DE3709430C2

DE3709430C2 -

Info

Publication number: DE3709430C2
Application number: DE3709430A
Authority: DE
Inventors: Timothy S. Midland Mich. Us Stevens; Hamish Leland Mich. Us Small
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1986-03-24
Filing date: 1987-03-21
Publication date: 1989-09-28
Also published as: DE3709430A1; GB2188252B; JPH0679020B2; JPS62273452A; GB8706726D0; CA1253206A; FR2596158A1; GB2188252A; US4696904A; FR2596158B1

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der analytischen Chemie und richtet sich auf ein Verfahren zur Bestimmung von Wasser unter Verwendung eines Flüssigkeitschromatorgraphiesystems. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf die Kombination von Flüssigkeitschromatographie zur wirksamen Trennung von Wasser von anderen Bestandteilen einer Probe und elektrochemischen Bestimmungsmethoden zur wirksamen Bestimmung des abgetrennten Wassers.

Aquametrie oder die Bestimmung von Wasser ist ein wichtiger Teil der analytischen Chemie. Es wurden zahlreiche Analysensysteme entwickelt zur Bestimmung von Wasser in Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen. Die meisten dieser Systeme sind in den drei Bänden Aquametrie, Teil I, II und III, J. Mitchell, Jr. and D.M.Smith, Wiley Interscience 1977, ISBN-0-471-02264-0 (Teil I); 1984, ISBN-0-471-02265-9 (Teil II); und 1980, ISBN-0-471-02266-7 (Teil III) beschrieben. Die meisten Bestimmungen von Wasser werden mittels einer Karl-Fischer-Titration ausgeführt. Es sind jedoch Störfaktoren bekannt, wie Oxidationsmittel, ungesättigte Verbindungen und Schwefelverbindungen, siehe Aquametrie Teil III.

Thermische Leitfähigkeit ausnutzende Gaschromatographie ist das am zweithäufigsten verwendete Verfahren, bei dem ein Wasserpeak sehr schnell eluiert wird, beispielsweise in 1 bis 2 Minuten und mit guter Empfindlichkeit, z. B. 1 ppm, siehe Aquametrie, Teil I. Bei der Gaschromatographie können jedoch andere Bestandteile der Probe sehr viel langsamer eluiert werden als Wasser und können sich auch in der Kolonne zersetzen und die Analyse stören.

Es besteht deshalb ein Bedürfnis der Bestimmung von Wasser in handelsüblichen Zusammensetzungen von Dibromnitrilpropionamid (DBNPA), einem antimikrobiellen Erzeugnis der Firma THE DOW CHEMICAL COMPANY. DBNPA ist ein Oxidationsmittel und setzt sich mit Jodid zu Jod um und stört deshalb die Karl-Fischer-Verfahren. DBNPA ist thermisch labil und zersetzt sich in Gaschromatorgraphiekolonnen. Die Zersetzungsprodukte (es wird angenommen, daß sie HBr enthalten) korrodieren und zerstören ggfs. die Filamente des Gaschromatorgraphiedetektors.

Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) wurde von Blasius et al in Betracht gezogen, Talanta, 27:127, 1980. Blasius und Mitarbeiter bestimmten Wasser mittels HPLC unter Verwendung einer Kolonne mit eine zyklischen Polyether und einem Detektor, der den Refraktionsindex bestimmt. Jedoch wurden Wasser und andere störenden Komponenten ohne Retention eluiert.

Fehrmann und Mitarbeiter beschrieben in Z. Für Analytische Chemie, 259(2):116, 1974, die Bestimmung von Wasser durch Ausschlußchromatographie unter Verwendung eines Detektors, der auf den Berechnungsindex anspricht. Fehrmann und Mitarbeiter verwendeten Toluol als Eluens (anstelle des häufiger verwendeten Tetrahydrofurans) mit deutlich verbesserter Trennung von Wasser von anderen störenden Verbindungen niedrigen Molekulargewichts. Die DBNPA Zusammensetzungen sind jedoch nicht mischbar mit Toluol, und Wasser selbst hat auch nur eine begrenzte Löslichkeit in Toluol.

Bjorkquist et al beschreiben in J. Chrom., 178:271, 1979 die Umsetzung von Phenylisocyanat mit Wasser unter Bildung von N, N′ Diphenylharnstoff (NN′DPU) mit einer Gesamtreaktionszeit von etwa 1/2 Stunde und anschließende Analyse des NN′Diphenylharnstoffes durch Phasenumkehr- HPLC. Es wird jedoch eine einfachere und schnellere Methode benötigt.

Roof et al. beschreiben in US-A-39 35 097 die Verwendung einer Anionenaustauscherkolonne mit einem Brechungsindex-, Ultraviolettabsorbtions- oder Differentialrefraktometerdetektor zur Bestimmung von Wasser im Prozeßstrom einer Fluorierung in etwa 12 Minuten, jedoch mit relativ schlechter Kolonnenwirksamkeit, d. h. etwa 30 wirksamen theoretischen Böden und einer geringen Empfindlichkeit als erwartet.

Die Bestimmung von Wasser ohne vorherige Abtrennung mittels elektrochemischer Einrichtungen (z. B. durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Dielektrizitätskonstante oder durch Redoxreaktionen an Elektroden) ist ausgiebig beschrieben in dem Band Aquamentrie Teil II, Supra, Jedoch sind derartige direkte Messungen zu ungenau infolge der starken Schwankungen der Probenzusammensetzungen und der nicht klaren Abhängigkeit von Schwankungen der Wasserkonzentration.

Im Journal of Chromatography Bd. 208 (1981) S. 261-268 beschreiben M. Goto et al. die Verwendung eines elektrochemischen Detektors bei der Flüssigkeitschromatorgraphie zur Bestimmung von Aminophenolisomeren. Als mobilde Phase zur Trennung von Aminophenolisomeren und Aminosalicylsäure dient 0,1 N Perchlorsäure.

