Erfindung relevant sind, ist unten angegeben:

Referenz-

Nummer Quelle

(I) "ANALYTICAL ION-EXCHANGE PROCEDURES IN

CHEMISTRY AND BIOLOGY; Theory, Equipment, Techniques" Joseph X, Khym, 1974, Ed., veröffentlicht von PRENTICE-HALL, INC. of Englewood Cliffs, New Jersey 07632;

(II) N. E. Skelly, Anal. Chem., 54 (1982) 712;

(III) I. Molnar, H. H. Nauer and D. WiIk, J. Chromatogr., 201 (1980) 225;

(IV) H. J. Cortes, J. Chromatogr., 234 (1982) 517;

(V) H. Small, T. S. Stevens and W. C. Bauman, Anal. Chem., 47 (1975) 1801;

Referenz

Nummer Quelle

(VI) H. Small and T. E. Miller, Anal. Chem., 54 (1982) 462;

(VII) United States Letters Patent No. (i.e., "U.S."): 3,920,397;

(VIII) T. S. Stevens, J. C Davis, and H. Small, Anal. Chem., 53 (1981) 1488;

(IX) United States Letters Patent 4,383,047; (X) United States Letters Patent 4,414,842;

(XI) P. R. Haddad and A. L. Heckenberg, J. Chromatogr., 252 (1982) 177;

(XII) "ION EXCHANGE" F. Helfferich, 1962 Ed.,

veröffentlicht von McGraw-Hill Book Company, Inc. of New York City (New York) 10017; und

(XIII) "INTRODUCTION TO MODERN LIQUID CHROMATOGRAPHY" L. Snyder and R. Kirkland, 1979 Ed., veröffentlicht von John Wiley & Sons, New York City (New York) 10017.

Wie es in Referenz (II) angegeben ist, wurde die HPLC-Analyse von anorganischen und organischen Ionen, die im Bereich des ultravioletten Lichtes absorbieren, erreicht auf reverse phase Flüssigchromatographie-Säulen mit daran hängenden funktionellen Ionenaustauschgruppen. Referenz (IV) ist erläuternd für eine ähnliche Analyse, bei der man direkt das Ultraviolettlicht (d. h. UV) zur Detektion verwendet nach der Abtrennung auf einer Aminosäule. Diejenigen Anionen und Kationen, die nicht im UV-Bereich absorbieren, können bestimmt werden durch konduktometrische Detektion, wie es z. B. in den Referenzen (V) und (VIII) gezeigt wird. Die Ionenanalyse ist auch möglich durch Verwendung der erst kürzlich bekanntgewordenen Flüssigchromatographieverfahren, die als indirekte photometrische Chromatographie bekannt sind (d. h. IPC).

-Jb-

Small und Miller berichteten über IPC in Referenz (VI) und in dem Patent Referenz (X). Wie in ihrem Originalwerk ausgeführt ist, wird die empfindliche Detektion der analytischen Ionen erreicht unter Verwendung von verdünnten Elutionsmitteln gemäß der Gleichung:

Signal C
(aus dem Detektor) ^ (I)

Rauschen N.C

C die Konzentration des Probenions isty das analysiert

wird;

N das statistische Rauschen ist, das erzeugt wird oder in dem System auftritt, und

C die Kontroll/Austauschionenkonzentration des Elutionse

mittelions ist.

Jedoch kann die Verwendung verdünnter Elutionsmittel, um eine hohe Sensitivität im IPC zu erreichen, zu hohen k¹-Werten führen, wenn sie zusammen mit üblichen
stark basische und stark saure Ionenaustauschchromatographiesäulen verwendet werden. Diese stark basischen (und sauren) Ionenaustauschsäulen können verändert
werden, z. B. physikalisch durch Kürzen der Säule, um k¹ zu reduzieren, aber das führt auch zu einer schädlichen Reduktion der Zahl der theoretischen Böden der verkürzten Säule. Die Erfindung betrifft die Behebung dieses Nachteils der IPC-Verfahren.

Der Ausdruck "photometrische Überwachung", wie er in der folgenden Zusammenfassung der Erfindung verwendet wird, bedeutet das überwachen unter Verwendung eines UV-vis-Gpektrophotometerfi 'die vortoilliiiftoctt· ΛνχΐΟι-rungsform der Erfindung); eines FluoreszenzspeH-rcphotometers; eines Infrarot-(IR)Spektrophotometers; oder
eines Brechungsindex (Rl) Detektors.

