Việc lựa chọn pha động phù hợp trong sắc ký là rất quan trọng — đặc biệt là đối với sắc ký trao đổi ion (còn gọi là sắc ký ion hoặc IC) — cũng như việc lựa chọn cột phân tách thích hợp. Cả hai yếu tố này cần hoạt động hài hòa để đạt được hiệu suất tách tối ưu. Trong sắc ký, chúng ta thường nhắc đến Mô hình tam giác phụ thuộc (triangle of dependency) – mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau giữa chất phân tích, pha tĩnh và pha động. Bài viết này tập trung vào phần pha động trong tam giác đó, bằng cách thảo luận về vai trò của pha động trong IC, các loại pha động được sử dụng, và những điều cần lưu ý khi lựa chọn và chuẩn bị pha động cho ứng dụng cụ thể của bạn.
Nhấn vào để chuyển đến chủ đề sau:
Hình 1 minh họa cách khái niệm này được áp dụng cụ thể trong sắc ký ion. Mỗi thành phần trong ba yếu tố—chất phân tích, pha tĩnh và pha động—đều đóng vai trò quan trọng và có sự liên kết trong quá trình tách. Việc thay đổi một thành phần sẽ ảnh hưởng đến các thành phần còn lại. Nếu sự cân bằng giữa chúng bị phá vỡ, điều đó có thể ảnh hưởng tiêu cực đến độ phân giải peak, thời gian lưu của chất phân tích và hiệu suất tổng thể của phương pháp.
Việc hiểu rõ tam giác này là điều cần thiết để xây dựng các phương pháp sắc ký ion hiệu quả. Việc này cung cấp một khuôn khổ đơn giản để xử lý sự cố và tối ưu hóa chiến lược phân tách dành cho các phân tích cụ thể. Việc hiểu rõ tính chất của pha động có thể ảnh hưởng đến quá trình tách chất là rất quan trọng. Điều này cho phép bạn tận dụng các tính chất đó để đạt được hiệu suất tốt nhất trong phân tích IC.
Trong sắc ký, pha động là dung dịch có nhiệm vụ vận chuyển các chất phân tích qua cột phân tách (pha tĩnh) (Hình 2). Trước khi đi vào bơm áp suất cao, pha động được khử khí bằng bộ khử khí pha động. Sau đó, pha động đi qua bộ tiêm mẫu (hình minh họa với bộ tiêm mẫu 6/2) trước khi qua cột. Các chất phân tích được phát hiện sau khi đi qua cột.
Quá trình khử nhiễu nền trong sắc ký ion được sử dụng để loại bỏ ảnh hưởng độ dẫn điện từ pha động. Điều này giúp giảm nhiễu nền xuống mức tối thiểu, cho phép tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao hơn cho các peak thu được.
Bước khử nhiễu này diễn ra tại vị trí giữa cột và đầu dò. Trong sắc ký ion, pha động thường được tạo từ các acid, base hoặc muối. Thành phần cụ thể phụ thuộc vào điện tích của ion cần tách. Đối với phân tích anion, pha động thường là hỗn hợp sodium carbonate / sodium bicarbonate, sodium hydroxide hoặc potassium hydroxide. Pha động dùng trong phân tích cation thường dựa trên nồng độ thấp của nitric acid, sulfuric acid hoặc methanesulfonic acid.
Cũng giống như trong tất cả các phương pháp sắc ký lỏng, pha động trong IC là thông số dễ thay đổi nhất để điều chỉnh quá trình tách chất phân tích. Ngược lại, cột phân tách và đầu dò thường được xác định trước.
Việc lựa chọn pha động phù hợp có thể được thực hiện dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau. Các thông số sau đây cần được cân nhắc, bên cạnh những yếu tố khác [1–8]:
Pha động không nên gây nhiễu đến phương pháp phát hiện, ví dụ như có độ dẫn nền cao, độ hấp thụ UV cao tại cùng bước sóng với chất phân tích, hoặc phản ứng với các chất phân tích mục tiêu. Điều này đảm bảo độ ổn định đường nền, khả năng tái lập thời gian lưu và độ nhạy cao nhất có thể [4].
Các hóa chất dùng để chuẩn bị pha động không nên gây ra phản ứng không mong muốn với pha tĩnh và phải ổn định về mặt hóa học để tránh nhiễu hoặc phân hủy trong quá trình phân tích [5]. Do đó, cần nắm rõ các đặc tính của pha tĩnh. Các nhà sản xuất thường nêu rõ các điều kiện tiêu chuẩn cũng như giới hạn của pha tĩnh—ví dụ như khoảng pH phù hợp hoặc khả năng thêm vào các chất điều chỉnh hữu cơ.
Xem thêm bài blog liên quan của chúng tôi để tìm hiểu thêm về cách chọn cột IC và tối ưu hóa quá trình tách chất phân tích.
