Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2008 №3 - Журнал «Домашняя лаборатория»

рис. 47. Данные аналогичных измерений с помощью ИОХ хорошо коррелируют с результатами, полученными методом КЭ.

Рис. 47. Сравнение по методу стандартной добавки для определения анионов в воде озера Байкал.

Условия те же, что и описанные на рис. 46; к 4000 мкл пробы были добавлены с помощью пипетки два раза по 40 мкл стандартного растворами один раз — 80 мкл стандарта с 1000 ррт сульфата. Полученные пики отложены в зависимости от концентрации.

Преимущества КЭ по сравнению с ИОХ заключаются в крайне коротких временах анализа и в возможности определять в одном потоке наряду с другими важными анионами также и карбонаты.

8.2. Непрямое Уф-детектирование катионов

Методом непрямого УФ-детектирования можно обнаружить также и катионы. Впервые разделение катионов этим методом описано Ф.Форетгом в 1990 году. В его статье было показано, что метод КЭ при разделении лантанидов по эффективности, времени анализа и разрешению пиков превосходит ИОХ. С помощью КЭ удается разделить все лантаниды, что невозможно сделать даже при оптимизации ионнохроматографических систем.

Теоретические выкладки показывают, что ЭОП и движение катионов в капиллярах из плавленного кварца имеют одинаковое направление, поэтому аппаратура КЭ для разделения катионов должна быть такой полярности, чтобы выход был заземлен.

Таким образом, перенос ионов в ЭОП при КЭ налагается на движение катионов. Это дает возможность осуществить их быстрое разделение. В качестве буферной системы в этом случае хорошо подходит имидазол с концентрацией 5 мМ и значением pH ниже 6.0. Как показано на рис. 48, разделение заканчивается меньше, чем за 4 минуты. Примерно через 5.5 минут на электрофореграммах появляется большой пик, вызванный ЭОП. Он объясняется введенной водой, которая обладает меньшим УФ-поглощением, чем буферная система, и тем самым вызывает каждый раз отрицательный пик, с помощью которого можно определить ЭОП.

Рис. 48. Разделение щелочных и щелочно-земельных ионов в буферной системе имидазола.

Условия: прибор КЭ — Waters Quanta 4000; капилляр 75 мкм, 50/56 см. Поле: 446 В/см, буфер — 5 мМ имидазол/серная кислота, pH 4.0; ввод пробы гидростатический, 30 с, непрямое детектирование 214 нм; проба — катионный стандарт с 1 мг/л каждого: калия, натрия, магния, бария, кальция и 0.5 мг/л лития.

Из формы пиков ясно видно, что подвижность имидазола близка к подвижности кальция.

На форму пика оказывает большое влияние концентрация буфера: с ростом концентрации пики становятся более симметричными. Например, интенсивность пика калия при повышении концентрации буфера от 0.5 до 12 мМ возрастает в 4 раза. Однако такой способ оптимизации имеет определенные четкие границы, т. к. при концентрации буфера больше 8 мМ резко возрастают шумовые помехи сигналов. Этот рост связан с градиентами плотности, возникающими из-за разности температур вследствие выделения джоулева тепла в электрическом поле. В капилляре с внутренним диаметром 100 мкм, применяемом в этих опытах, можно использовать имидазольный буфер с концентрациями вплоть до 5 мМ. В обычно используемых капиллярах с внутренним диаметром 75 мкм можно работать с концентрациями до 10 мМ при величинах pH от 4 до 6. В капиллярах с внутренним диаметром 50 мкм можно достичь концентрации буфера до 50 мМ.

Рис. 49. Разделение тестовых ионов, оптимизированное во времени, в имидазольной буферной системе.

Условия: прибор КЭ — Millipore Waters Quanta 4000, капилляр 75 мкм, 20/26 см. Поле: 1300 В/см; буфер: 2 мМ имидазол/серная кислота, pH 6.0; ввод пробы гидростатический 10 с, непрямое детектирование 214 им. Проба — катионный стандарт с 1 мг/л каждого: калия, натрия, бария, кальция, магния и 0.5 мг/л лития.

Используя низкоконцентрированный буфер (2 мМ) и значение pH 6.0, при большом напряжении электрического поля можно вызвать большой ЭОП и легко сократить время анализа.

На коротком участке разделения анализы проводятся очень быстро. Как показано на рис. 49, в поле 1300 В/см (30 кВт) тестовые ионы разделяются менее, чем за 30 с, при этом проявление пиков, несмотря на высокую напряженность поля, очень хорошее. При таком разделении можно, к примеру, для пика кальция достичь 600 тыс. тарелок на метр или, нормируя на время, — 320 тыс. тарелок в минуту. Сильным полем ионы ускоряются до скорости движения 0.96 см/с без существенного изменения профиля потока и проявления пиков.

Среди факторов, влияющих на детектирование, решающую роль играет прежде всего селективность разделяющих систем.

Используя взаимодействие ионов с комплексообразователем, можно влиять на подвижность. В то время как добавка оксалат-ионов к буферу не оказывает никакого влияния, цитрат-ионы резко понижают подвижность ионов щелочно-земельных металлов. Например, 100 мкМ цитрата достаточно для элюирования кальция и магния после лития.

Рис. 50. Влияние цитрата на разделение щелочных и щелочноземельных ионов.

Условия: прибор КЭ — Millipore Waters Quanta 4000; капилляр: 75 мкм, 50/57 см; поле: 438 В/см. Буфер — 5 мМ имидазол/серная кислота, pH 4.6, динатрийцитрат в качестве добавки; ввод пробы давлением 5 с, непрямое детектирование 214 нм; проба — катионный стандарт с 1 мМ каждого: калия, натрия, бария, кальция, магния и лития.

Еще меньшие концентрации буферных добавок достаточны при использовании Titriplex 3 (динатриевой соли ЭДТА). Менее 20 мкМ этой соли ЭДТА в буфере достаточны для того, чтобы комплексообразование со щелочно-земельными ионами происходило настолько сильно, что их невозможно детектировать. При этом подвижности однозарядных ионов даже при концентрациях ЭДТА 200 мМ практически не изменяются. ЭДТА оказался наиболее эффективным реагентом для маскировки щелочно-земельных ионов.

Как можно показать с помощью теоретических выкладок, использование ионов буфера с большими молярными коэффициентами экстинкции приводит к более чувствительному детектированию. Молярный коэффициент экстинкции в УФ-спектре имидазола в максимуме при 205 нм составляет 5000. Имидазольный буфер можно использовать в области от 190 до 220 нм для непрямого детектирования, т. е. область применения ограничена нижней УФ-областью. Вследствие того, что многие вещества также поглощают в УФ-области, при детектировании могут возникать помехи. Расширение области непрямого детектирования в сторону более высоких длин волн и/или в область более щелочных значений pH достигается 4-аминопиридином (4-АП). В максимуме поглощения при 205 нм 4-АП обладает молярным коэффициентом экстинкции 15500, при 245 нм — около 15600. При 254 нм существует еще один пик с экстинкцией около 14000. Это примерно в три раза больше, чем молярный коэффициент экстинкции имидазола при 214 нм. Подвижность 4-АП примерно такая же, что и у имидазола. Преимущество 4-АП проявляется в том, что ом применим в более широкой области длин волн — даже при 270 нм можно проводить непрямое детектирование. Кроме того, буфер 4-АП можно использовать до значений pH 10.1 без уменьшения чувствительности буферной системы вследствие исчезновения заряда 4-АП.

В таблице