Determination of trace cations in concentrated acids using AutoNeutralization pretreatment and ion chromatography

Význam tématu

Určení stopových koncentrací kationtů v silně kyselých roztocích je klíčové pro chemický, elektronický, farmaceutický, potravinářský a těžební průmysl. Přesná analýza kationtů jako Li+, Na+, K+, Mg2+ a Ca2+ zabraňuje kontaminacím, defektům při pokovování a podporuje dodržení legislativních požadavků na označování potravin a farmaceutik.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout plně automatizovanou a reprodukovatelnou metodu pro měření stopových kationtů v koncentrovaných minerálních kyselinách (24 % H2SO4, 25 % H3PO4, 10 % HF) bez nutnosti rozsáhlého ředění vzorku. Metoda využívá technologii AutoNeutralization integrovanou v IC systémech Thermo Scientific Dionex ICS-3000 a ICS-5000+.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek je autosamplerem načten do vzduchové smyčky (100 µL), poté pumpou 2 protéká kationtoměničem CSRN II, kde se silná kyselina neutralizuje. Neutralizovaný roztok je zachycován na trap kolonu TCC-ULP1 a následně v injekčním ventilu převeden na analytickou kolonu CS16/CG16. Separace probíhá za použití 28 mM methansulfonové kyseliny generované eluogenem EGC II MSA, detekce je potlačenou vodivostí prostřednictvím suppressoru CSRS ULTRA II.

• Ion chromatograf: Thermo Scientific Dionex ICS-3000 RFIC (nebo ICS-5000+ HPIC)
• Autosampler: Dionex AS s 100 µL vzduchovou smyčkou
• Neutralizátor: Dionex CSRN II Cation Self-Regenerating Neutralizer (externí vodní režim, 500 mA)
• Trap kolona: Dionex IonPac CTC-1 (9 × 24 mm)
• Analytické kolony: Dionex IonPac CG16 (5 × 50 mm guard) a CS16 (5 × 250 mm)
• Eluent generator: EGC II MSA, kontinuálně regenerovaný kationtoměrný suppressor CR-CTC II
• Doplňkové potrubí: PEEK, Teflon®

Hlavní výsledky a diskuse

• Úplná neutralizace bez předchozího ředění, kvalitní chromatografie v rozmezí nízkých µg/L až mg/L
• Linearity kalibrace pro Li, Na, K, Mg, Ca v rozsahu 0,25–2 500 µg/L s r2 > 0,999
• Metodní detekční limity 0,06–2,0 µg/L (3× šum ~0,29 nS)
• Spike recoveries 94–102 % v 24 % H2SO4, 90–109 % v 25 % H3PO4 a 10 % HF
• Reprodukovatelnost retenčních časů RSD < 0,3 % pro Li, Na, K; 1,6–2,3 % pro Mg, Ca
• Robustnost přes 200 injekcí (128 h provozu), stabilní špičkové plochy a časy; pozvolný pokles signálu Mg při dlouhodobém provozu

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaná předúprava AutoNeutralization eliminuje manuální ředění vzorků, snižuje riziko kontaminace a zvyšuje průchodnost laboratoře. Metoda je ideální pro kontrolu kvality průmyslových kyselin, monitorování procesu v elektronice, farmaceutickém a potravinářském průmyslu, stejně jako v environmentálních a geochemických analýzách.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování zahrnuje rozšíření na bazické matrice pro aniontovou analýzu, propojení s hmotnostní spektrometrií pro univerzální detekci stopových prvků, optimalizaci protokolů AutoNeutralization pro vyšší koncentrace kyselin (> 30 %) a vývoj ekologičtějších elučních systémů.

Závěr

AutoNeutralization v kombinaci s Reagent-Free IC systémy Thermo Scientific demonstruje vysoce citlivou, přesnou a plně automatizovanou metodu pro stanovení stopových kationtů v koncentrovaných kyselinách. Metoda nabízí vynikající linearitu, nízké detekční limity, spolehlivou reprodukovatelnost a snadnou integraci do rutinních QA/QC laboratoří.

Reference

1. Rafool W. The Influence of Cations in Phosphoric Acid on the Extraction of Uranium. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2001, 250, 147–152.
2. Elleuch M. C., Amor M. B., Pourcelly G. Phosphoric Acid Purification by a Membrane Process: Electrodeionization on Ion-Exchange Textiles. Sep. Purif. Technol. 2006, 51(3), 285–290.
3. Cohen H. W., Alderman M. H. Sodium, Blood Pressure, and Cardiovascular Disease. Curr. Opin. Cardiol. 2007, 22(4), 306–310.
4. Takaichi K., Takemoto F., Ubara Y., Mori Y. Analysis of Factors Causing Hyperkalemia. Intern. Med. 2007, 46(12), 823–829.
5. Thermo Fisher Scientific. Determination of Trace Cations in Concentrated Acids Using AutoNeutralization Pretreatment/Ion Chromatography. Application Note 94 LPN 0567, 1994.
6. Thermo Fisher Scientific. Application Note 94 (rev.). 2004.
7. Thermo Fisher Scientific. Determination of Trace Anions in Concentrated Bases Using AutoNeutralization. Application Note 93 LPN 1633, 2004.
8. Thermo Fisher Scientific. Application Note 93 (rev.), 2007.
9. Thermo Fisher Scientific. Application Update 142, LPN 1290, 2001.
10. Thermo Fisher Scientific. CSRN II Product Manual 034962-05, 2005.
11. Thermo Fisher Scientific. ICS-3000 Operator’s Manual 065031, 2005.
12. Thermo Fisher Scientific. ICS-3000 Installation Instructions 065032, 2005.
13. Thermo Fisher Scientific. IonPac CTC-1 Product Manual 034536, 2002.
14. Thermo Fisher Scientific. AS Autosampler Operator’s Manual 065051, 2005.
15. Thermo Fisher Scientific. IonPac TCC-ULP1 Product Manual 034973, 2005.
16. Thermo Fisher Scientific. IonPac CG16/CS16 Product Manual 031747, 2005.
17. Thermo Fisher Scientific. Suppressor ULTRA II Product Manual 031956-04, 2005.