Aus JP-59-42446 ist die Bestimmung kleiner Wassermengen mit Karl-Fischer-Reagenz unter Verwendung einer Gaschromotographiekolonne, die das Reagenz enthält, bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Wasserbestimmung zu schaffen, das generell anwendbar ist und nicht begrenzt ist auf Proben, die oxidierende Mittel, ungesättigte Komponenten, Thioverbindungen und thermisch empfindliche Verbindungen enthalten. Das System soll schnell und genau arbeitend sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Die für das Verfahren zu verwendende Vorrichtung weist einen Vorratsbehälter für ein nicht-wäßriges Eluens auf, der in Flüssigkeit durchlässiger Verbindung mit einer Probenaufgabeeinrichtung steht, die ihrerseits in Flüssigkeit durchlassender Verbindung mit einer chromatographischen Trenneinrichtung steht. Die Trenneinrichtung steht in Flüssigkeit durchlassender Verbindung mit einem nicht-reaktiven elektrochemischen Detektor, beispielsweise einem elektrischen Leitfähigkeitsdetektor.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Wasserbestimmung durch chromatographisches Auftrennen eines vorbestimmten Volumens einer Probe, die Wasser und einen anderen Bestandteil enthält, wobei die Probe einen fließenden Strom eines Eluens eingebracht und durch ein Trennmedium eluiert wird, das Wasser von anderen Bestandteilen wirksam trennen kann, gekennzeichnet durch Flüssigkeitschromatographie, bei der ein nicht wäßriges Eluens verwendet wird, das abgetrennte Wasser aus dem Trennmedium mit dem austretenden Strom des Eluens herauskommt, und elektrochemisch bestimmt wird.

Geeignete Detektoren basieren auf dem Prinzip der Messung der dielektrischen Konstanten, elektrischer Leitfähigkeit oder Redoxpotentialen an Elektroden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dem Eluensstrom ein Elektrolyt zugesetzt, ehe der Strom dem Detektor erreicht. Der Elektrolyt sollte zumindestens teilweise gelöst sein, ehe der Strom den Detektor passiert.

Als geeignete Elektrolyten können verwendet werden H₂SO₄, HCl und p-Toluolsulfonsäure.

Bei Verwendung eines Detektors mit Elektroden ist es im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, zwischen den Elektroden einen immobilisierten Elektrolyten anzuordnen, der in Kontakt mit dem Ausfluß aus der Chromatographiesäule gelangt. Der immobilisierte Elektrolyt enthält beispielsweise gelierte Elektrolyte, Ionenaustauscher und feste Ionenaustauscher.

Abb. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine für das Verfahren geeignete Vorrichtung.

Abb. 2 bis 8 zeigen Chromatogramme zur Bestimmung von Wasser unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Beispiele 1 bis 10.

Abb.1 zeigt ein Flüssigkeitschromatographiesystem, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Es weist einen Vorratsbehälter 1 für einen Eluens 2 auf, der über eine Rohrleitung 3 mit einer Pumpe 4 verbunden ist, die ihrerseits über die Leitung 5 mit dem Probeneinspritzventil 7 verbunden ist. Ein Druckmeßinstrument 6 ermöglicht die Bestimmung des Druckes des Eluens in der Leitung 5. Eine Probe wird auf das Probeneinspritzventil 7 unter Verwendung einer Spritze 8 aufgegeben. Die Leitung 9 befördert das Eluens in eine Kolonne 10. Der Ausfluß aus der Kolonne 10 wird durch die Leitung 11 der Durchflußdetektorzelle 12 zugeführt und gelangt dann in den Abfall. Ein Schreiber 14 zeigt den ermittelten und getrennten Wasserpeak von der Detektorzelle 12 an, mit der der Schreiber über einen elektronischen Verstärker 13 verbunden ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Reagens 15, das einen Elektrolyten enthält, in einem nicht-wäßrigen Lösungsmittel gelöst, das in einem Reagensvorratsgefäß 16 angeordnet ist. Von da wird es durch die Leitung 17 mittels einer Pumpe 18 einem Misch-T-Stück 20 durch die Leitung 19 zugeführt.

Detailangaben zu Abbildung 2:
HPLC Bestimmung von Wasser mit NaCl im Eluens.
Eluens: 0,14 g NaCl pro Liter Methanol mit einer Durchfließgeschwindigkeit von 2 ml pro Minute.
Kolonne: 9×54 mm Aminex, 50 WX4, Na+ Ionenform, 20 bis 30 um Teilchengröße.
Probengröße: 10 µl Schlaufe
Detektor: 7,5 µ mho cm^-1 per 10 mV.
Schreiber: 10 mV Vollausschlag, normale Polarität.

Detailanlagen zu Abbildung 3:
HPLC Bestimmung von Wasser unter Verwendung von feinteiliger umgekehrter Phase, Normalphase und Ionenaustauschkolonnen mit NaCl im Eluens.
Eluens 0,14 g NaCl in einem Liter Methanol mit 1 ml/Minute.
Kolonnen: mit handelsüblichem Silziumdioxid
Probenaufgabe: 10 µl Schlaufe
Detektor: 7,5 µ mho cm^-1 per 10 mV.
Schreiber: 10 mV Vollausschlag umgekehrte Polarität.

Detailangaben zu Abbildung 4:
HPLC Bestimmung von Wasser mit verschiedenen Säuren im Eluens.
Eluens: 0,1 g p-Toluolsulfonsäure in 400 ml Methanol oder 0,02 ml 37 5 HCl in 200 ml Methanol oder 0,025 96% H₂SO₄ in 400 ml Methanol, Fließgeschwindigkeit 1,5 ml pro Minute.
Kolonne: 9×21 mm Ionenaustauscherharz, H+ Ionenform, Partikelgröße 20 bis 30 Mikron.
Probenvolumen: 50 µl Schlaufe.
Detektor: 30 µ mho cm^-1 pro 10 mV.
Schreiber: 10 mV Vollausschlag umgekehrte Polarität.