BAD OF«. L

•■:·Λ

Der Ausdruck "Kontroll/Austausch"-Ionen bedeutet Elutionsmittelionen, die unter Verwendung photometrischer Uberwachungsmittel detektiert werden können. Am bevorzugtesten umfassen die Kontroll/Austauschionen UV-absorbierende Ionen.

Der Ausdruck "transparente Ionen" bedeutet und bezieht sich auf Probenionen, die im allgemeinen nicht empfindlich für photometrische überwachung sind, wodurch die Anwesenheit der Probenionen in der ausfließenden Flüssigkeit im allgemeinen durch den Detektor nicht angezeigt wird. Jedoch ist keine vollständige Transparenz erforderlich und unter dem Ausdruck "transparent" in seiner breiten Auslegung ist zu verstehen, daß Probenionen eingeschlossen sind, die weniger von der überwachten Eigenschaft haben als die Kontroll/Austauschionen und die indirekt ausgewertet werden können durch photometrische Auswertung der Abnahmen in der Konzentration der Kontroll/Austauschionen.

Der Ausdruck "schwach basische (oder schwach saure) Ionenaustauschsäule" bedeutet und schließt ein jede Säule, die mit schwach basischem (oder schwach saurem) Ionenaustauscher oder Ionenaustauschmedium gepackt ist, dessen Kapazität pH-abhängig ist, ohne einen stark bemerkbaren Wirksamkeitsverlust über einem Bereich von pH-Werten. In diesem Ausdruck sind reverse phase Säulen eingeschlossen, die umgeformt wurden, um als Ionenaustauscher verwendet zu werden.

Der Ausdruck "überladen" bedeutet die Bedingung, bei der das Verhältnis von erhältlicher Ionenaustauschkapazität der Säule, ausgedrückt z. B. in Äquivalenten pro Säule, zu der Gesamtzahl an Äquivalenten von Probenionen in der injizierten Probe 10 oder weniger ist.

Der Ausdruck "maximal mögliche Ionenaustauschkapazität" bedeutet für eine gegebene Ionenaustauschsäule die Ionenaustauschkapazität in Äquivalenten pro Säule bei einem pH, der zwei Einheiten weniger beträgt als B in der folgenden Gleichung II, für eine schwach basische Ionenaustauschsäule; und einen pH, der um zwei Einheiten größer ist als B in der folgenden Gleichung II für eine schwach basische Ionenaustauschsäule.

Die Erfindung kann auch als Verfahren für die chromatographische Analyse transparenter Probenionen in einer Lösung der photometrisch überwachbaren flüssigen ausströmenden Flüssigkeit betrachtet werden, worin die Probe in Kontakt gebracht wird mit einer Durchflußionenaustauschsäule. Die Elution wird durchgeführt durch die Ionenaustauschsäule unter Verwendung eines flüssigen Elutionsmittels, das photometrisch detektierbare Kontroll/-Austauschionen enthält, die die Probenionen der Säule austauschen, um zu bewirken, daß die ausgetauschten Probenionen in der von der Säule ausfließenden Flüssigkeit erscheinen. Die Kontroll/Austauschionen sind photometrisch detektierbar in der ausströmenden Flüssigkeit und haben dieselbe Ladung, aber nicht notwendigerweise dieselbe Valenz wie die Probenionen, die detektiert werden sollen. Die ausströmende Flüssigkeit wird photometrisch überwacht und die Konzentration der transparenten Probenionen, die von Interesse sind, die von der Säule eluiert werden, wird indirekt bestimmt, bezogen auf die Abweichung(en) in der Konzentration der überwachten Kontroll/Austauschionen in der ausströmenden Flüssigkeit.

Eine pH-abhängige Ionenaustauschsäule mit variabler Kapazität, die schwach basischer Natur ist, wird verwendet, wenn Anionen detektiert werden sollen und

bestimmt werden sollen aus der Probe, die in Kontakt steht mit der Säule. Umgekehrt wird eine schwach saure Ionenaustauschsäule verwendet, wenn Kationen betroffen sind.

