Двухколоночная ионная хроматография

Этот вариант ИХ основан на подавлении фоновой электропроводности электролита (подвижной фазы), содержащегося в элюенте для разделения смеси ионов на колонке, с помощью второй ионнообменной колонки, расположенной между разделительной колонкой и детектором. Блок-схема хроматографа представлена на рисунке 1 [3].

Рисунок 1 – Блок-схема ионного хроматографа

С помощью насоса под давлением (которое, как правило, не превышает 10 МПа) элюент с анализируемыми веществами подается через систему ввода в разделяющую колонку, где происходит разделение веществ по ионообменному механизму. Далее, разделенные ионы попадают в подавительную колонку, заполненную ионообменником большой обменной емкости, где происходит нейтрализация подвижной фазы и удаление электролита из элюента. Эта система предназначена для достижения максимального разделения кондуктометрических сигналов определяемого иона и элюент. Анализируемые вещества затем попадают в кондуктометрическую кювету (детектор), сигнал с которого регистрируется самописцем или персональным компьютером [4]. Типичная хроматограмма приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Хроматограмма смеси двух веществ

Существуют два способа детектирования — прямой и косвенный. В первом способе элюент переводят в соединение с низкой электропроводностью, а определяемый ион — в высокопроводящее соединение и детектирование проводят по положительным, пикам. Во втором - наоборот.

В двухколоночном методе используются две последовательно соединенные хроматографические колонки. В первой колонке ионы разделяются с помощью ионообменной смолы низкой емкости, в качестве элюентов используются сильно разбавленные растворы электролитов. Во второй колонке высокой емкости происходит подавление фоновой активности элюента за счет его химической модификации [5].

Элюенты, предназначенные для двухколоночной системы, должны отвечать двум основным требованиям: вытеснять ионы из разделительной колонки и вступать в реакции обмена в подавительной системе с образованием слабо диссоциирующих соединений, обладающих низкой проводимостью. Наиболее распространенными элюентами для определения анионов являются разбавленные растворы солей угольной кислоты (NaHCO₃). Анионит в разделяющей колонке находится в НСО_з^-- форме. Подавляющей системой служит колонка, заполненная катионообменником высокой емкости в Н⁺ - форме. В этом случае, в разделяющей и подавляющей колонках имеют место следующие равновесия:

разделяющая колонка:

R–HCO₃ + Na⁺ + (Cl^-, NO₃^-) ↔ R–Na + H₂CO₃, (3)

подавляющая колонка:

R–H + Na⁺ + HCO₃^- ↔ R–Na + H₂CO₃, (4)

R–H + Na⁺ + (Cl^-, NO₃^-) ↔ R–Na + H⁺ + (Cl^-, NO₃^-). (5)

Определяемые анионы попадают в кондуктометрический детектор в виде сильных кислот (HCI, HNO₃), имеющих высокую электропроводность на фоне слабой угольной кислоты Н₂СО₃. Эквивалентная электропроводность Н⁺ выше электропроводности катионов. Такая система детектирования обеспечивает максимальную чувствительность определения.

Пределы детектирования анионов лежат в интервале 0,1 – 1,0 мг/дм³. Метод прост и пригоден для разделения неорганических и органических анионов как при анализе загрязнений окружающей среды – воздуха и воды, так и при анализе сложных образцов различного ионного состава, в том числе пищевых продуктов и медикаментов [4].

Важным достоинством двухколоночного варианта ионной хроматографии являются низкие пределы обнаружения ионов и линейность градуировочного графика в широком интервале их концентрации. Это дает возможность использовать метод стандартов в количественном анализе без обязательного построения градуировочного графика [6].