Detailangaben zu Abbildung 5:
HPLC Bestimmung von Wasser in Zusammensetzungen von Dibromnitrilpropionamid.
Eluens 0,5 ml 96% H₂SO₄ in 800 ml Methanol mit einer Fließgeschwindigkeit von 1,5 ml pro Minute.
Kolonne: 9×21 mm Ionenaustauscherharz, H+ Ionenform, Teilchengröße 20 bis 30 Mikron.
Probenvolumen: 1 µl.
Detektor: 60 µ mho cm^-1 pro 10 mV.
Schreiber: 8 mho Vollausschlag, umgekehrte Polarität.

Detailangaben zu Abbildung 6:
HPLC Bestimmung von Wasser in Telone II Bodendesinfektionsmittel (soil fumigant).
Eluens 0,05 ml 96% H₂SO₄ in 800 ml Methanol, Fließgeschwindigkeit 1,5 ml pro Minute.
Kolonne: 9×21 mm Ionenaustauscherharz, H+ Ionenform, 20 bis 30 um Teilchengröße.
Probengröße: 50 µl Schlaufe
Detektor: 7,5 µ mho cm^-1 pro 10 mV.
Schreiber: 10 mV Vollausschlag, umgekehrte Polarität.

Detailangaben zu Abbildung 7:
HPLC Bestimmung von Wasser unter Verwendung von Acetonitril als Eluens.
Eluens 0,05 ml 96% H₂SO₄ in 800 ml Acetonitril mit 1 ml pro Minute Fließgeschwindigkeit.
Kolonne 9×7 mm, Ionenaustauscherharz, SO₄^-2 Ionenform, Partikelgröße 0,074 mm bis 0,039 mm.
Probenvolumen: 100 µl Schlaufe.
Detektor:15 µ mho cm^-1 pro 10 mV.
Schreiber: 10 mV Vollausschlag, normale Polarität.

Detailangaben zu Abb. 8:
HPLC Bestimmung von Wasser in Kohlenstofftetrachlorid.
Eluens 0,05 ml 96% H₂SO₄ in 800 ml Methanol, Fließgeschwindigkeit 1,5 ml pro Minute.
Kolonne: 9×18 mm Ionenaustauscherharz, H+ Ionenform, 20 bis 30 µm Partikelgröße
Probenvolumen: 100 µl Schlaufe.
Detektor: Wescan Modell ICM Leitfähigkeitsdetektor, Bereich 1, 10 mV Ausgang.
Schreiber: 2 mV Vollausschlag, umgekehrte Polarität.

Ionenaustauscherharze haben eine bekannte Affinität für Wasser, siehe beispielsweise DOWEX: Ionenaustausch, veröffentlicht durch THE DOW CHEMICAL COMPANY 1964, insbesondere Seite 33, und Roof. Ein bevorzugtes Trennmedium ist eine Chromatographiekolonne mit sulfoniertem Styroldivinylbenzolpolymer/sauerer Typ/Ionenaustauscher- harz. mit einer Teilchengröße des Harzes von 20 bis 30 Mikrometer. Dieses Trennmaterial wird in eine handelsübliche Kolonne eingefüllt.

Ebenso bevorzugt sind andere Ionenaustauschermedien, wie beispielsweise quarternisiertes Styrol-Divinylbenzolcopolymer/basische Typen/Ionenaustauscherharze, mit 0,074 mm bis 0,037 mm Teilchengröße. Für die Erfindung sind auch auf Siliziumdioxid basierende Ionenaustauscherkolonnen geeignet.

Porenausschlußkolonnen haben die bekannte Fähigkeit, Wasser durch Flüssigkeitschromatographie abzutrennen, vgl. beispielsweise Fehrman et al. Porenausschlußkolonnen weisen wirksame Porengrößen auf, wie die handelsübliche, auf Siliziumdioxdid basierende Kolonne, die für die Erfindung verwendet werden können.

Porengrößenausschlußkolonnen mit handelsüblichen porösen Polymertrennmedien, können ebenfalls für die Erfindung verwendet werden. Da jedoch die sulfonierten oder quarternisierten Styroldivinylbenzol/sauren oder basischen Ionenaustauscherharze mit unterschiedlichen speziellen Eluentien quellen, müssen viele porosen Polymere für die Ausschlußchromatographie mit dem Eluens ins Gleichgewicht gebracht werden, ehe die Chromatographiekolonne gepackt wird.

Als Trennmedien für die Erfindung können sowohl gepackte Chromatographiekolonnen als auch Kapillarchromatographiekolonnen mit entsprechenden darin enthaltenen, die Trennung bewirkenden Medien verwendet werden.

Auf Siliziumdioxid basierende Normalphasenkolonnen sind für die Erfindung verwendbar und können für Ausschlußchromatographie verwendet werden. Auf Siliziumdioxid basierende Phasenumkehr-Kehrkolonnen, sind ebenso für die Erfindung geeignet und arbeiten als Ausschlußchromatographiekolonnen.

Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäß einzusetzenden Trennmediums ist die wirksame chromatographische Trennung von Wasser von den anderen Komponenten aus einer aufgegebenen Probe unter Verwendung eines nicht-wäßrigen Eluens. Insbesondere dann, wenn die elektrochemische Bestimmung von Wasser nicht ernsthaft durch andere Komponenten der Probe gestört wird, besteht kein Zwang zur Anwendung der Erfindung. Wenn jedoch eine oder mehrere andere Komponenten der Probe stören, ist das Abtrennen des Wassers aus der Probe und das Heranführen dieses Wassers an den Detektor in der Matrix des Eluens eine wirksame Möglichkeit, ernsthafte Störungen bei der Ermittlung und Analyse auszuschließen. Deshalb ist die für die Erfindung verwendete spezifische Chromatographiekolonne nicht kritisch, solange sie die zuvor erwähnte wirksame Trennfunktion in einem Betriebssystem erfüllt.