Ein Elutionsmittel wird verwendet, dessen pH die Kapazität der Ionenaustauschsäule kontrolliert bis zu einer Kapazität innerhalb des Bereiches, der den niederen Bereich der Kapazität umfaßt unter dessen Bedingungen eine Probenüberladung bewirkt wird, und den oberen Bereich der Kapazität umfaßt^ der nicht*größer ist als etwa 50 % der maximal möglichen Ionenaustauschkapazität der Ionenaustauschsäule.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden verschiedene, in Wechselbeziehung stehende Variable überwacht, um einen sogenannten "Balancefaktor" von zwischen 1 bis -3 und am meisten bevorzugt von 0 bis -2 zu erzeugen. Insbesondere wird der Balancefaktor numerisch ausgedrückt als Beziehung zwischen dem pH des Elutionsmittels, der Konzentration der Elutionskontroll/Austauschionen und der Eigenschaften der besonders schwach basischen oder schwach sauren Säule, die für die Analyse verwendet wird, der wie folgt berechnet wird:

Balancefaktor =/(A-B)² - (log-) (II)

4.

A = der pH des Elutionsmittels; ·

B = der Momentennullpunkt, bezeichnet als A, der Kurve von k¹ eines interessierenden Ions in einer Analyse

gegen A für eine bestimmte Elutionsmittelaustauschionenkonzentration, die für die Analyse verwendet wird;

C = die molare Konzentration des Elutionsmittel-Austauschions, das in der Analyse verwendet wird.

Bei Durchführung der Erfindung ist es vorteilhaft, verdünnte Elutionsmittel zu verwenden, um eine empfindliche Detektion zu erreichen. Allgemein werden Elutionsmittel verwendet, die weniger als 5x10 Molar sind in Bezug auf die Kontroll/Austauschionen. Niedrigere Konzentrationen können vorteilhafterweise bei dem Verfahren verwendet werden, z. B. werden typischerweise Konzentra-

—4

tionen von weniger als 5x10 Molar an Kontroll/Austauschionen verwendet, um niedrige Detektionsgrenzen zu erreichen.

Ein günstiger Aspekt der Erfindung ist, daß es dem Praktiker ermöglicht wird, die Kapazität der Ionenaustauschsäule einfach durch Festlegung des pH's des Elutionsmittels einzustellen; und gleichzeitig absteigend Angleichungen bei der Elutionsmittel-Kontroll/Austauschionenkonzentration vorzunehmen, um die Sensitivität zu verbessern. Diese Angleichung erfordert weder eine physikalische Änderung der Säule noch einen schädlichen Verlust an Säulenwirksamkeit.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung offenbart zusammen mit den beigefügten Zeichnungen wobei:

Fig. 1 ein Aufriß einer Vorrichtung ist zur Durchführung der Ionenaustauschchromatographxe mit indirekter photometrischer Detektion gemHß den Merkmalen und der Lehre der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 bis 4 idealisierte Chromatogramme sind, die graphisch die Unterschiede zwischen stark basischen (und sauren) Ionenaustauschersäulen und den Ionenaustauschersäulen mit variabler Kapazität der vorliegenden Erfindung darstellen; die

Fig. 5a bis 5c reproduzierte Chromatogramme sind, die unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung entwickelt wurden und mit der Lehre von Beispiel 1 verbunden sind; die

Fig. 6 und 7 reproduzierte Chromatogramme sind, die entwickelt wurden unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung und mit der Lehre von Beispiel 2 verbunden sind; und die

Fig. 8 ein Plot ist, der die Abhängigkeit der Säulenkapazität (ausgedrückt in k¹) von dem Elutionsmittel-pH darstellt.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird dort ein typisches Schema einer Ionenaustauschchromatographie-Vorrichtung gezeigt, die wünschenswerterweise beim Durchführen der Erfindung verwendet wird. Die Vorrichtung umfaßt eine Chromatographiesäule 10, die mit einem schwach basischen (oder sauren) Ionenaustauschmedium gepackt ist. Der Säule 10 ist ein photometrischer Detektor 12 nachgeordnet, vorzugsweise ein üV-vis-Spektrophotometer mit variabler Wellenlänge, mit Durchfluß durch eine Zellenanordnung für HPLC-Anwendungen. Die aus dem Detektor ausströmende Flüssigkeit wird in das Abwassergefäß 14 ausgespült oder zur Recyclisierung z. B. durch eine Leitung 16.

