Ионная хроматография - современный метод анализа воды

Ионная хроматография — современный метод анализа воды

1Е.В. Рыбакова

ООО «Абакус аналитические системы»

Ионная хроматография — метод качественного и количественного определения ионов в растворах, который позволяет определять неорганические и органические анионы, катионы щелочных и щелочноземельных металлов, катионы переходных металлов, амины и другие органические соединения в ионной форме. Хотя для анализа воды используется множество различных методов, ионная хроматография во всем мире является приоритетным методом и обеспечивает определение множества компонентов в любых типах вод.

Воды каждого типа имеют свои особенности: часто подземные и сточные воды сильно минерализованы, причем сточные могут иметь нестабильный разнообразный состав; поверхностные и питьевые воды, напротив, могут содержать определяемые компоненты в очень малых концентрациях. Во всех типах вод компоненты могут существенно различаться по уровню концентраций. Диапазоны концентраций ионов в водах могут быть очень широкими — от долей (мкг/л) до единиц (г/л). Особенно важно определение загрязняющих воду компонентов, присутствие которых в воде нежелательно или недопустимо.

До появления ионной хроматографии не было эффективного метода определения ионов с такой чувствительностью, селективностью, воспроизво-

димостью и скоростью анализа. При этом анализ методом ионной хроматографии в большинстве случаев не требует пробоподготовки: при необходимости проба фильтруется и разбавляется. Ключевое звено любой хрома-тографической системы — разделяющая аналитическая колонка. Универсальные колонки с плохой эффективностью и селективностью безвозвратно уходят в прошлое, на смену им разрабатываются высокоэффективные ионохроматографические колонки, специализированные под конкретную задачу. В этой статье описывается использование метода ионной хроматографии для определения неорганических анионов, органических кислот, неорганических катионов, аминов и переходных металлов в воде и приводятся примеры хроматограмм разделения этих аналитов на колонках компании Dioпex, США.

Неорганические анионы

Пример определения стандартных неорганических анионов в воде приводится на рис. 1. Анализ таких неорганических анионов, как фторид, хлорид, нитрит, нитрат, сульфат и фосфат, методом ионной хроматографии многие годы является самым распространенным и рутинным анализом во всем мире.

Кроме ионохроматографических колонок для определения основных неорганических анионов разработаны и успешно применяются высокоэффективные колонки для определения наряду со стандартными анионами и оксианионов таких, как оксихалиды: хлорит, хлорат, прехлорат и др. (рис.2).

Органические кислоты

Наряду с неорганическими анионами в водах различного типа могут присутствовать и анионы органических кислот, например, ацетат, формиат, пропионат, оксалат, цитрат и др. Для таких задач используют высокоэффективные аналитические колонки большой емкости. На рис. 3 приведена хромаграмма градиентного разделения смеси неорганических анионов и анионов органических кислот (всего 34 аниона) за 15 мин при использовании Генератора элюента EG40.

Неорганические катионы

Высокочувствительное и высокоэффективное ионохроматографичес-кое определение катионов щелочных и щелочноземельных металлов также служит рутинным методом анализа в мировой аналитической практике. На рис.4 приведена хроматограмма быстрого изократического разделения катионов I и II групп.

Амины

Создание высокоэффективных сорбентов для катионного анализа позволяет проводить одновременное определение катионов щелочных и щелочноземельных металлов и алифатических и ароматических аминов на одной колонке (рис. 5).

