کروماتوگرافی یونی و کاربرد آن در آنالیز آب

آنالیز کروماتوگرافی (Chromatography Analysis) یک تکنیک آزمایشگاهی برای جداسازی اجزاء یک مخلوط است. آنالیز کروماتوگرافی با عبور یک فاز متحرک از روی یک فاز ساکن انجام شده و اجزاء نمونه را یکدیگر جدا می کند. در این روش مواد تشکیل دهنده مختلف موجود در یک ترکیب با سرعت های مختلفی در فاز ثابت حرکت می کنند و همین باعث جدا شدن آنها می شوند. در آنالیز کروماتوگرافی جداسازی مبتنی بر حرکت بین فازهای متحرک و ثابت است.

کروماتوگرافی یونی چیست؟

دستگاه کروماتوگرافی یونی برای اندازه‌گیری آنیون ها و کاتیون ها مختلف درنمونه‌های گوناگون در صنعت آب، آزمایشگاهها ، محیط زیست و ... استفاده می شود. روش Ion کروماتوگراف بسیار سودمند برای آنالیز یونهای معدنی می‌باشد چرا که هم، زمان کمتر و همچنین از حد تشخیص بالاتری در مقایسه با سایر روش ها برخوردار است. با استفاده از دستگاه یون کروماتوگراف یا همان Ion کروماتوگراف می توان یون های نیترات، فسفات و همچنین آنیون هایی مانند برم، کلر، فلوئور، نیتریت و سولفات و کاتیون هایی همچون سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و باریم را براحتی و در زمان کمتری اندازه گیری نمود.

جهت توصیف ویژگی های آبها و نیز ارزیابی نیاز به تصفیه خاص برای آبها، اغلب آنیونهای متداول مثل بروماید، کلراید، فلوراید، نیترات، نیتریت فسفات و سولفات و هم چنین کاتیون هایی چون لیتیم، سدیم، آمونیوم، کلسیم، منیزیوم، باریم تعیین می شوند.

کاربرد کروماتوگرافی یونی

در بررسی کاربرد کروماتوگرافی یونی در اندازه گیری آنیونها و کاتیونها موضوع حائز اهمیت این است که اخیرا نیاز به اندازه گیری غلظت محصولات جانبی گند زدایی از نوع کلریت، کلرات و برومات گسترش یافته است. اگر چه روش های متداولی نظیر رنگ سنجی الکترومتری و تیتراسیون برای اندازه گیری تک تک آنیون ها و کاتیون ها موجود است اما کروماتوگرافی یونی یک روش دستگاهی است که می تواند یون ها را با سرعت و پی در پی اندازه گیری کند.

از این روش بعد از فیلتراسیون جهت حذف ذرات بزرگتر از 0.45 میکرون می توان برای آبهای سطحی، زیر زمینی و فاضلاب علاوه بر اب آشامیدنی استفاده کرد.

برخی آبهای صنعتی مثل آب بویلرها و آب خنک کننده ها را نیز می توان با این روش آنالیز کرد. به علاوه از این روش می توان برای آبهای تصفیه شده، تصفیه نشده و در مراحل مختلف تصفیه استفاده کرد.

تجهیزات: 

• کروماتوگراف یونی : شامل دریچه تزریق ، نمونه ، ستون محافظ ، ستون تجزیه ای ، قطعه فرونشاننده ، یک سل هدایت سنج با حجم کوچک ( 6 میکرولیتر یا کمتر ) و آشکارساز مجهز به سیستم جبران کننده دما و یک ثبت کننده پیک بصورت الکترونیکی با یک نرمافزار ثبت داده های کروماتوگرافی از دستگاه کروماتوگرافی استفاده کنید که بتواند سرعت 2 تا 5 میلی لیتر شوینده /دقیقه در فشار 5600 تا 280000 کیلوپاسکال (800 تا 4000 psi ) را تامین نماید.
• ستون تجزیه ای : هر ستون تعویض آنیونی تجاری موجود که قادر به حذف فلوراید ، بروماید ، کلراید، نیترات ، نیتریت ، فسفات و سولفات بطور قابل استفاده است.
• ستون محافظ: تحت عنوان ستون جداکننده است که از تخریب ستون اصلی توسط ذرات معلق یا مواد آلی جلوگیری می کند .
• قطعه فرونشاننده : این قطعه را که اساس کار آن تعویض یون می باشد، بین ستون و آشکارساز قرار دهید تا رسانایی زمینه فاز شوینده را کاهش دهد و موجب افزایش رسانایی نمونه های مورد نظر گردد. چندین مدل از این قطعه با عملکردهای مختلف بصورت تجاری در دسترس هستند . هریک از آنها که حساسیت و پایداری مورد نیاز را داشته باشند ، قابل استفاده است .
• سیستم ارزیابی داده ها: ترجیحا کامپیوتر با نرم افزار قادر به دستیابی و پردازش داده های کروماتوگرافی می توان از یک انتگراتور نیز استفاده کرد .
• تزریق کننده نمونه : تزریق کننده نمونه اتوماتیک یا تزریق کننده دستی ، وسیله اتوماتیک باید قادر به تزریق حداقل حجم نمونه 10µ باشد