Eine Probe wird vorzugsweise zugegeben ζ. Β. durch Spritzeninjektion in das System an einem Probeninjektionsventil 18, das automatisch betrieben werden kann durch ein Kontrollmittel 30. Die injizierte Probe wird durch die Vorrichtung mitgerissen durch eine Lösung, die photometrisch detektierbare Kontroll/Austauschionen enthält mitgeschwemmt, z. B. eine Elutionsmittellösung 20, die von einem Elutionsmittelreservoir 22 durch eine Chromatographiepumpe 24 abgezogen wird. Der Elutionsmitteldruck wird kontrolliert durch ein Druckmanometer 26 und wird durch das Probeninjektionsventil 18 zu der Säule 10 übertragen. Die Lösung (ausströmende Flüssigkeit), die die Säule 10 verläßt, wobei die Ionenart, die aufgetrennt wurde, geeignet ist zur Detektion, wird durch eine Flüssigkeitsleitung zum Detektor 12 gefördert.

In dem photometrischen Detektor erzeugt die Anwesenheit der Kontroll/Austauschionen in der ausströmenden Flüssigkeit ein elektrisches Signal, das proportional ist zu der Menge dieser Ionen. Das Detektorsignal wird angezeigt, z. B. durch einen Linienschreiber 28, der gegebenenfalls ausgerüstet ist mit einer elektronischen Vorrichtung 32, um eine zusätzliche Basislinien-Pendelrückkopplungsspannung zu schaffen. Ein Chromatogramm wird daher entwickelt, das z. B. abhängig von der Polarität die Abnahmen oder Peaks des Signals zeigt, das von dem Detektor ausgestoßen wird. Die Abnahmen (oder Peaks) werden bewirkt durch und proportional zu den transparenten Probenionenbanden, die durch den Detektor geleitet werden. Daher können die transparenten Probenionen indirekt ausgewertet werden als eine Funktion der beobachteten Abnahmen der Kontroll/Austauschionen, da jede transparente oder teilweise transparente Probenionenbande durch den Detektor geleitet wird.

Gemäß der Erfindung werden schwach basische oder schwach saure Ionenaustauschsäulen verwendet, bei denen die Ionenaustauschmedien typischerweise Materialien auf Basis von Keramik (z. B. Siliziumdioxid) oder polymerisch sind. Die tatsächliche Kapazität der Ionenaustauschsäulen wird überwacht und bestimmt durch entsprechende Einstellungen des pH's des Elutionsmittels. Durch Bestimmen und Fixieren der Säulenkapazität kann eine nicht schädliche Verdünnung der Elutionsmittel-Kontroll/Austauschionen-Konzentration auftreten, um eine verbesserte Detektionsempfindlichkeit (gemessen durch die Peakhöhe) zu erreichen. Dies kann geschehen, ohne daß k¹ stark vergrößert werden muß, während k¹ aufrechterhalten wird oder während es sogar abnimmt und ohne die Säulenwirksamkeit zu gefährden. Die Säulen werden gemäß der Erfindung betrieben zwischen der Bedingung, die eine Säulenüberladung an dem Ende mit niedriger Kapazität bewirkt und dem Ende mit hoher Kapazität, einer Kapazität, die nicht größer ist als etwa 50% der maximalen Ionenaustauschkapazität der Säule. Im allgemeinen und für einen optimalen Vorteil werden die Säulen bei 0,1 bis 30 % ihrer maximalen Ionenaustauschkapazität betrieben.

Geeignete schwach basische Ionenaustauschmedien, die verwendbar sind in der vorliegenden Erfindung sind z. B. tertiäre, sekundäre oder primäre Amine der folgenden Struktur:

H HR

I I I

R-N 1°, R-N 2°, R-N 3° (III) H RR

Andere geeignete Ionenaustauschmedien werden in Referenz (I) offenbart und sind dem Fachmann wohlbekannt .