Best practice for separation columns in ion chromatography (IC) – Part 2
Thành phần của pha động ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tách các ion mục tiêu vì nó ảnh hưởng đến thời gian lưu của chúng. Các yếu tố quan trọng cần xem xét được liệt kê dưới đây.
Thay đổi pH của pha động dẫn đến sự dịch chuyển cân bằng phân ly của chất phân tích, do đó làm thay đổi thời gian lưu của chất phân tích (Hình 5).
pH phải được duy trì trong phạm vi ngăn ngừa sự phân hủy hoặc thay đổi pha tĩnh, đặc biệt là với các cột silica, vốn nhạy cảm với các điều kiện pH quá cao hay quá thấp [7,9].
Hơn nữa, các phương pháp phát hiện như độ dẫn và hấp thu UV rất nhạy cảm với thay đổi pH. Việc cố định pH giúp giảm thiểu nhiễu nền và tăng độ nhạy của phép đo [8].
Khuyến nghị của chúng tôi cho việc tách ion là trước tiên tách các ion đơn nguyên tử, sau đó đến các ion đa. Việc đưa các ion đa nguyên tử vào giữa các ion đơn giá bằng cách tăng độ mạnh pha động hoặc thay đổi pH pha động có thể gây ra nhiều rủi ro. Các quá trình tách này (và do đó độ phân giải peak) đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi sự lão hóa cột và sự khác biệt giữa các lô.
Việc bổ sung dung môi hữu cơ (ví dụ: methanol, acetone hoặc acetonitrile) vào pha động nước thường không ảnh hưởng nhiều đến thời gian lưu của các ion không phân cực được (ví dụ: fluoride, chloride, sodium, calcium, v.v.). Các ion phân cực được và kém ưa nước hơn (ví dụ: iodide, thiocyanate, organic ammonium cation, v.v.) thường được rửa giải sớm hơn khi sử dụng chất điều chỉnh hữu cơ.
Ngoài ra, các chất điều chỉnh hữu cơ thường được sử dụng để tăng cường quá trình ion hóa phun điện tử (electrospray ionization) khi ghép nối sắc ký ion với máy khối phổ. spectrometer.
Các tác nhân tạo phức được sử dụng để đạt được sự tách tốt hơn giữa các ion kim loại kiềm. Việc thêm 18-crown-6-ether (1,4,7,10,13,16-hexaoxacyclooctadecane) vào pha động giúp cải thiện đáng kể việc tách Na⁺, NH₄⁺ và K⁺. Việc điều chỉnh này đặc biệt hữu ích để xác định hàm lượng NH₄⁺ ở mức vết trong các mẫu nước tự nhiên có nồng độ K⁺ cao.
Hình 9 cho thấy thời gian lưu trữ K+ tăng đáng kể sau khi thêm 18-crown-6-ether vào dung dịch rửa giải (Bảng 1). Điều này có thể được giải thích bởi sự hình thành phức K⁺–18-crown-6-ether như thể hiện trong Hình 10, có kích thước lớn hơn đáng kể. Thời gian lưu của kali tăng do cản trở lập thể, từ đó tạo khoảng cách lớn hơn với NH₄⁺. Kết quả là sẽ không có sự nhiễu với ammonium ngay cả khi nồng độ potassium cao.
| Peak | Component | RT [min] | RT [min] (18-crown-6) |
|---|---|---|---|
| 1 | Lithium | 4.31 | 4.25 |
| 2 | Sodium | 5.60 | 5.61 |
| 3 | Ammonium | 6.28 | 6.42 |
| 4 | Potassium | 8.46 | 10.39 |
| 5 | Calcium | 17.47 | 17.00 |
| 6 | Magnesium | 20.78 | 20.00 |
Axit dicacboxylic tạo phức với nhiều cation hóa trị hai. Thông thường, các phức này có điện tích thấp hơn. Do đó, khi dicarboxylic acidđược thêm vào pha động, các cation đa hóa trị sẽ bị giữ yếu hơn và rửa giải sớm hơn. Mức độ tăng tốc này phụ thuộc vào hằng số tạo phức của từng loại cation.
Hình 11 cho thấy hiệu ứng này đối với magnesium, calcium và kẽm khi sử dụng dipicolinic acid (còn gọi là pyridine-2,6-dicarboxylic acid, PDC hoặc DPA) làm chất điều biến pha động. So với calcium hoặc magnesium, kim loại chuyển tiếp kẽm tạo phức mạnh hơn nhiều với dipicolinic acid. Do đó, nó bị ảnh hưởng mạnh ngay cả ở nồng độ thấp của chất tạo phức này. Trong sắc ký đồ b), kẽm đã được rửa giải trước cả lithium, và trong sắc ký đồ c), kẽm đã hoàn toàn tạo phức và rửa giải cùng với injection peak. Độ phân giải giữa magnesium và calcium bị giảm trong sắc ký đồ b), trong khi ở c), calcium đã rửa giải trước magnesium. Chất điều biến này được sử dụng để rút ngắn thời gian phân tích calcium và magnesium cùng với các cation kim loại kiềm.