جداسازی آنیون ها با کروماتوگرافی یونی همراه با فرونشاننده شیمیایی هدایت الکتریکی فاز شوینده:

کلیات : نمونه آب به جریانی از فاز شوینده تزریق شده و از میان یک سری تعویض کننده های یونی عبور می کند . آنیونها بر اساس تمایل نسبی آنها به ظرفیت پایین ، تبادل کننده های پایه آنیونی ( ستون محافظ و ستون تجزیه ) ، جداسازی می شوند . آنیونهای جدا شده مستقیما وارد یک وسیله فرونشاننده می شوند که به طور پیوسته باعث فرونشاندن رسانش فاز شوینده شده و موجب بالا رفتن پاسخ آنالیت می گردد . در درون فرونشاننده آنیونهای جداسازی شده به فرم اسیدیشان با هدایت بالا تبدیل می شوند و این در حالیست که رسانایی فاز شوینده بسیار کم شده است . هدایت الکتریکی آنیونهای جداسازی شده به فرم اسیدی ، اندازه گیری شده و مقدار کمی آنها با اندازه گیری سطح زیر پیک یا ارتفاع پیک بدست می آید.

اصول جداسازی و تشخیص در یون کروماتوگرافی:

اصول کلی : جداسازی کاتیون های لیتیم ، سدیم، آمونیوم ، پتاسیم ، منگنز ، کلسیم ، منیزیم ، استرانسیوم و باریوم به روش کروماتوگرافی یونی مایع با استفاده از ستون جداسازی انجام می شود . در روش کروماتوگرافی مایع از یک ستون جداسازی ، یک مبادله کننده کاتیونی با ظرفیت پایین به عنوان فاز ثابت و معمولا محلول آبی مونو و دی بازیک اسیدها به عنوان فاز متحرک استفاده می شود . این کاتیونها بوسیله قابلیت رساناییشان آشکار می شوند . این یک اصل است که حلال های شستشو رسانایی پایین مناسبی داشته باشند . به این منظور ، یک آشکارساز هدایتی (CD ) اغلب با یک وسیله بازدارنده برای مثال : یک مبادله کننده آنیونی ترکیب می شود تا هدایت حلال شستشو و انتقال کاتیون های مجزا را در بنیان های مربوطه کاهش دهد.

در یک آشکارساز هدایتی بدن عامل حذف مزاحمت شیمیایی ، تفاوت بین هدایت یون های هم ارز ، به طور مستقیم بعد از ستون اندازه گیری می شود . این تفاوت باید به ارتفاع مناسب رسیده و دمای سل آشکارساز در0.1±درجه سلسیوس ثابت باشد.

غلظت کاتیون های مربوطه توسط یک روش جامع کالیبراسیون تعیین می شود . در حالت های خاص می تواند کالیبراسیون به روش افزایش استاندارد انجام شود.

شمایی از یک کروماتوگرام یونی برای اندازه گیری آنیون ها با ستون آنیونی موجود در آزمایشگاه آسا:

شمایی از یک کروماتوگرام یونی برای اندازه گیری کاتیون ها با ستون کاتیونی موجود در آزمایشگاه آسا:

برای کسب اطلاعات در مورد آزمایشگاه آب و فاضلاب کلیک کنید.