Die Kapazität der schwach basischen oder schwach sauren Ionenaustauschsäule, die hier betrachtet wird, wird reguliert und kann geändert und eingestellt werden durch Änderung des Umgebungs-pH's. Daher kann ein inaktives schwach basisches Ionenaustauschmedium dargestellt werden durch die obigen Strukturen. Mit einer geeigneten und berechneten pH-Snderung kann eine aktive ionenaustauschende schwache Basenstruktur dargestellt werden als:

HRR

I I I

R-N-H⁺ 1°, R-N-H⁺ 2°, R-N-H⁺ 3°, (IV)

I I I

HHR

Die Kapazität der Ionenaustauschmedien dieser Struktur wird typischerweise ausgedrückt in Mikroäquivalenten pro Gramm (d. h. ueq/g). Für darstellende (nicht begrenzende) Zwecke werden die folgenden Zusammenhänge angegeben, um die Kapazitätsabängigkeit eines schwach basischen Ionenaustauschmediums als eine Funktion des pH's zu zeigen: 20 ueg/g @ pH 1; 18 μeg/g @ pH 2; 2 ueg/g<® pH 3; 0,2 μeg/g @ pH 4; 0,1 μeg/g<S> pH 6; und 0 oder insbesondere 0 ueg/g@ pH 7. Der weit anwendbare pH-Bereich ist zwischen 0 und 8 für ein Ionenaustauscher medium auf Basis von Siliciumdioxid (Kieselsäure-haltig) (das dazu neigt, bei einem pH ^ 8 abzubauen). Ein pH im Bereich von 2 bis 6 ist gewöhnlich bevorzugt, um die Säulenlebensdauer eines Ionenaustauschmediums auf Basis von Siliciumdioxid zu maximieren.

Kationenbestimmungen unter Verwendung der verbesserten IPC-Technik der vorliegenden Erfindung werden durchgeführt mit einer Säule, die ein schwach saures Ionenaustauschmedium oder eine schwach saure Ionenaustauschpackung hat; wobei die allgemeinsten und am leichtesten

erhältlichen Repräsentanten davon negativ geladene Carboxylatfunktionen (d. h. -COO ) haben. Mit solchen schwach sauren Chromatographiematerialien auf Basis von Siliciumdioxid ist der breit anwendbare Bereich des pH's 1 bis 8; vorzugsweise von 2 bis 7. Die Maximumkapazität der schwach sauren Ionenaustauschersäulen dieser Art tritt auf, wenn in den höheren oder mehr basischen Bereichen der pH-Werte mit niedrigeren Kapazitäten, die bewirkt werden durch Einstellung des Elutionsmittel-pH's auf mehr saure Werte gearbeitet wird. Die "Chromegabond^R WCX" Säule, die im Handel erhältlich ist von ES Industries, ist ein Beispiel für eine schwach saure Säule, die günstigenfalls bei Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Ein graphischer Vergleich zwischen einer stark sauren oder stark basischen Ionenaustauschsäule mit einer einzigen fixierten Kapazität nach dem Stand der Technik und einer schwach sauren oder basischen Säule der Erfindung mit variabler Kapazität ist dargestellt in Form der Idealchromatogramme der Figuren 2 bis 4. In diesen Darstellungen ist die Konzentration der Kontroll/-Austauschionen entlang der Ordinate geplottet als eine normale oder gegebene Konzentration |xj in Fig. 2; eine Konzentration von halber Stärke £xj in Fig. 3; und eine

2 zehntelstarke (x} Konzentration in Fig. 4. Die Fläche

10

A', die in jeder der Figuren 2, 3 und 4 bezeichnet ist, ist die, die erwartet wird bei Verwendung einer stark basischen oder stark sauren Ionenaustauschsäule. Das Symbol H¹ zeigt die Peak-(oder Dip-)höhe an, die als Ergebnis des Standes der Technik entwickelt wurde.

Für Vergleichszwecke sind die analogen Peakflächen und -höhen/ die durch die Durchführung der Erfindung erreicht werden, in diesen Figuren durch die Symbole A und H identifiziert.

In Fig. 2 sind A und A¹, H und H' identisch. In Fig. 3 ist das Elutionsmittel zweifach verdünnt mit dem angezeigten Effekt, nämlich einem zweifachen Anstieg von A und A¹. Jedoch ist H größer als H¹ und deshalb ist H besser detektierbar als H¹. Auch ist der Peak, der dem Stand der Technik entspricht, breiter und eluiert später als der Peak, der bei Durchführung der vorliegenden Erfindung erhalten wird.

In Fig. 4 ist das Elutionsmittel von Fig. 1 lOfach verdünnt mit dem angezeigten Effekt, nämlich einem lOfachen Anstieg von A und A¹. Jedoch ist H viel größer als H¹ und ist deshalb viel besser detektierbar. Auch ist der Peak A¹, der dem Stand der Technik entspricht, unerwünscht viel breiter und eluiert viel später als der Peak A, der der vorliegenden Erfindung entspricht.