Ein bevozugtes Eluens enthält Methanol oder Azetonitril. Besonders wirksame Eluentien für das erfindungsgemäße Verfahren enthalten Ethanol, Propanol, Ethylenglykol, Benzol, Toluol, Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform, Cyclohexan, Heptan, Tetrahydrofuran und Toluol. Das spezielle Eluens ist nicht kritisch, solange es wirksam mit dem Chromatographie-Medium zusammenwirkt, um das Wasser von den anderen Bestandteilen der Probe zu trennen und solange, als der verwendete Detektor das getrennte Wasser in Eluens effektiv wirksam bestimmen kann.

Im Idealfalle ist die Konzentration von Wasser im Eluens Null. Es kann jedoch eine gewisse Menge von Wasser toleriert werden. Vorzugsweise beträgt die Konzentration von Wasser im Eluens nicht mehr als das Hundertfache der Konzentration von Wasser in der Probe. Besonders bevorzugt ist ein Wassergehalt von weniger als dem Zehnfachen der Wasserkonzentration der Probe. Am meisten bevorzugt ist es, wenn die Konzentration von Wasser im Eluens geringer ist als die Konzentration von Wasser in der Probe.

Unter optimalen Bedingungen soll das Eluens nicht mit anderen Bestandteilen der Probe reagieren unter Anfall von wesentlichen störenden Mengen von Wasser. Beispielsweise können Ketone und Aldehyde mit Methanol reagieren und Ketale und Acetale bilden unter Anfall von Wasser als Nebenprodukt. Einige organische Säuren reagieren mit Methanol unter Bildung von Estern, wobei ebenfalls Wasser als Nebenprodukt entsteht. Diese Störungen sind gut bekannt bei der Karl-Fischer-Methode zur Bestimmung von Wasser und werden eliminiert durch Ersatz von Methanol im Karl-Fischer-Reagens durch andere nichtreaktive Lösungsmittel. Bei der Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahren kann dies auch erfolgen, beispielsweise durch Verwendung von Eluens auf Basis von Acetonitril anstelle von einem auf Methanol basierenden Eluens.

Vorzugsweise soll die Probe mit dem Eluens mischbar sein. Aus diesem Grunde sind für viele Proben Methanol oder auf Acetonnitril basierende Eluentien bevorzugt. Dies beruht auf dem überragenden Vermögen dieser Lösungsmittel, homogene Lösungen mit anderen Lösungsmitteln und Bestandteilen zu bilden, es ist jedoch nicht kritisch, daß sich die Probe in dem Eluens löst. Wenn die Erfindung beispielsweise verwendet wird zur Bestimmung von Wasser in landwirtschaftlichen Zusammensetzungen, die auf Clay basieren, wird die Formulierung zuerst mit Methanol der Reinheit für HPLC Chromatographie geschüttelt, um das Wasser aus der Zusammensetzung zu extrahieren und der Methanolextrakt wird dann nach dem Abfiltrieren zum Entfernen von Clay injiziert. Es wird davon ausgegangen, daß es ebenfalls möglich ist, Wasser in einer Gasprobe zu bestimmen, beispielsweise durch Inberührungbringen des Gases mit einer Flüssigkeit, die Wasser aus der Gasphase aufnimmt und anschließendes Injizieren der Flüssigkeit.

Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugter Detektor ist ein elektrischer Leitfähigkeitsdetektor.

Die Prüfung der wirksamen elektrochemischen Bestimmung von abgetrenntem Wasser aus der injizierten Probe im Ausfluß aus dem Trennmedium beinhaltet das gut bekannte Verhältnis von Signal:Rauschen. Das Signal beruht auf dem Ansprechen des Detektors auf Wasser und das Rauschen sind die Schwankungen an der Grundlinie des Chromatrogramms. Das Verhältnis von Signal:Rauschen muß für eine wirksame Bestimmung größer als 2 sein. Es ist aus dem Stand der Technik gut bekannt, daß man das Verhältnis von Signal:Rauschen verbessern kann durch Verwendung von aktiven oder passiven Filtern in den elektronischen Schaltkreisen und Verstärkern von HPLC-Systemen. Das Signal:Rauschen-Verhältnis kann ebenso verbessert (vergrößert werden) durch Injizieren eines größeren Volumens der Probe oder durch Anwendung einer wirksameren Kolonne in einem anders funktionierenden Betriebssystem. Alle diese Möglichkeiten sind jedoch in ihrer Wirkung begrenzt, so daß die Grenze der Bestimmungsmöglichkeit erfindungsgemäß ebenso begrenzt ist. Andererseits können Proben, die einen relativ hohen Wassergehalt, z. B. 20% Wasser aufweisen, eine Modifikation des Systems erfordern, um eine zu hohe Beladung zu vermeiden, beispielsweise durch Verwendung kleinerer Einspritzvolumina.

