25●高性能陰イオン分析カラム
TSKgel SuperIC-Anion HR の特性とその応用
バイオサイエンス事業部

開発部

セパレーショングループ

佐藤多田
酒匂
中谷真治
芳光
幸茂

ロゲンオキソ酸イオンの分離に優れ、その他の標準

1．はじめに的な陰イオン類と合わせて分離、分析できること③公定法に規定された分析方法に対応していること

イオンクロマトグラフィー（IC）は、環境分析等の各種公定法に採用されている溶液試料中のイオン成分分析法であり、当社においてもハイスループット分析

3．カラムの仕様及び特長を特長とする高速イオンクロマトグラフィーシステム
IC − 2010 を販売している。今回、本システムに使用す以下に先述のコンセプトに基づいて開発したカラムる分析カラムの製品拡充を目的に、分離性能に優れた設計のポイントについて記載する。

陰イオン分析カラム TSKgel SuperIC − Anion HR を開［1］カラムの仕様
カラムの仕様を表１に示す。

発した。その主な仕様と基本性能および応用例について報告する。

表１
Part No.

2．設計コンセプト

Column size
Material
Particle size
Functional group
CapacityCounter ion
Shipping solvent

本製品の開発にあたり、下記の特性に重点をおいた。
①従来の高速分離用カラムに対し、より高い分離性能を有するカラムであること②ギ酸イオン、酢酸イオンなどの有機酸イオン、臭素酸イオン、亜塩素酸イオン、塩素酸イオンなどのハ75［μS／cm ］

423841053611912132

10051015［ min］

20

図１0022894

25［Conditions］
Column：TSKgel SuperIC−Anion HR（4.6mmI.D. × 15cm）
Guardcolumn : TSKgel guardcolumn SuperIC−A HS（4.6mmI.D. × 1cm）
Eluent：2.2 mmol／L NaHCO3 + 2.7 mmol／L Na2CO3
Flow rate：1.0 mL／min
Suppressor gel：TSKgel suppress IC−A
Detection：Suppressed conductivity
Temperature：40℃
Injection volume：30μL
Sample：Standard ion solution
Instrument：TOSOH IC−2010
Peaks；1. F−（1mg／L）
2. CH3CO2−（10）3. HCO2−（3）4. ClO2−（3）5. BrO3−（4）6. Cl−（1）7. NO2−（5）8. Br−（5）9. ClO3−（2）10. NO3−（5）11. HPO42−（10）12. SO42−（5）13.（CO2）22−（5）標準陰イオン13種の測定例＊

4.6mm I.D.×15cm（PEEK ）Hydrophilic polymer
3.5μm
Quaternary ammonium
ca. 60meq ／ L
Carbonate ion
3.8 mmol ／ L NaHCO3＊Polyetheretherketone

61カラムの仕様

TOSOH Research & Technology Review Vol.58（2014）

26／ min 付近の流速での測定が適している。使用可能な［2］標準試料の分離例
本分析カラム使用し、標準測定条件（サプレッサー流速の上限は、1.2mL ／ min であるが、この流速にお法電気伝導度検出）により測定した標準陰イオン 13

いても、数 mg ／ L レベルの濃度であれば、標準陰イ種の測定例を示す。

オン 12 種は完全分離（Rs ＝ 1.5 以上）され、分析時間の短縮化（硫酸イオンまで約 18min）を図ることが可能である。

［3］分離の特長
炭酸系溶離液を使用することで、酢酸，ギ酸，ハロ

図３にはカラム温度と保持時間の関係を示す。このゲンオキソ酸イオンを含む標準的な陰イオン 12 種（図カラムの使用可能な温度範囲は 25 ～ 40℃である。一１の硫酸イオンまで）を約 20min で分析することが可

般的な陰イオン分析カラムと同様に温度が低くなると能である。特に臭素酸イオン／塩化物イオン、臭化物

1 価陰イオンの溶出が遅れ、多価陰イオンの溶出が早

イオン／塩素酸イオンの分離が優れており、国内外のくなるので、温度を下げると硝酸イオンとリン酸イオ水道水の規制項目であるこれらハロゲンオキソ酸イオンの分離能が低下する。また、炭酸イオンのシステムンの分析に有効な分離特性を有している。