Bei diesen Durchführungen der Erfindung ist die Kapazität der schwach basischen oder sauren Ionenaustauschersäule reduziert durch die pH-Angleichung in einem Schritt mit Elutionsmxttelverdünnungen, wodurch k'=l gehalten wird. Im Gegensatz zu der Erfindung zeigt die stark basische oder stark saure Ionenaustauschsäule ein zunehmendes Anwachsen und Verschlechtern der k¹-Werte in umgekehrter Beziehung zu den Elutionsmxttelverdünnungen, was gegebenenfalls zu einer langen Analysenzeit führt (k¹ = 10, Fig. 4).

Die Erfindung wird jetzt weiter dargestellt und die Merkmale und Vorteile offenbart durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele.

Beispiel 1

Die Abhängigkeit der Retentionszeit verschiedener Anionen von der Phthalsäure-Elutionsmittelkonzentration und dem Elutionsmittel pH wurden untersucht mit einer schwach basischen Ionenaustauschersäule^und werden in diesem Beispiel berichtet. Es wird gezeigt, daß eine Abnahme der Elutionsmittelkonzentration zu einer Zunahme in der Empfindlichkeit führt, ohne den Verlust der Anzahl der theoretischen Böden, was es erlaubt, die Empfindlichkeitserfordernisse zu berücksichtigen durch einfaches Angleichen der Elutionsmittelbedingungen.

Die Flüssigchromatographie-Vorrichtung dieser Untersuchung umfaßt eine Altex Modell 110 A Pumpe, ein Rheodyne Modell 7125 Injektionsventil, ausgestattet mit einer 50 μΐ Schleife; einen LC55 (Perkin-Elmer) UV-Detektor mit variabler Wellenlänge und ein Sargent Modell SRG Aufnahmegerät.

Die leicht basische Ionenaustauschsäule, die verwendet wurde, war eine 250x4,6 mm I.D. Zorbax NH₂-Säule (erhältlich von DuPont Instruments, Wilmington, Delaware, U.S.A.). Diese Säule wurde umgewandelt in den Ionenaustauschzustand durch Waschen der Säule mit jeweils ungefähr 100 ml Acetonitril, Methanol, Wasser und dann einem Elutionsmittel in dieser Reihenfolge. Das anfängliche Gleichgewicht der Säule erforderte bis zu 200 ml Elutionsmittelfluß.

Das Elutionsmittel bestand aus Phthalsäure in Wasser, eingestellt auf verschiedene pH-Werte mit NaOH. Die Durchflußrate war 2,0 ml/min. Die Detektion erfolgte durch UV bei 290 bis 310 nm. Der Säulendruck war 105 kg/cm² (1500 psig) und die Betriebstemperatur war 24⁰C.

Die Ergebnisse bei der Verwendung der beschriebenen Säulen bei verschiedenen pH's und Elutionsmittelkonzentrationen sind gezeigt in den reproduzierten Chroma togrammen der Fig. 5a bis 5c unter Verwendung von Injektionen von Cl Ion als Probenion. Im Chromatograph der Fig. 5a ist die Elutxonsmittelkonzentratxon um den Faktor 10 größer ist als in den Fig. 5b und 5c. Es wurde erwartet, daß die Chloridionen-Peakflache in Fig. 5b dann etwa zehnmal größer ist als in Fig. 5a; jedoch war die "Peakhöhe" in Fig. 5b nicht zehnmal größer als die in Fig. 5a. Dies ist der Säulenüberladung durch die 1000 μg/ml an Chloridprobenion zuzuschreiben. Die überladung tritt auf wegen der reduzierten Säulenkapazität, die durch die Verwendung eines höheren Elutionsmittel pH¹s auftritt. Der Chloridionenpeak in Fig. 5c zeigt nicht den Effekt der überladung, wenn die Konzentration am injiziertem Chloridion reduziert wurde auf 100 μg/ml. Ein Vergleich der Fig. 5a und 5c zeigt, daß die Verwendung einer 10fachen Reduktion bei der EIutionsmittelstärke mit einer Aminosäule zu einem lOfachen Anstieg in der Empfindlichkeit führt, ohne einen Anstieg in der Analysenzeit und ohne eine besonders reduzierte Anzahl an theoretischen Böden.