10

УЫ

1

Пики:

1 — фторид, 2,0

2 — хлорид 3,0

3 — нитрит 5,0

4 — бромид 10,0

5 — нитрат 10,0

б — фосфат 15,0

7 — сульфат 15,0

Мин 10

Рис. 1. Изократическое разделение семи стандартных анионов на колонке ¡аиРас AS4A-SC 4 х 250 мм

ПИВО И НАЛИТСИ

6•2004

1

2

7

0

0

5

Пики:

1 — фторид 1

2 — хлорит 5

3 — бромат 5

4 — хлорид 1,5

5 — нитрит б

6 — бромид 10

7 — хлорат 15

8 — нитрат 15

9 — фосфат 20

10 — сульфат 25

Рис. 2. Изократическое разделение стандартных анионов и оксихалидов на колонке ¡аиРас AS9-SC 4 х 250 мм

10

14

26 28 34

29 3031

27

и

32

Мин

15

Пики:

1 — изопропил- 18 — хлорат 3

метилфосфонат 5 (мг/л) 19 — селенит 5

2 — хинат 5 20 — карбонат 5

3 — фторид 1 21 — малонат 5

4 — ацетат 5 22 — малеат 5

5 — пропионат 5 23 — сульфат 5

б — формиат 5 24 — оксалат 5

7 — метилсульфонат 5 25 — кетомалонат 10

8 — пируват 5 26 — вольфрамат 10

9 — хлорит 5 27 — фталат 10

10 — валериат 5 28 — фосфат 10

11 — монохлорацетат 5 29 — хромат 10

12 — бромат 5 30 — цитрат 10

13 — хлорид 2 31 —трикарбаллилат 10

14 — нитрит 5 32 — изоцитрат 10

15 — трифторацетат 5 33 — цис-аконитат 10

1б — бромид 3 34 — транс-аконитат 10

17 — нитрат 3

Рис. 3. Градиентное разделение смеси неорганических анионов и анионов органических кислот на колонке IonPac AS11 4 х 250 мм при использовании Генератора элюента EG40

14

^S

Мин

Пики:

1 — литий

2 — натрий

3 — аммоний

4 — калий

5 — рубидий

6 — цезий

7 — магний

8 — кальций

Рис. 4. Быстрое изократическое разделение катионов I и II групп на колонке 1опРас СS¡2А 3 х 150 мм

1 1

3 45 6 7

10

10 12

Пики:

1 — литий

2 — натрий

3 — 2-диэтиламиноэтанол

4 — морфолин

5 — этаноламин

6 — аммоний

7— 5-амино-1-пентанол

8 — магний

9 — кальций

10— 3-диметиламинопропиламин

11 — калий

12 — циклогексиламин

-1

12 16 Мин

0,5 (мг/л) 2,0 10,0 10,0 10,0 2,5 20,0 2,5 5,0 10,0 5,0 15,0

Рис. 5. Градиентное разделение аминов и стандартных неорганических катионов на колонке 1опРас СS¡5 4 х 250 мм Шопех, США)

-1-1-1-1-1-г

0 2 4 6 8 10 12 14

Пики:

1 — железо

2 — медь 1,3

3 — никель 2,6

4 — цинк 1,3

5 — кобальт 1,3

б — кадмий 6,0

7 — марганец 2,6

8 — железо (II) 1,3

Рис. 6. Разделение переходных металлов на колонке IonPac CS5A 4 х 250 мм

Переходные металлы

Если перед аналитиком стоит задача определения подвижной формы переходных металлов или металлов в определенной степени окисления, то решить ее можно только с помощью ионной хроматографии. В отличие от предыдущих примеров, где детектирование аналитов происходит на кондук-тометрическом детекторе с использованием подавителей, в данном приме-

ре детектирование определяемых компонентов происходит после пост-колоночной дериватизации на адсорбционном детекторе (рис. 6).

Ионная хроматография — прекрасно разработанный, высокоэффективный и быстрый метод анализа для очень широкого ряда наиболее часто определяемых аналитов в водах любого типа. Отсутствие сложной пробо-подготовки, высокая чувствительность определения, быстрота анализа

и большое разнообразие определяемых компонентов в воде делают этот метод идеальным для аналитических лабораторий, проводящих рутинный анализ воды любого состава — от высокочистой до стоков и выбросов предприятий и коммунальных хозяйств.

По материалам корпорации Dionex, США

6•2004

ПИВО " "ЛПИТКИ

23

24

25

13

0

0

9

8

2