Determination of trace anions in high-nitrate matrices by ion chromatography

Význam tématu

Analýza stopových aniontů, zejména chloridů, síranů a fosfátů, v prostředí s vysokým obsahem dusičnanů je zásadní pro průmyslovou kontrolu kvality, zejména v polovodičovém průmyslu, kde kontaminace chloridy ovlivňuje spolehlivost a výtěžnost výroby.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo vyvinout a ověřit spolehlivou metodu přímé injekce s mikroprůtokovou chromatografií pro stanovení stopových aniontů v roztocích s přibližně 0,7 % (v/v) HNO3 a dalších maticích s vysokou koncentrací NO3-. Studie popisuje teoretické pozadí, optimalizaci separačních podmínek, přípravu vzorků a standardů a analytický postup.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda kombinuje:

• mikroprůtokovou iontovou chromatografii na koloně Dionex IonPac AS15 (2×250 mm) s předcolumnou AG15 (2×50 mm),
• eluentový generátor Thermo Scientific Dionex EG40 pro přípravu vysoce čisté KOH (48 mM/100 mM),
• ovládání gradientního čerpadla (GS50), potlačenou vodivostní detekci s potlačovačem ASRS ULTRA v režimu externí vody nebo recyklace plynu,
• přímou injekci vzorku 1 µL pomocí mikroprůtokové smyčky a PEEK vedení,
• softwarovou kontrolu pomocí Thermo Scientific Dionex PeakNet.

Vzorky byly připraveny ředěním 70% HNO3 na 0,7 % (v/v) v inertní teflonové nádobě. Pro kompenzaci matrice lze využít standardních přídavků.

Hlavní výsledky a diskuse

• Optimální gradientní program s 48 mM KOH pro separaci a následných 100 mM KOH pro desorpci NO3-, s celkovou dobou analýzy ≈60 minut.
• Detekční limity (MDL) v matici 0,7 % HNO3: Cl– 41 µg/L, SO42– 104 µg/L, PO43– 120 µg/L.
• Semiconductorské limity SEMI pro 70% HNO3 stanovují max. 50 µg/L pro každý anion; metoda je plně vyhovující.
• Při porovnání s konvenčními lahvovými eluenty EG40 významně snižuje pozadí a kontaminaci anionty.
• Obnova přídavků ve vzorku 0,7 % HNO3: Cl– 86 %, SO42– 109 %, PO43– 102 % (n=7).
• Analýza 7000 ppm NaNO3 prokázala detekci kontaminantů: Cl– 38 µg/L, SO42– 17 µg/L.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlé a spolehlivé stanovení nízkých úrovní aniontů v kyselých, vysoce nosných matricích bez složitých předúprav, minimalizuje spotřebu elučního činidla a zajišťuje nízké šumy detekce.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření použití mikroprůtokových metod na další agresivní nebo viskózní vzorky.
• Integrace online vzorkování a automatizace pro zvýšení průchodnosti a reprodukovatelnosti.
• Vývoj eluentových generátorů s širším rozsahem iontů pro komplexnější aniontové profily.
• Pokročilé potlačovače pro další snížení detekčních limitů.

Závěr

Vyvinutá mikroprůtoková iontová chromatografie s přímou injekcí a eluentovým generátorem EG40 představuje robustní nástroj pro stanovení stopových aniontů v maticích s vysokou koncentrací dusičnanů. Metoda nabízí vysokou citlivost, nízké detekční limity a sníženou kontaminaci pozadí.

Použitá instrumentace

• Thermo Scientific Dionex ICS-5000+ (nebo DX-600) se čtyřkanálovým GS50 gradientním čerpadlem.
• Thermo Scientific Dionex EG40 Eluent Generator s EGC-KOH cartridgem.
• Dionex IonPac AS15 a AG15 kolony, ATC-1 aniontový trap column (4 mm a 2 mm).
• Potlačená vodivostní detekce s ASRS ULTRA suppresorem v externí vodní nebo gas-assisted režimu.
• Thermo Scientific Dionex PeakNet workstation pro řízení a zpracování dat.

Reference

1. Kern J. Electrochem. Soc. 1990, 137, 1887.
2. Bader M. J. Chem. Educ. 1980, 57, 703.
3. Liu Y. et al. Am. Lab. 1998, 30(22), 48C–58C.
4. Liu Y., Kaiser E., Avdalovic N. Microchem. J. 1999, 62, 162–173.
5. SEMI International Standards, Chemicals/Reagents Volume, Semiconductor Equipment and Materials International, 1997.