Sparen Sie Zeit und Geld mit Metrohm Inline-Probenvorbereitungslösungen

28.11.2022

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Warum ist die Probenvorbereitung vor der Trennung für Ihre Analyse so wichtig?

Wenn Ionenchromatographie (IC) als Analysetechnik eingesetzt wird, können die Proben oft nicht direkt auf die Trennsäule injiziert werden. Dafür sind mehrere Gründe möglich: Die Proben können Partikel oder Kolloide enthalten, die Analytkonzentration kann zu hoch oder zu niedrig sein, die Probenmatrix ist für eine direkte Injektion ungeeignet, oder die Probe muss erst neutralisiert werden. Dies sind häufige und manchmal aufwändige Herausforderungen in der täglichen Laborarbeit. Die Metrohm Inline Sample Preparation (MISP)-Techniken bieten ein breites Spektrum an einfachen, kosten- und zeitsparenden Lösungen für die aufgeführten Situationen.

Dieser Artikel vermittelt einen Überblick über die MISP-Techniken für die automatisierte Inline-Probenvorbereitung von verschiedenen Matrices für die IC-Analyse. Der Einsatz von MISP ist der erste Schritt, um Zeit und Geld zu sparen und gleichzeitig die Zuverlässigkeit und Präzision Ihrer Messungen zu erhöhen.

Flgende Themen werden besprochen (durch Klicken gelangen Sie direkt zum entsprechenden Thema):

Einführung in MISP
Die gängigsten Inline-Probenvorbereitungslösungen von Metrohm: Ultrafiltration, Dialyse, Verdünnung und Partial Loop Injection
Metrohm Inline Extraktion
Metrohm InlineVorkonzentration
Metrohm Inline-Vorkonzentration mit Inline-Matrixeliminierung
Metrohm Inline Neutralisation
Metrohm Inline Kationenentfernung
Zusammenfassung

Abbildung 1. Metrohm bietet Dosiereinheiten mit unterschiedlichen Volumen (2, 5, 10, 20 und 50 mL) an, um die Anforderungen an das Liquid Handling für nahezu jede Laboranwendung zu erfüllen.

Einführung in MISP

Im Akronym "MISP" (Metrohm Inline Sample Preparation) steckt der Begriff "inline" - die automatisierte Art der Probenvorbereitung in den IC-Systemen von Metrohm. Das zugrundeliegende Konzept besteht darin, dass der Analytiker eine Probe nur dann manuell bearbeiten muss, wenn er sie auf den Autosampler legt. Die spezifischen Schritte der Probenvorbereitung werden von diesem Moment an automatisch "inline" vom System erledigt. Die hohe Reproduzierbarkeit der vollständig automatisierten Probenvorbereitung schliesst manuelle Eingriffe (z. B. ungleiche Handhabung, Verzerrungen oder andere Fehler bei der manuellen Probenvorbereitung) aus, die zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen führen könnten. Es ist erwiesen, dass automatisierte Abläufe die Präzision und Zuverlässigkeit der Analyseergebnisse deutlich erhöhen.

Mit unseren patentierten Dosinos (Abbildung 1) bietet Metrohm das perfekte Werkzeug für hochpräzises, genaues Liquid Handling. Die Dosino-Technologie sorgt dafür, dass Volumina bis in den einstelligen µL-Bereich schnell und präzise abgemessen und transferiert werden können.

Alle Schritte der Inline-Probenvorbereitung betreffen den Autosampler, auf dem die Proben platziert werden und die Injektion der Probe auf die Analysesäule mit dem 6-fach-Ventil (Abbildung 2).

Die gängigsten Inline-Probenvorbereitungslösungen von Metrohm: Ultrafiltration, Dialyse, Verdünnung und Partial Loop Injection

Viele Arten von Proben enthalten Partikel (z.B. Abwasser, Flusswasser, etc.), welche niemals direkt auf die Trennsäule injiziert werden sollten. Mit der Ultrafiltration werden die Partikel vor der Injektion aus der Probe entfernt. Die Inline-Ultrafiltration ist vollautomatisch und erfordert keine manuelle Probenfiltration. Das spart Zeit und Aufwand sowie die Kosten für Verbrauchsmaterialien wie z.B. Einwegfilter.

Klicken Sie auf das Video, um zu sehen, wie das Prinzip der Inline-Ultrafiltration funktioniert.