Die Empfindlichkeit der Bestimmung von Wasser unter Verwendung eines elektrischen Leitfähigkeitsdetektors ist wesentlich erhöht, wenn ein Elektrolyt im Eluens anwesend ist. Der Leitfähigkeitsdetektor spricht auf den Elektrolyten an. Die Differenz des Ansprechens zwischen einer Matrix des Eluens und einer Matrix des Eluens und dem abgetrennten Wasser ist größer, wenn ein Elektrolyt im Eluens anwesend ist. Dies ist kein Beispiel einer direkten, jedoch einer indirekten Messung der Wasserkonzentration. Besonders bevorzugte Elektrolyten sind Säuren, wie H₂SO₄, HCl oder p-Toluolsulfonsäure. Die Elektrolyten sind jedoch nicht auf die genannten beschränkt. Wenn jedoch die Proben Hydroxidionen enthalten, tritt eine Umsetzung mit Säure unter Wasserbildung auf. Ebenso bevorzugte Elektrolyte im Eluens sind Salze wie NaCl, KCl oder LiBr. Die Empfindlichkeit der Bestimmung von Wasser unter Verwendung des bevorzugten Leitfähigkeitsdetektors ist nicht so gut, wenn Salze anstelle von Säuren verwendet werden. Die Verwendung von Salzen eliminiert jedoch die Störung, die aus Hydroxidionen resultiert und ist eine Möglichkeit, derartige Störungen zu vermeiden, wenn diese signifikant sind.

Bei Verwendung eines Leitfähigkeitsdetektors sind erfindungsgemäß geeignete Elektrolyten auch Basen, wie Natriumhydroxid oder Tetrabutylammoniumhydroxid. Welcher spezielle Elektrolyt verwendet wird, ob eine Säure, Base oder Salz, organisch oder anorganisch oder eine Mischung derselben, ist nicht kritisch. Unter optimalen Bedingungen resultieren aus dem verwendeten Elektrolyten keine wesentlichen störenden Reaktionen mit den Bestandteilen der Probe und der Elektrolyt baut auch das Eluens nicht wesentlich ab. Die am meisten bevorzugten sauren und basischen Elektrolyte sind starke Säuren und starke Basen, das sind Säuren mit pKal-Werten von kleiner als 1 und Basen mit pKbl-Werten von kleiner als 1. Jedoch ist auch H₃PO₄, mit einem aus der Literatur bekannten pKal-Wert von 2,12 gut geeignet und in geringerem Ausmaß sogar Essigsäure mit einem beschriebenen pKal-Wert von 4,73. Die Konzentration des Elektrolyten, wie dem Eluens hinzugesetzt wird, muß durch Versuche optimiert werden, um ein optimales Verhältnis von Signal:Rauschen, für ein gegebenes System zu erreichen. Bei Verwendung einer Ionenaustauscherkolonne kann es erwünscht sein, eine relativ hohe Elektrolytenkonzentration im Eluens zu haben, insbesondere dann, wenn die Probe ein oder mehrere Elektrolyten enthält, um die Kolonne in der Ionenform zu halten.

Es kommt nicht darauf an, wo der Elektrolyt dem Eluens zugesetzt wird, solange die Zugabe erfolgt, ehe das Eluens den Detektor passiert und solange der Elektrolyt zumindestens teilweise im Eluens gelöst ist. Beispielsweise ist es auch möglich, den Elektrolyten nach dem Durchlauf durch das Chromatographiemedium vor Erreichen des Detektors zuzufügen.

Die im Anschluß an die Kolonne mögliche Zugabe von Reagentien ist bei der HPLC gut bekannt. Ein Vorteil bei der erfindungsgemäßen Zugabe von Elektrolyt nach der Kolonne ist das Beseitigen von Störungen. Enthält die Probe beispielsweise Hydroxidionen und das Eluens eine Säure, dann reagiert die Säure mit Hydroxidion nach der Aufgabe unter Bildung von Wasser, das dann als Störpotential wirkt. Wenn andererseits das Chromatographiemedium das Wasser von Hydroxidion abtrennt und die Säure dem Eluens nach dem Chromatographiemedium zugefügt wird, treten im Detektor zwei Wasserpeaks auf. Ein Wasserpeak resultiert aus dem ursprünglichen Wasser der Probe nach einer Standardretention. Der andere Wasserpeak resultiert aus dem Wasser, das durch die Umsetzung von Säure mit Hydroxid entsteht. Dieser Peak tritt bei einer anderen nicht-standardisierten Retentionszeit auf und stört nicht.

Jedes Lösungsmittel, das als Träger für die Zugabe von Elektrolyt nach der Trennkolonne verwendet wird, soll im Idealfall eine Wasserkonzentration von Null haben. Es können jedoch geringe Wassermengen toleriert werden. Vorzugsweise beträgt die Konzentration von Wasser im Lösungsmittel für die Zugabe von Elektrolyt nach der Kolonne nicht mehr als das Hundertfache der Konzentration von Wasser in der Probe, und ganz besonders bevorzugt soll die Wasserkonzentration nicht mehr als das Zehnfache der Konzentration von Wasser in der Probe sein. Am meisten bevorzugt ist eine Konzentration von Wasser im Lösungsmittel für den Elektrolyten, der nach der Kolonne zugefügt wird, die kleiner als die Konzentration von Wasser in der Probe ist.

Weitere Beispiele für andere Detektoren, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind solche, die die Dielektrizitätskonstante messen und solche mit Elektroden für Redoxreaktionen.

Vorzugsweise wird der Elektrolyt dem Eluens, ehe es den Detektor erreicht, zugesetzt, wenn der Detektor ein Redoxdetektor ist, weil derartige Detektoren im allgemeinen einen Basiselektrolyten erfordern. Dies gehört jedoch zum Stand der Technik. Jedoch benötigen derartige Detektoren nicht in allen Fällen einen Trägerelektrolyten. Auch im Falle einer Verwendung eines Detektors, der die Dielektrizitätskonstante mißt, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, einen Elektrolyten dem Eluens vor Erreichen des Detektors zuzusetzen, weil die Dielektrizitätskonstante eines Lösungsmittels wesentlich verändert werden kann, wenn es einen Elektrolyten enthält. Dies ist ebenfalls bereits Stand der Technik.