ピークは温度を下げると塩化物イオンに近づき、分析

通常、陰イオン分析において、炭酸イオンに由来したシステムピークが妨害ピークとして現れるが、本カの妨害となりやすいので、測定温度設定の際には注意が必要である。

ラムの標準測定条件の場合、塩化物イオンと亜硝酸イオンの間に溶出する。40℃での分離であれば、ほぼそ［2］試料注入量の影響の中間位置に溶出するので、高濃度の炭酸イオンを含図４には、試料注入量の分離への影響を示す。フッむ試料でなければ、分析対象の陰イオンの分析への妨化物イオンの前の負ピークは試料中の水に由来した害を最小限に抑えることが可能である。また、本カラウォーターディップ、ピーク 3 と 4 の間の負ピークは、ムは従来の IC カラムに比べ、イオン交換容量を高く試料中の溶存炭酸に由来するシステムピークである。

設定しているため、イオン濃度の高い試料の分離にも各イオンの負荷量（絶対量）をほぼ一定にし、注入適している。

量を 30、100、500 μ L と変化させた場合、注入量が多くなると最初に溶出するウォーターディップおよびシステムピークの影響が大きくなるので、フッ化物イ

4．分離に関する基本特性

オンなどの溶出の早いイオン種の定量性が低下する。
従って、試料注入量を低く抑えることで、試料マトリッ［1］測定流速，測定温度の影響
図２には各種陰イオンの理論段高さ（HETP）への測定流速の影響を示す。イオン種により極小値を示す

22

流速が若干異なるが、高い分離性能を得るには、0.8mL

SO42−

20NO3−

18F−
ClO3−

13BrO3−
PO43−

12−

NO3Cl−

11Retentionn time［min］

14HETP［μm］

PO43−
ClO3−Br−

16NO2−
CO32−

14Cl−
BrO3−

12ClO2−

10Formate

8F−Acetate−

NO2SO42−10Br−
90.20.40.60.81.01.21.46422025

Flow rate［mL／min］

図２

測定流速の影響（理論段高さ）

3035

4045

Temperature［℃］

図３

測定温度の影響（保持時間）

東ソー研究・技術報告第 58 巻（2014）0.5
1［μS/cm ］

0.4452 367Ions

123456789F−
BrO3−
Cl−
NO2−
Br−
ClO3−
NO3−
HPO42−
SO42−

30μL

0.3100μL

0.2

Concentration［μg／L］
30μL 100μL 500μL
2051802042051100255100255401021002552005010100255500μL

0.10Peak No.
98270510［min］

1520

Chromatographic conditions except for injection volume as in Fig.1.

図４

試料注入量の影響

クスの影響が少なく、定量性の良いクロマトグラムがに副生したりするものであり、その強い毒性のため、得られる。

国内外において、厳しい基準値を設けて規制されている。イオンクロマトグラフ法においてもμ g ／ L レベ

［3］定量性（検量線，検出限界，定量限界）

ルの分析精度が求められており、本カラムを使用した

図１のサプレッサー法電気伝導度検出条件におけ臭素酸イオンの分析例を以下に示す。

る、検出限界値，定量限界値及び各イオンのピーク面［1］微量濃度での測定再現性，定量性積に基づく検量線の回帰分析結果を示す。

標準臭素酸イオン 5 μ g ／ L，40 μ g ／ L，80 μ g ／検量線については、各イオンとも 1000 倍の濃度範L の測定再現性（ピーク面積，500 μ L 注入，n ＝ 6）

囲において良好な直線関係が得られることを確認したを表４に示す。中国国家標準（GB ／ T 5750.10 − 2006，（表２）。表３には、検出ノイズ及び各イオンのピーク