Zusätzlich zeigt die Untersuchung, daß die Anzahl der theoretischen Böden für den Peak in Fig. 5c etwa dieselbe ist wie die in Fig. 5a. Dies wäre nicht aufgetreten, wenn eine übliche, stark basische Ionenaustauschsäule in der Länge reduziert worden wäre. Wenn eine

solche Säule 800 theoretische Böden für 25 cm Länge ergibt, würden 80 theoretische Böden die erwartete Anzahl an Böden für eine 2,5 cm lange Säule sein. Das Problem der Säulenüberladung, wie es in Fig. 6 gezeigt wird, ist nicht ernst, da es gelöst werden kann durch einfaches Verdünnen der Probe oder durch Verwendung eines geringeren Injektionsvolumens.

Beispiel 2

Das vorhergehende Beispiel betraf die Empfindlichkeitsaspekte der Erfindung. Dieses Beispiel zeigt die Trennungsaspekte der Erfindung unter Verwendung einer Probe, die eine Vielzahl von verschiedenen Anionen enthält. Die Ergebnisse dieses Experiments sind in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Die Chromatogramme dieser Figuren zeigen eine ausgezeichnete Auftrennung der Testionen mit zwei handelsüblichen Arten von schwach basischen Ionenaustauschersäulen und unter Verwendung von zwei verschiedenen Elutionsmittelaustauscherionenkonzentrationen.

Beispiel 3

Dieses Beispiel betrifft besonders die zusammengestellten und im Graph der Fig. 8 enthaltenen Daten. Dieser Graph ist zusammengesetzt aus verschiedenen Plotts, die die Abhängigkeit von k¹ gegen den Elutionsmittel-pH für ein Elutionsmittel zeigen, das zusammengesetzt ist aus 0,02 M Phthalsäure bei 2 ml/min Durchflußrate unter Verwendung einer DuPont Zorbax 4,6 mm I.D. χ 250 mm langen Aminosäule. Die Daten darin zeigen nicht nur die Beziehung zwischen k' und dem Elutionsmittel pH, sondern auch die variierende Selektivität.

Claims

Patentansprüche

1. Einzelsäulenverfahren zur Ionenanalyse nach dem Verfahren von Anspruch 1 der EP-Schrift Nr. 0040798, das gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:

Verwendung einer pH-abhängigen Ionenaustauschsäule mit variabler Kapazität, die schwach basischer Natur ist, wenn Anionen detektiert und bestimmt werden sollen aus der Probe, die in Kontakt mit dieser Säule kommt und Verwendung einer schwach sauren Ionenaustauschsäule, wenn Kationen betroffen sind; und

Verwendung eines Elutionsmittels, dessen pH die Kapazität der Ionenaustauschsäule so kontrolliert, J daß der niedrigere Bereich der Kapazität mit den \

Bedingungen, die eine Probenüberladung erzeugen und der obere Bereich der Kapazität, der nicht größer ist als etwa 50 % der maximal möglichen Ionenaustauschkapazität der Ionenaustauschsäule umfaßt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußionen-Austauschsäule ein schwach basisches Ionenaustauschmedium enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das schwach basische Ionenaustauschmedium eine Aminofunktionalität enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchfluß ionenaus tauschsäule ein schwach saures Ionenaustauschmedium enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das schwach saure Ionenaustauschmedium aus funktioneilen Carboxylionenaustauschstellen zusammengesetzt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Kontroll/Austauschionen Ionen verwendet werden, die im ultravioletten Bereich absorbieren und daß diese Ionen photometrisch überwacht werden unter Verwendung der ÜV-Detektion.

a

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Balancefaktor im Bereich von 1 bis -3 liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein

Elutionsmittel verwendet wird, das weniger als

_3

5x10 Molar ist in Bezug auf die Kontroll/Austauschionen-Konzentration.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Balancefaktor im Bereich zwischen den Werten von 0 bis -2 liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet , daß ein

Elutionsmittel verwendet wird, das weniger als

—4
5x10 molar ist in bezug .

tauschionen-Konzentration.

—4
5x10 molar ist in bezug auf die Kontroll/Aus-

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die angeglichene Kapazität der Ionenaustauschsäule im Bereich von 0,1 bis 30 % der maximal möglichen Ionenaustauschkapazitat der"Säule liegt.