Es ist jedoch auch möglich, den Elektrolyten dem Eluens zwischen der Probeninjektionseinrichtung und dem Chromatographietrennmedium oder an jedem anderen Punkt zuzufügen, ehe das Eluens den Detektor erreicht. Ganz besonders bevorzugt ist es, den Elektrolyten mit dem Eluens bereits im Vorratsgefäß zu mischen. Der Elektrolyt muß nicht mit einem Trägerlösungsmittel gemischt werden und in das Eluens eingebracht werden, er kann ebenso durch eine Membran in das Eluens diffundieren. Anders ausgedrückt, der Weg auf dem der Elektrolyt in das Eluens vor Erreichen des Detektors gelangt, ist nicht kritisch. Wenn ein immobilisierter Elektrolyt im Detektor verwendet wird, sollte dieser zwischen den Elektroden des Detektors angeordnet sein und in Kontakt mit dem Ausfluß aus der Kolonne gelangen. Wenn auf diese Weise gearbeitet wird, gelangt das von den anderen Komponenten der Probe abgetrennte Wasser in den Detektor und kann mit dem immobilisierten Elektrolyt reagieren. Es erfolgt ein direktes oder indirektes Ansprechen des Detektors auf das Wasser. Die zuvor beschriebene Anordnung eines immobilisierten Elektrolyten zwischen den Elektroden ist nicht so zu verstehen, daß dieser direkt und genau zwischen den Elektroden angeordnet sein muß. Es ist grundsätzlich auch möglich, den immobilisierten Elektrolyten in geringem Abstand von den Elektroden, jedoch nach wie vor zwischen oder in der Nähe der Meßelektroden anzuordnen. Der immobilisierte Elektrolyt kann mit ein oder mehreren der Elektroden in Berührung stehen.

Die nachfolgenden Beispiele beschreiben die verschiedenen Gesichtspunkte der Erfindung noch detaillierter.

Beispiel 1

Ein HPLC-System, daß ähnlich dem von Fig. 1 ist (ausgenommen, daß kein an die Kolonne anschließendes Zugabesystem verwendet wird), wird zusammengestellt aus einer Pumpe einem Probeneinspritzventil, einer 9 × 54 mm Kolonne mit Ionenaustauscherharz in Natriumform, gepackt in einer handelsüblichen Kolonne und einem Leitfähigkeitsmesser, verbunden mit einer Durchflußzelle und einem Einfarbenschreiber. Das Eluens setzt sich zusammen aus Methanol der Reinheit HPLC mit 0,14 g NaCl pro Liter. Die Pumpe wird eingestellt, um 2 ml Eluens pro Minute zu fördern. Das Einspritzventil wird mit einer Schlaufe ausgewählter Größe verbunden, um etwa 10 µl Proben aufzugeben. Der Detektor wird auf eine Empfindlichkeit von 7,5 Mikro mho pro cm bei 10 mV Ausgangsspannung eingestellt. Der Schreiber wird auf einem vollen Skalenausschlag bei 10 mV justiert.

Nacheinander werden drei Injektionen von Standardproben mit bekannten Wassermengen in Methanol aufgegeben und die in Abb. 2 wiedergegebenen Chromatogramme erhalten.

In Abb. 2 treten zwei Peaks im Chromatogramm bei jeder Probenaufgabe auf. Der eine nach etwa 0,8 Minuten wird erklärt als Porenvolumenstörung. Der andere nach etwa 2,1 Minuten ist der Wasserpeak und seine Größe ist im allgemeinen proportional der Menge von Wasser in der injizierten Standardprobe. Verdoppelung der Menge von NaCl im Eluens verdoppelt die Peakhöhe des Wasserpeaks und verdoppelt ebenso das Untergrundrauschen der Leitfähigkeit des Eluens von etwa 250 Mikro mho pro cm auf etwa 500 Mikro mho pro cm. Wie erwartet steigt das Basisrauschen mit erhöhter Untergrundleitfähigkeit. Die Bestimmungsgrenze mit jedem Eluens beträgt etwa 0,15% Wasser (in einem Standard) bei einer Probenaufgabe von 500 ml. Die Verwendung von LiBr im Eluens anstelle von NaCl ergibt ein vergleichbares Ergebnis. Umkehr der Polarität des Schreibers ergibt nach oben gerichtete Peaks. Dies ist für die Wiedergabe der erfindungsgemäßen Arbeitsweise bevorzugt.

Beispiel 2

Das System von Beispiel 1 wird mit der Ausnahme verwendet, daß die in Beispiel 1 verwendete Kolonne durch eine Siliziumdioxid enthaltende Kolonne ersetzt wird, und die Fließgeschwindigkeit des Eluens auf 1 ml pro Minute geändert wird. Abb. 3 zeigt die erhaltenen Chromatogramme bei Aufgabe eines Standardvolumens enthaltend 10% Wasser in Methanol für jede der zuvor genannten Kolonnen.

Aus Abb. 3 ist ersichtlich, daß aus jeder Kolonne ein Wasserpeak erhalten wird, dessen Höhe direkt proportional der aufgegebenen Wassermenge ist. Dieses Beispiel zeigt den weiten Bereich der für die erfindungsgemäße Arbeitsweise geeigneten Kolonnen.

Beispiel 3

Das System von Beispiel 1 wird mit folgenden Änderungen verwendet: Die Kolonne wird auf 9 × 21 mm verkürzt, und NaCl wird im Eluens durch p-Toluolsulfonsäure, HCl oder H₂SO₄ ersetzt. Die Fließgeschwindigkeit des Eluens wird auf 1,5 ml pro Minute verändert.

