Comparing IC and HPLC systems for speciation analysis – a case study

Význam tématu

Speciace kovů, především chromu, je zásadní pro přesné stanovení toxických forem Cr(III) a Cr(VI) v pitné vodě, biologických vzorcích a životním prostředí. Volba chromatografické metody ovlivňuje jak kvalitu separace, tak i úroveň pozadí signálu při detekci pomocí ICP-MS.

Cíle a přehled studie

Studie porovnává iontovou chromatografii (IC) a vysokoúčinnou kapalinovou chromatografii (HPLC) z hlediska úrovně stopových kovů uvolněných z chromatografického hardware do eluenta. Hlavní zaměření tvoří srovnání kontaminace elučního média a vliv na citlivost stanovení Cr(III) a Cr(VI).

Použitá metodika

Analytický protokol zahrnoval simulaci reálných provozních podmínek bez chromatografické kolony a sběr frakcí eluenta pro následnou ICP-MS analýzu:

• IC systém: průtok 0,3 mL·min⁻¹, eluent 0,4 N HNO₃, offline odběr frakcí každých 15 min.
• HPLC systém: obdobné podmínky, online přímé napojení na ICP-MS, data průměrována za 15 min.
• PEEK tlumič tlaku (>2000 psi) namísto kolony zajišťoval reálné zatížení čerpadel.
• Každý systém byl po spuštění stabilizován minimálně 10 min před odběrem vzorků.

Použitá instrumentace

• Thermo Scientific iCAP RQ ICP-MS
• Dionex Integrion HPIC systém
• Dionex AS-AP autosampler (frakční odběr do 10 mL vialů)
• Standardní HPLC systém se smáčenými částmi z nerezové oceli a titanových slitin

Hlavní výsledky a diskuse

Časově závislé sledování ukázalo výrazně nižší úrovně kontaminace u IC oproti HPLC:

• IC: většina stopových prvků (Ti, V, Cr, Fe, Mo, Co, Ni) byla pod 1 ng·mL⁻¹ po 150 min provozu.
• HPLC: Ti až ~10 ng·mL⁻¹, V ~1,2 ng·mL⁻¹, Cr ~9 ng·mL⁻¹, Fe ~40 ng·mL⁻¹; koncentrace postupně klesala vlivem wash-outu pasivní vrstvy.
• Časový „wash-out“ stopových kovů z HPLC komponent naznačuje pomalou stabilizaci pasivního oxidu na povrchu kovových částí.
• Pro Cr bylo jasně patrné, že metal-free IC hardware významně snižuje pozadí signálu a zvyšuje opakovatelnost měření.

Přínosy a praktické využití metody

• Metal-free průtoková cesta IC minimalizuje pozadí, což umožňuje stanovení stopových koncentrací na úrovni ng·L⁻¹.
• Rychlá a reprodukovatelná separace Cr(III) a Cr(VI) pod 3 minuty usnadňuje rutinní QA/QC aplikace.
• Snížené interferenční pozadí vede k lepší přesnosti i při nízkých koncentracích analyzovaných vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Studium dlouhodobé kumulace kovů v HPLC hardware a vlivu různých eluentů na leaching.
• Rozšíření spektra analyzovaných prvků a organických forem xenobiotik pomocí IC-ICP-MS.
• Vývoj nových inertních materiálů a kolonek s ještě nižší adsorpcí a uvolňováním kovů.
• Integrace více chromatografických technik (GC, HILIC) pro komplexní speciační analýzu.

Závěr

Dedikovaný iontový chromatografický systém vykazuje nižší eluentní kontaminaci než komerční HPLC hardware se smáčenými kovovými částmi. Pro speciační analýzu chromu s ICP-MS detekcí se doporučuje používání metal-free IC systémů.

Reference

1. Kutscher D., Fisher C.A., Schmelzel J. Comparing IC and HPLC systems for speciation analysis – a case study. Technical Note 44461, Thermo Fisher Scientific, 2020.
2. Thermo Fisher Scientific. Application Note 44407: Determination of chromium species using IC-ICP-MS.
3. Thermo Fisher Scientific. Technical Note 43357: Arsenic speciation in human urine by IC-ICP-MS.
4. Thermo Fisher Scientific. Application Note 43255: Determination of inorganic arsenic in rice using IC-ICP-MS.
5. Thermo Fisher Scientific. Application Note 43227: Speciation of bromine compounds in ozonated drinking water using IC-ICP-MS.
6. Thermo Fisher Scientific. Application Note 43371: Ultra trace tin speciation with GC-ICP-MS.