生活飲用水標準検査方法）では、電気伝導度検出法に高さに基づく検量線より算出した検出限界値（LOD）おける検出下限値が 5 μ g ／ L と規定されている（日及び定量限界値（LOQ）を示す。標準的な注入量は本国内はポストカラム反応による吸光光度検出法に30 μ L であるが、500 μ L まで増加させることにより、て、検出下限値が 1 μ g ／ L に規定されている）。電気検出限界値・定量限界値を向上させ、μ g ／ L 濃度以伝導度検出法における 5 μ g ／ L 測定時のクロマトグ下のイオン成分の検出が可能である。

ラムを図５に示すが、5 μ g ／ L の微量濃度においてもCV（％）は 10％以下であり、良好な測定再現性が得られた。

5．臭素酸イオンの定量性について
ハロゲンオキソ酸である臭素酸イオンは水道水などの殺菌剤に含まれていたり、オゾン処理等の殺菌過程
表２Ions各陰イオンの検量線の評価結果

Ions

Range［mg ／ L］

Correlation coefficient−

0.2−200
1.0−1000
0.2−200
1.0−1000
1.0−1000
1.0−1000
1.0−1000
1.0−1000
1.0−1000

0.99940.99980.99971.00000.99960.99970.99940.99910.9997

F−
BrO3−
Cl−
NO2−
Br−
ClO3−
NO33−
PO42−
SO4

表３30μL−＊500μLLOD
S ／ N＝3LOQ
S ／ N＝10LODS ／ N＝3LOQ
S ／ N＝100.91
7.76
2.08
3.83
7.61
9.56
7.31
19.24
9.03

3.02
25.85
6.92
12.76
25.37
31.85
24.37
64.13
30.09

0.06
0.50
0.13
0.27
0.54
0.65
0.51
1.32
0.6

0.20
1.65
0.44
0.91
1.79
2.15
1.70
4.38
1.99

＊

F−
BrO3−
Cl−
NO2−
Br−
ClO3−
NO33−
PO42−
SO4

検出限界値および定量限界値

S ／ N：signal to noise ratioTOSOH Research & Technology Review Vol.58（2014）280.3

臭素酸イオンの添加回収率

表５Amount added［μg ／ L］

［μS／cm ］

0.2

0.1

05.5654080

Tap water
run−1
run−2
run−3

99.7
100.7
100.2

98.0
97.1
98.0

98..7
98.8
99.0

Average

100.2

97.7

98.9

Mineral water
run−1
run−2
run−3

101.5
100.0
101.0

99.1
98.3
99.7

97.4
96.9
96.7

Average

100.8

99.0

97.0

6.5
［min］

Injection volume: 500μL
Other chromatographic conditions as in Fig.1.

臭素酸イオンの測定再現性（5μg／Lのクロマトグラム）

表４

臭素酸イオンの測定再現性

Injecion No.

Concentration［μg ／ L］
54080

12
34
56

0.209
0.211
0.206
0.208
0.210
0.217

1.674
1.676
1.691
1.697
1.687
1.675

3.338
3.357
3.371
3.354
3.368
3.356

Average
σ0.210
0.004

1.683
0.010

3.357
0.012

CV（％）

1.8

0.6

0.3

2130.6［μS／cm］

図５0.8

0.4

80μg／L
40μg／L

0.2

5μg／L

05.5

6.5

7.5
［min］

8.5

Chromatographic conditions as in Fig.5
Peaks；1. BrO3−
2. Cl−
3. Carbonate

図６［2］実試料への添加回収率の測定

臭素酸イオン添加水道水のクロマトグラム

0.82

実試料として、水道水，市販ミネラルウォーター31を用い、これに臭素酸イオン（5 μ g ／ L，40 μ g ／ L，

0.6
［μS／cm］

80 μ g ／ L）をそれぞれ添加した際の添加回収実験を行った。その結果を表５に示し、添加時のクロマトグラムを図６，図７に示す。
実試料では、mg ／ L レベルの濃度で共存する塩化物