Aus Abb. 4 ist ersichtlich, daß die Verwendung von HCl, H₂SO₄ oder p-Toluolsulfonsäure in Methanol als Eluens bei Verwendung einer 9 × 21 mm Kolonne mit einem Ionenaustauscherharz in der H-Form zu einer erhöhten Ansprechempfindlichkeit führt. Bei Verwendung von NaCl enthaltenden Eluens entsprechend Abb. 2, ergibt die Aufgabe von 50 µl Methanol mit 1% Wasser einen Wasserpeak mit einer Höhe von 0,11 Mikro mho per cm. Verwendung jeder der zuvor angegebenen Säuren (in einer Konzentration, die ausreichend ist, um dem Eluens eine Grundleitfähigkeit von etwa 250 Mikro mho pro cm zu vermitteln) ergibt Wasserpeaks mit Höhen von etwa 18 Mikro mho per cm (siehe Abb. 4). Dies ist eine Erhöhung der Empfindlichkeit um etwa den Faktor 160. Dieses Beispiel zeigt die Verbesserung der Empfindlichkeit bei Zusatz einer Säure zum Eluens im Vergleich zur Zugabe von Salz zum Eluens, wenn ein Leitfähigkeitsdetektor verwendet wird.

Beispiel 4

Das System von Beispiel 3 wird verwendet, ausgenommen, daß als Eluens eine Mischung verwendet wird aus 0,05 ml 96%iger H₂SO₄ mit 800 ml Methanol, Reinheit HPLC und jeweils Proben von 1 µl aufgegeben werden. Die Empfindlichkeit des Detektors wurde auf 70 Mikro mho per cm pro 10 mV Ausgang justiert und die Empfindlichkeit des Schreibers verändert auf 8 mV vollen Skalenausschlag. Dann wurden 20% Dibromnitrilpropionamid in einer Wasser/Glykolzusammensetzung aufgegeben und das in Abb. 5 wiedergegebene Chromatogramm erhalten.

Bezogen auf die Höhe von Wasserpeaks bei der Aufgabe von bekannten Standards von Wasser in Methanol (nicht gezeigt), ergibt sich aus Abb. 5 eine Konzentration von Wasser in der Probe DBNPA von 20,1% (20,1 g Wasser pro 100 ml Probe). Wenn die Probe 10mal aufgegeben wird, zeigt die statistische Auswertung eine Standardabweichung der Wasserkonzentration von 0,22%. Dieses Beispiel zeigt die Anwendbarkeit der Erfindung für Proben, bei denen der Karl-Fischer-Methode und bei gaschromatographischen Methoden zur Bestimmung von Wasser schwerwiegende Störungen auftreten.

Beispiel 5

Das System von Beispiel 4 wird benutzt mit folgender Abänderung:
Probeaufgabevolumen ist verändert aus etwa 50 µl, die Detektorempfindlichkeit wird eingestellt auf 7,5 Mikro mho pro cm pro 10 mV Ausgang und der Schreiber wird auf 10 mV Vollausschlag eingestellt. Bei Analyse von einem Bodendesinfektionsmittel (Isomerenmischung von Dichlorpropenen), das von DOW CHEMICAL COMPANY geliefert wird, wurde das in Abb. 6 wiedergegebene Chromatogramm erreicht.

Bezogen auf Standardproben mit bekanntem Wassergehalt in Methanol (nicht gezeigt) und der dabei erzielten Wasserpeakhöhe ergibt sich eine Wasserkonzentration in der Probe von Abb. 6 und 67 Teilen pro Million (ppm) 67 mg Wasser pro Liter Probe). Eine gaschromatographische Analyse der gleichen Probe ergibt etwa ein Wassergehalt von 71 ppm. Bei der gaschromatographischen Analyse erscheint das Wasser nach etwa 2 Minuten, dem die Dichlorpropenpeaks in den nächsten 45 Minuten folgen. Das zeigt, daß die HPLC-Chromatographie sehr viel schneller ist. Spuren von Wasser können nicht in der Zusammensetzung mittels Karl-Fischer-Methode bestimmt werden, weil sich das Jod an den Doppelbindungen der Dichlorpropene anlagert.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung gilt die Regel, daß Wasser als letzter Peak im Chromatogramm erscheint, gut getrennt von den anderen Bestandteilen der Probe. Dimethylsulfoxid (DMSO) eluiert jedoch gerade vor Wasser und stört deshalb. Trotzdem kann die erfindungsgemäße Arbeitsweise verwendet werden zur Bestimmung von DMSO und anderen Komponenten zusätzlich zur Wasserbestimmung. Eine Verbindung, die etwa gleich empfindlich anspricht wie Wasser und von diesem wirksam getrennt werden kann, gilt als Kandidat für einen internen Standard bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel 6

Das System von Beispiel 5 wird verwendet mit folgenden Abweichungen:
Als Eluens dient eine Mischung aus 0,05 ml 96%iger H₂SO₄ in 800 ml Acetonitril mit einer Fließgeschwindigkeit von 1 ml pro Minute. Als Kolonne dient eine 9 × 7 mm Kolonne, gepackt mit Ionenaustauscherharz SO₄^-2 Ionenform mit einer Teilchengröße von 0,074 mm bis 0,037 mm, Ionenaustauscherharz, das Probenvolumen wird erhöht auf etwa 100 µl, die Detektorempfindlichkeit wird auf 15 Mikro mho pro cm pro 10 mV Ausgang eingestellt und die Polarität des Schreibers umgekehrt. Bei Aufgabe von einer Probe, die 0,5% Wasser in Acetonitril enthält, wird das in Abb. 7 wiedergegebene Chromatogramm erhalten. Der Wasserpeak in Abb. 7 ist positiv, nicht negativ. Zusätzlich ist die Leitfähigkeit der Grundlinie von Abb. 7 etwa 36mal kleiner als die in Abb. 6, obwohl die Empfindlichkeit für die gleiche aufgegebene Menge von Wasser in den Systemen der Abb. 6 und 7 etwa gleich ist (Einheiten von Mikro mho pro cm × ml der Wasserpeakbreite auf der halben Höhe). Es zeigt sich, daß die Verwendung einer wirksameren Chromatographiekolonne bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einem potentiellen Anstieg der Bestimmungsempfindlichkeit im Vergleich zur Ausführungsform von Abb. 6 führt. Eine dieser verwendeten Kolonnen ist eine Ausschlußchromatographiekolonne mit ausgewählten Ausschlußeigenschaften, insbesondere geeignet zur Trennung von Komponenten mit relativ niedrigem Molekulargewicht, wie Wasser. Eine andere, ebenfalls in Betracht zu ziehende Kolonne ist eine Ionenaustauscherkolonne, die gepackt ist mit teilweise sulfoniertem oder teilweise aminierten Styroldivinylbenzolcopolymer in Perlenform.