Eine wirtschaftliche Lösung, mit der sich Kolloide, Proteine oder Öltröpfchen einfach aus stark organisch belasteten Probenmatrices entfernen lassen, ist die Inline-Dialyse. Im Gegensatz zur traditionellen Carrez-Fällung entfallen zahlreiche manuelle Schritte, was die Inline-Dialyse zu einer wirtschaftlichen und unkomplizierten Technik für die Analyse komplexer Proben wie Obst- und Gemüsesäfte, Milch oder andere Molkereiprodukte macht. Sowohl die Inline-Ultrafiltration als auch die Dialyse sorgen für die längste Lebensdauer der Trennsäulen und schützen IC-Systeme vor unnötigen Ausfallzeiten.

Die Metrohm Partial-Loop-Injektionstechnik (MiPT) oder die Inline-Verdünnung können dem Ultrafiltrationsaufbau hinzugefügt werden, wenn der Konzentrationsbereich der Probe ausserhalb des Kalibrierungsbereichs liegt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der MiPT- oder Inline-Verdünnung ist die Möglichkeit, eine automatische Inline-Kalibrierung mit nur einer Standardlösung durchzuführen. Dies spart wiederum wertvolle Zeit, die sonst für die Vorbereitung von Standardserien aufgewendet werden müsste, und erhöht zusätzlich die Zuverlässigkeit der Daten, da Pipettier- und Berechnungsfehler auf ein Minimum reduziert werden.

Abbildung 3 zeigt auf, wie durch die Metrohm Probenvorbereitung Kosten gespart werden können. Diese Zahlen stammen von einem US-amerikanischen Auftragslabor, das etwa 14'000 Proben pro Jahr auf einem Metrohm-IC-System analysiert. Abgesehen von der Verlängerung der Säulenlebensdauer mit der Inline-Ultrafiltration und der Anpassung der Probenkonzentration mit der automatisierten Inline-Verdünnung zeigen diese Daten deutlich, dass die Anwendung von MISP-Techniken auf die IC-Analytik auch einen grossen Einfluss auf die Kosteneinsparungen hat.

Die Probenmatrizen sind sehr unterschiedlich, was spezifischere MISP-Techniken erforderlich macht (Abbildung 4). Diese werden in den folgenden Abschnitten näher erläutert.

Metrohm Inline Extraktion

Die Extraktion ist ein üblicher Schritt der Probenreinigung und -vorbereitung und ermöglicht den Transfer von Bestandteilen aus einem Medium in ein anderes und weiter die Analyse von ionischen Bestandteilen in unpolaren organischen Matrices. Es gibt viele verschiedene Extraktionsverfahren, z.B. die klassische Flüssig-Flüssig-Extraktion. Als automatisiertes Verfahren wird die Metrohm-Inline-Extraktion, ein Flüssig-Flüssig-Verfahren, eingesetzt, um wasserlösliche Komponenten aus einer unpolaren organischen Phase (z.B. Bioethanol) in die wässrige Phase zu überführen - essentiell für die IC-Analyse. Eine definierte Menge der Probe (organische Phase) wird in das Verdünnungsgefäss überführt, in dem das Medium (in der Regel Reinstwasser) zugegeben und eine bestimmte Zeit lang gerührt wird. Es bilden sich zwei Phasen, wobei die wässrige Phase nun alle extrahierbaren wasserlöslichen Bestandteile der ursprünglichen Probe enthält. Die verbleibenden organischen Tröpfchen werden in der anschliessenden automatisierten Metrohm-Inline-Dialyse aus dieser Phase entfernt.

Metrohm Inline Vorkonzentration

Für jede Analysemethode gibt es Grenzwerte für die kleinste nachweisbare Konzentration. Bei der Ionenchromatographie liegen diese Grenzen je nach verwendetem System zwischen 0,1 µg/L und 100 µg/L bei einer Vollschleifeninjektion von 20 µL. Die Metrohm Inline Preconcentration erhöht die Messempfindlichkeit erheblich und ermöglicht genaue Messungen in Konzentrationsbereichen bis hinunter in den ng/L-Bereich.

Bei dieser MISP-Technik wird anstelle einer Probenschleife eine Anreicherungssäule (PCC) verwendet. Diese Säule weist funktionelle Eigenschaften auf, die denen von Trennsäulen sehr ähnlich sind: Wenn ein definiertes Probenvolumen über die PCC geleitet wird, werden die relevanten Ionen zurückgehalten. Durch Injektion werden die angesammelten Ionen mit dem Eluenten auf die Trennsäule eluiert.

