Industrial Ion Chromatography application note compendium

Průmyslová iontová chromatografie – souhrn aplikačních poznámek

Význam tématu

Průmyslová iontová chromatografie (IC) představuje všestrannou analytickou techniku pro stanovení stopových i běžných kationtů a aniontů v širokém spektru průmyslových matric. V chemickém průmyslu je nutné sledovat kontaminanty v kyselinách, louzích či organických rozpouštědlech s cílem zajistit vysokou čistotu vstupních surovin. V oblasti polovodičů a elektroniky vyžaduje výroba ultrajemných struktur kapaliny bez iontových nečistot na úrovni ppb až ng/L. V ropně–plynovém průmyslu je třeba kontrolovat kyselé plyny a teplotně stabilní soli v alkalických roztocích i odpadních vodách. V bio palivech sledujeme sacharidy i nežádoucí síranové nebo halogenové příměsi. V energetice pak kontrolujeme čistotu kotelní a chladicí vody, aminy a rozpuštěné kovy, aby se minimalizovala koroze a usazování sloučenin.

Cíle a přehled aplikací

Kompendium obsahuje přehled řady konkrétních aplikačních poznámek pro následující průmyslové oblasti:

• Chemický průmysl: stanovení stopových aniontů (fluorid, chlorid, síran, fosfát) v kyselinách (HF, H₂SO₄), louzích (NaOH) a organických rozpouštědlech.
• Materiály: analýza halogenů a síry ve sloučeninách polymerů pomocí spalovací IC (CIC).
• Baterie: stanovení fluoridových a perchlorátových aniontů v elektrolytech Li-ion a rozpuštěného manganu ve sloučeninách LiMn₂O₄.
• Elektronika: konfigurace modulárních RFIC/H​PIC systémů, stanovení halogenů v polymerech, urey v ultrapure vodě.
• Ropný a plynový průmysl: stanovení organických kyselin v palivech (formiát, acetát), aminosolí v protiplynných roztocích, síranů a halogenů v aromatických uhlovodících, analýza teplotně stabilních solí a alkanolaminů.
• Biofuely: rychlé stanovení cukrů (C₅/C₆) v lignocelulózových a řasových hydrolyzátech metodou HPAE-PAD, potenciální síran v denaturovaném ethanolu.
• Energetika: sledování stopového Na⁺, kovů (Cu²⁺, Zn²⁺) a organických aminů (morpholin, ethanolamin, hydrazin) ve vzorcích chladicích a odpadních vod jaderných a tepelných elektráren.

Použitá instrumentace

• Dionex Integrion HPIC™, RFIC™ systémy s eluentními generátory (KOH, MSA).
• Thermo Scientific™ Dionex™ IonPac™ kolony (AS11-HC, AS23-4µm, AS18-Fast-4µm, AS20, AS22, AS17C, CS12A, CS15, CS16, CS17, CS19, CS20, SCS-1, CarboPac SA10, PA20-Fast-4µm).
• AERS™ supresory (500 Carbonate, HF-Suppressor), Guardcap H pro inline přípravu vzorků.
• Mitsubishi AQF-2100H spalovací jednotka a pyrohydrolytické spalovače pro CIC.
• MS detektory: ISQ EC Single Quadrupole, triple-quadrupole pro IC-MS/MS analýzy (urea, aminy).
• PAD detektory pro HPAE-PAD stanovení sacharidů.

Použitá metodika

Metody zahrnují:

• Iontovou chromatografii s (nonsupresní i supresní) vodivostní detekcí pro anionty a kationty.
• Ion-exclusion pro stanovení silných kyselin v HF a BOE.
• Inline přípravu vzorků (AutoNeutralization) pro vysokopH roztoky NaOH.
• Reagent-Free™ IC pro eliminaci organických modifikátorů při stanovení amonnych a metalických kationtů.
• Spalovací IC (combustion IC) pro celkový obsah halogenů a síry v pevných, kapalných a plynnych vzorcích.
• HPAE-PAD pro rychlé stanovení mono- a polysacharidů v biofuel hydrolyzátech.
• IC-MS(/MS) pro selektivní stanovení urey a alkanolaminů v ultrapure vodě a aminosolích.

Hlavní výsledky a diskuse

Významné poznatky:

• Detekční limity v rozsahu nízkých µg/L až ng/L pro široké spektrum iontů.
• Dobrá linearita kalibrací (r² > 0,995) napříč obory a matricemi.
• Spolehlivé obnovení spikovaných dávek (recovery 90–110 %) napříč vzorky.
• Metody od 4 do 35 min v závislosti na složitosti stanovení, možnost vysokoprůchodových analýz.
• Kompatibilita spalovacích jednotek s IC systémy zajišťuje kompletní mineralizaci matric.

Přínosy a praktické využití metody

IC umožňuje:

• Rychlou kontrolu kvality surovin i finálních produktů (semikonduktory, baterie, paliva, biofuely).
• Optimalizaci výrobních procesů chemických a energetických závodů.
• Minimalizaci koroze, usazování a poškození zařízení díky včasnému rozpoznání kontaminace.
• Víceprocesní analýzu pomocí modulárních HPIC systémů s minimální přípravou vzorku.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další integrace IC s hmotnostní spektrometrií (IC-MS/MS) pro vylepšenou selektivitu a citlivost.
• Automatizace přípravy vzorků a inline kalibrace pro minimalizaci lidských chyb.
• Rozvoj rychlejších kolonn s menšími částicemi (2–3 µm) pro ultrarychlý režim (UHPIC).
• Implementace nových supresorů a eluentních režimů pro rozšíření koncentračního rozsahu a matrické odolnosti.
• Využití umělé inteligence pro pokročilou interpretaci chromatogramů a prediktivní údržbu analytických systémů.

Závěr

Průmyslová iontová chromatografie nabízí univerzální a citlivé nástroje pro kontrolu kvality a řízení výrobních procesů napříč sektory chemie, materiálů, baterií, elektroniky, ropného průmyslu, biofuel a energetiky. Kombinace různých typů kolonn, supresních i nonsupresních detektorů, spalovacích jednotek a hmotnostní spektrometrie umožňuje robustní analýzu i v nejnáročnějších matricích. Další inovace v oblasti automatizace, eluentního generování a správy dat podpoří širší aplikace a zefektivnění laboratoří budoucnosti.

Reference

• Žádné explicitně citované zdroje v textu kompendia.