0.480μg／L
40μg／L

0.2

イオンに隣接して、臭素酸イオンが溶出するため、高5μg／L

い定量精度を得るためには、塩化物イオンとの高い0分離性能が求められる。クロマトグラムからわかるよ5.5

うに、本カラムでは、各実試料における臭素酸イオンと塩化物イオンの分離は良好であり、添加回収率も97％以上の良好な測定結果が得られた。

図７6.5

7.5
［min］

8.5

臭素酸イオン添加ミネラルウォーターのクロマトグラム

東ソー研究・技術報告第 58 巻（2014）29より、亜硝酸イオン（ピーク No.4）の定量性に影響

6．一般試料分析例を与える（図 11 下段クロマトグラム）。このような場

本カラムを用いた環境試料分析への適用例を以下に合、溶離液組成を変更することで、炭酸イオンの溶出を選択的に遅らせ、定量精度を向上させることが可能示す。
図８には、水道水の分析例を示した。標準測定条件である（図 12）。

において、フッ化物，塩化物，塩素酸，硝酸，硫酸1イオンを良好に分離・定量することが可能であった。
図９・図 10 では、海水の分析例を示した。高いイオ

100

る塩化物，硫酸イオンと比較的濃度の低いその他の陰イオンは希釈倍率を適切に変更するだけで、それぞれ良好な分離にて分析が可能であった。図 11・図 12 で

［μS／cm］

ン交換容量を有する本カラムにより、高濃度に含まれ50は、湧水の分析例を示した。この場合も標準測定条件（図 11）により、各イオンの分析が可能であるが、試料中に比較的高い濃度で含まれる炭酸イオンの溶出に2200［μS／cm］

10510［min］

1520

Injection volume : 10μL
Other chromatographic conditions as in Fig.1.
Peaks；1. Cl−（190mg／L）
2. SO42−（26.0）

図９海水の分析例（100倍稀釈）

5531204051［min］

152042Enlarged［μS／cm］

101［μS／cm］

0524310310.50510［min］

Chromatographic conditions as in Fig.1
Peaks；1. F−（0.03mg／L）
2. Cl−（9.12）
3. ClO3−（0.25）
4. NO3−（1.68）
5. SO42−（5.25）

図８

水道水の分析例

152000510［min］

15

Chromatographic conditions as in Fig.9
Peaks；1. F−（0.78mg／L）
2. Cl−
3. Br−（59.3）
4. SO42−図10

海水の分析例（原液）20

TOSOH Research & Technology Review Vol.58（2014）

302105［μS／cm］［μS／cm］

108256751100510［min］［μS／cm］

113475510［min］

1520

Chromatographic conditions as in Fig.1.
Peaks；1. F−（0.04mg／L）
2. Cl−（4.72）
3. Carbonate
4. NO2−（0.06）−
5. Br（0.03）−
6. NO3（4.93）
7. HPO42−（0.08）
8. SO42−（9.45）

図11

湧水の分析例−17．まとめ
今回、サプレッサー方式イオンクロマトグラフィーシステム IC − 2010 に対応した高分離能陰イオン分析
カラム TSKgel SuperIC − Anion HR を開発した。本カラムは従来カラムに比べ、高い分離性能を有し、特に環境水分析において求められるハロゲンオキソ酸類の分析に有効であり、臭素酸イオン分析ではμ g ／ L レベルの微量分析にも適用できることが確認できた。また、本カラムは従来カラムに比べ高いイオン交換容量を有していることから海水のような高塩濃度試料においても良好な分離に基づくイオン分析が可能であった。
本分析カラムは各種実試料のイオン分析に適用できることが想定され、幅広いユーザー層への当社イオンクロマトグラフィーシステムのさらなる浸透が期待される。

102030［min］

180.5002062

Enlarged

15［μS／cm］

0527

Enlarged
1＊3460.5010［min］

20

Eluent : 10.0 mmol／L NaHCO3+ 1.5 mmol／L Na2CO3
Other chromatographic conditions as in Fig.1.
*Suppressor valve switching
Peaks；1. F−（0.04mg／L）
2. Cl−（4.72）
3. NO2−（0.06）
4. Br−（0.03）−
5. NO3（4.93）
6. HPO42−（0.08）
7. SO42−（9.45）

図12

湧水の分析例−230