Klicken Sie auf das Video, um zu sehen, wie die Metrohm Inline Preconcentration funktioniert.

Intelligente Anreicherung mit Inline-Matrixeliminierung

Die Metrohm Intelligente Anreicherungstechnik mit Matrixeliminierung (MiPCT-ME) ermöglicht die Bestimmung geringer Konzentrationen von Analyten in einer nichtionischen Matrix mit einer hohen Reproduzierbarkeit. Die Probe wird durch eine Anreicherungssäule gepumpt, so dass die Anlytionen zurückgehalten werden. Die nichtionischen Bestandteile der Probe, die noch in der Anreicherungssäule sind, werden von dieser mit Reinstwasser gespült.

Das Entfernen der nichtionischen Bestandteile aus der Probe verhindert, dass diese die Analyse der Analytionen stören. Mit MiPCT-ME (Abbildung 5) lassen sich Konzentrationen zwischen ng/L und mg/L mit einem hohen Grad an Präzision und Genauigkeit messen. Diese automatisierte Inline-Probenvorbereitungstechnik wird im Allgemeinen für die Spurenanalyse in Matrizes wie Methanol, Wasserstoffperoxid, Isopropanol, Ethanol, Prozesswässern von Kernkraftwerken und Chemikalien in Halbleiterqualität verwendet.

Metrohm Inline-Neutralisation

Stark alkalische oder saure Proben können zu Problemen führen bei der Ionenchromatographie, da sie die Trennsäule schädigen und die Trennleistung direkt beeinflussen können. Diese Arten von Proben können von Natur aus sauer oder alkalisch sein oder es handelt sich um saure bzw. alkalische Aufschlüsse, die notwendig sind um Analyten aus Böden, Textilien oder anderen festen Matrizen zu extrahieren. Mithilfe der Metrohm Inline[HS1] -Neutralisation können solche Proben während der Probeninjektion vollautomatisch neutralisiert und anschließend ohne manuellen Eingriff direkt analysiert werden. Diese Technik eignet sich auch Ultraspurenanalytik. Nach der Inline-Neutralisation können auch stark alkalische Proben angereichert werden, was Analysen von Konzentrationen im im ng/L-Bereich ermöglicht.

Metrohm Inline-Kationenentfernung

Metrohm Inline-Kationenentfernung ist ein besonders praktisches Werkzeug, um beispielsweise Übergangsmetalle aus Galvanikproben zu entfernen. Die Metallionen werden gegen Natrium (Na⁺) im Probenvorbereitungsmodul (SPM) getauscht. Ein einfacher Austausch gegen Protonen ist manchmal nicht möglich, speziell bei Proben aus der Galvanotechnik, da hierbei zu saure Proben entstehen würden. Die Inline-Kationenentfernung verhindert die Ausfällung von Metallhydroxiden im IC-System. Die Analyse mit integrierter Inline-Kationenentfernung funktioniert vollautomatisch, robust und zuverlässig.

Zusammenfassung

MISP-Techniken bieten Laboren viele Möglichkeiten, um ihre herausfordernden, manuellen Probenvorbereitungen, zu automatisieren. Die Ergebnisse sind eindeutig:

weniger Zeit wird für lästige, sich wiederholende Aufgaben aufgewendet
Daten sind zuverlässiger und reproduzierbar, wenn manuelle Fehler minimiert werden
Kosteneinsparungen durch reduzierten manuellen Arbeitsaufwand und höheren Probendurchsatz

Weitere Highlights für die Metrohm Inline-Probenvorbereitung sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

MISP Highlights
Einzigartige, teilweise patentierte und vollautomatische Probenvorbereitungen
Inline-Transfer einer festen, flüssigen oder gasförmigen Probe bis zur Injektion
Verbessert die Präzision und Genauigkeit der Analysenergebnisse
Minimiert die Bearbeitungszeit
Reduziert manuelle Schritte
Garantiert die Rückverfolgbarkeit für jeden Probenvorbereitungsschritt
Minimiert das Kontaminationsrisiko
Erschließt neue Anwendungsgebiete
Selbstoptimierende Analysen basierend auf logischen Entscheidungen des Systems
Professionelles Liquid Handling dank Dosino-Technologie

Je nach Anwendung bietet Metrohm verschiedene an ProfIC Vario-Systeme bestehend aus automatisierten MISP-Techniken kombiniert mit einem voll ausgestatteten 940 Professional IC Vario inklusive Automatisierung.