| Peak | Component | RT [min] (a) | RT [min] (b) | RT [min] (c) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Sodium | 6.79 | 6.50 | 5.39 |
| 2 | Potassium | 10.42 | 9.93 | 8.08 |
| 3 | Magnesium | 33.05 | 29.90 | 19.05 |
| 4 | Zinc | 38.24 | 3.38 | – |
| 5 | Calcium | 44.48 | 35.87 | 16.08 |
Sau khi bạn đã xác định được pha động phù hợp với nhu cầu tách của mình, bạn có thể cân nhắc đến việc tự động hóa. Có một số phương pháp để tự động hóa quá trình chuẩn bị pha động. Một trong số đó là chuẩn bị dung dịch pha động nồng độ cao, từ đó bạn có thể tự động pha loãng đến nồng độ mong muốn một cách chính xác. Merck cung cấp các dung dịch đậm đặc cho tất cả các pha động tiêu chuẩn của cột Metrohmor. Các dung dịch nồng độ cao này có thể được pha loãng tự động, ví dụ bằng thiết bị 941 Eluent Production Module.
Ngoài ra, đối với các pha động hydroxide như NaOH, KOH hoặc LiOH, thiết bị 948 Continuous IC Module, CEP là một lựa chọn lý tưởng. Thiết bị này có thể liên tục tạo pha động hydroxide bằng phương pháp điện phân sử dụng dung dịch hydroxide nồng độ cao.
Pha động là một phần quan trọng trong mô hình tam giác phụ thuộc của sắc ký ion. Các bước chuẩn bị đúng cách, thuốc thử hóa học được sử dụng và nhiều yếu tố khác là những điểm cần được cân nhắc trước khi chuẩn bị pha động. Việc lựa chọn và chuẩn bị pha động phù hợp là yếu tố then chốt để có được kết quả sắc ký ion chính xác và ổn định.
Để mở rộng kiến thức về sắc ký ion, hãy tải về các chuyên khảo bên dưới và bắt đầu làm việc với thiết bị IC của bạn.
[1] Kromidas, S. The HPLC Expert; Wiley-VCH: Weinheim, 2016.
[2] Haddad, P. R.; Jackson, P. E. Ion Chromatography; Journal of Chromatography Library; Elsevier: Amsterdam, 1990.
[3] Schäfer, H.; Läubli, M. Monograph: Ion Chromatography; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2023. https://www.metrohm.com/en/products/8/1085/81085077.html
[4] Liu, Y.; Kaiser, E.; Avdalovic, N. Determination of Trace-Level Anions in High-Purity Water Samples by Ion Chromatography with an Automated On-Line Eluent Generation System. Microchemical Journal 1999, 62 (1), 164–173. DOI:10.1006/mchj.1999.1699
[5] Zou, J.; Motomizu, S.; Fukutomi, H. Reversed-Phase Ion-Interaction Chromatography of Inorganic Anions with Tetraalkylammonium Ions and Divalent Organic Anions Using Indirect Photometric Detection. Analyst 1991, 116 (12), 1399–1405. DOI:10.1039/AN9911601399
[6] Wahab, M. F.; Anderson, J. K.; Abdelrady, M.; et al. A. Peak Distortion Effects in Analytical Ion Chromatography. Anal. Chem. 2014, 86 (1), 559–566. DOI:10.1021/ac402624a
[7] Martin, D. Column Chromatography; IntechOpen, 2013.
[8] Motomizu, S.; Oshima, M.; Hironaka, T. Ion-Exchange Chromatographic Determination of Anions by Indirect Photometric Detection: Comparison of Eluent Ions with Respect to Sensitivity Enhancement. Analyst 1991, 116 (7), 695–700. DOI:10.1039/AN9911600695
[9] Acikara, Ö. B. Ion-Exchange Chromatography and Its Applications. From the Edited Volume Column Chromatography, Edited by Dean F. Martin and Barbara B. Martin, InterOpen 2013. DOI:10.5772/55744
[10] Metrohm AG. Column Manual A Supp 19 (6.01034.4x0); 8.107.8013EN / 2023-03-08; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2023.
[11] Kolb, M.; Seubert, A.; Schäfer, H.; Läubli, M. (Editor). Monograph: Practical Ion Chromatography, 3rd ed.; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2020. https://www.metrohm.com/en/products/8/1085/81085069.html
Monograph: Practical Ion Chromatography – An Introduction
Monograph: Advanced Detection Techniques in Ion Chromatography
Technical poster: Effect of eluent composition and column temperature on IC column retention times
Brochure: 941 Eluent Production Module – Inline eluent production for ion chromatography
Column manual: Metrosep A Supp 19
The fully revised and updated second edition of the monograph «Ion Chromatography» provides an in-depth exploration of the theory and practical applications of ion chromatography. Additionally, detailed discussions on the theory, detection methods, and separation column types are included.
Chia sẻ bài viết