Beispiel 7

Es wird das System von Beispiel 5 verwendet mit folgenden Veränderungen:
Die Kolonnenlänge wird auf 18 mm verändert, das Injektionsvolumen wird auf 100 µl verändert, die Schreiberempfindlichkeit wird auf 2 mV vollen Skalenausschlag eingestellt und als Leitfähigkeitsdetektor wird ein Wescan Modell ICM verwendet mit einem Bereich 1 für 10 mV Ausgang. Die Konzentration von Wasser im Eluens beträgt etwa 100 ppm. Bei Aufgabe von Kohlenstofftetrachlorid, enthaltend 30 ppm Wasser, wird das in Abb. 8 wiedergegebene Chromatogramm erhalten.

Das Chromatogramm von Abb. 8 zeigt die hohe Empfindlichkeit dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel 8

Das Beispiel 4 wird wiederholt mit folgenden Änderungen:
Es wird eine Reagenszugabeeinrichtung nach der Kolonne verwendet, wie es beispielsweise mit den Bezugsziffern 15 bis 20 in Abb. 1 angegeben ist. Als Eluens dient Methanol, Reinheit HPLC, ohne Zusatz von H₂SO₄ mit einer Fließgeschwindigkeit von etwa 1,5 ml pro Minute. Als nach der Kolonne zuzusetzendes Reagens wird verwendet 0,1 M 96% H₂SO₄, gelöst in 800 ml Methanol (HPLC-Reinheitsgrad). Die Zugabegeschwindigkeit des Reagens nach der Kolonne beträgt 1,5 ml pro Minute. Wenn die in Beispiel 4 verwendete Zusammensetzung von DBNPA in Wasser/Glykol injiziert wird, entsteht ein Abb. 5 ähnliches Chromatogramm mit der Ausnahme, daß die Peakhöhe etwa die Hälfte von Abb. 5 beträgt.

Beispiel 9

Das Beispiel 1 wird genau reproduziert mit der Ausnahme, daß als Eluens eine Mischung von Methanol (HPLC-Reinheisgrad) mit 0,14 g NaOH pro Liter eingesetzt wird. Bei Aufgabe von Proben, die Wasser enthalten, ist die Anzeige des Detektors im allgemeinen proportional der aufgegebenen Menge an Wasser.

Beispiel 10

Die Arbeitsweise von Beispiel 4 wird in äquivalenter Weise wiederholt mit der Ausnahme, daß der Strom von Eluens aus dem Detektor nicht direkt in den Abfall geleitet wird, sondern zurück in den Vorrat von Eluens zur Wiederverwendung während längerer Zeiten im Laboratorium einer Anlage zur Herstellung von DBNPA. Der Vorrat an Eluens im Behälter wird dicht versiegelt, um die Absorption von Wasser aus der Laboratoriumsluft in das Eluens zu verhindern. Das HPLC-System wird verwendet zur Bestimmung von Wasser in Zusammensetzungen von DBNPA, und die erhaltenen Werte werden zur Steuerung der Produktion verwendet. Das System bleibt funktionsfähig für Zeiten von mehr als einem Monat, ohne daß sich im Eluens schädigende und störende Nebenwirkungen zeigen. Es muß davon ausgegangen werden, daß in einigen Fällen bei Rückführung des Eluens dieses getrocknet werden muß, um die Anreicherung von Wasser im Eluens zu vermeiden. Dies kann beispielsweise durch mit Trockenmittel gefüllte Kolonnen zwischen Detektor und Vorratsbehälter für Eluens geschehen. Eine Trockenkolonne kann ebenso zwischen der Eluenspumpe und dem Einspritzventil angeordnet werden.

Dieses Beispiel zeigt die Wirtschaftlichkeit des Rückführens von Eluens und die Langzeitbeständigkeit des Systems für Routineanalysen zur Steuerung einer chemischen Produktionsanlage.

Claims

1. Verfahren zur Wasserbestimmung durch chromatographisches Auftrennen eines vorbestimmten Volumens einer Probe, die Wasser und einen anderen Bestandteil enthält, wobei die Probe in einen fließenden Strom eines Eluens eingebracht und durch ein Trennmedium eluiert wird, das Wasser von anderen Bestandteilen wirksam trennen kann, gekennzeichnet durch Flüssigkeitschromatographie, bei der ein nicht-wäßriges Eluens verwendet wird, das abgetrennte Wasser aus dem Trennmedium mit dem austretenden Strom des Eluens herauskommt, und elektrochemisch bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom des Eluens vor dem Detektor einem Elektrolyten zusetzt, der das Verhältnis zwischen dem Rauschen und dem zu bestimmenden Signal wirksam vergrößert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Elektrolyt eine Säure verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Säure H₂SO₄ HCl und/oder p-Toluolsulfonsäure verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eluens weniger als 5000 Teile Wasser pro Million enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eluens weniger als 100 Teile Wasser pro Million enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Detektor einen Dielektrizitätswerte bestimmenden Detektor, einen elektrischen Leitfähigkeitsdetektor oder einen Redoxdetektor verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Detektor mit Elektroden verwendet, einen immobilen Elektrolyten zwischen den Elektroden anordnet und ihn in Kontakt mit dem Ablauf bringt.