Portable, lightweight, low power, ion chromatographic system with opentubular capillary columns

Abstract

Byly demonstrovány dva základní principy konstrukce lehkého, nízkoenergetického, levného přenosného iontového chromatografu založeného na iontové chromatografii v otevřených kapilárních kolonách s mnohavrstevnou polymerní stacionární fázi Minimalistická konfigurace využívající čistě gravitačního principu toku eluentu nevyžaduje žádný další system transportu chromatografického eluentu. Dávkování vzorků na kolonu je založeno na dobře známém hydrodynamickém dávkování upraveném z kapilární elektroforesy. Jako detekřní zařízení byl použit levný kapacitní sensor (AD7746), který byl shledán jako vhodná náhrada za brzkontaktní konduktometrický detector v kapilárních systémech. Zabudovaný teptní sensor umožňuje korekci změn základní linie typických pro měření vodivosti/capacitance bez termostatovacího zařízení. Přístroj nevyžaduje žádný zdroj energie pro svůj provoz s výjimkou částí pro detekci, sběr a zpracování dat, který je zajišťován z USB portu Netbookového počítače. Hmotnost přístroje nepřevyšuje 2.5 kg (včetně Netbooku) amůže pracovat nepřetržitě déle než 8 h. Byle optimizovány pracovní podmínky pro iontovou chromatografii bez suppresoru pro analysu běžných anorganických kationtů (Na+, NH4+, K+, Cs+, Ca+, Mg+, a přechodných prvků) s bezkontaktní kapacitně vázanou detekcí a použitím nízko vodivými slabě komplexujícími eluenty Separace 6 kationtů kovů běžně přítomných v různých vzorcích životního prostředí proběhla za méně než 30 minut s použitím 1.5 mM tartaric acid/1.5 mM šťavelové kyseliny a 3 mM 18-crown-6 s vynikající reprodukovatelností (pod 2%) a mezemi stanovitelností v oblasti ?M. Možnosti analysy reálných vzorků v terénních podmínkách byla demonstrována na příkladě říčních a minerálních vod a vzorcích sněhu.

Basic operation principles of a lightweight, low power, low cost, portable ion chromatograph utilizingopen tubular ion chromatography in capillary columns coated with multi-layer polymeric stationaryphases are demonstrated. A minimalistic con?guration of a portable IC instrument was developed thatdoes not require any chromatographic eluent delivery system, nor sample injection device as it usesgravity-based eluent ?ow and hydrodynamic sample injection adopted from capillary electrophoresis.As a detection device, an inexpensive commercially available capacitance sensor is used that has beenshown to be a suitable substitute for contactless conductivity detection in capillary separation systems.The built-in temperature sensor allows for baseline drift correction typically encountered in conductiv-ity/capacitance measurements without thermostating device. The whole instrument does not requireany power supply for its operation, except the detection and data acquisition part that is provided bya USB port of a Netbook computer. It is extremely lightweight, its total weight including the Netbookcomputer is less than 2.5 kg and it can be continuously operated formore than 8 h. Several parameters ofthe instrument, such as detection cell design, eluent delivery systems and data treatmentwere optimizedas well as the composition of eluent for non-suppressed ion chromatographic analysis of common inor-ganic cations (Na+,NH4+,K+,Cs+,Ca2+,Mg2+, transitionmetals). Lowconductivity eluents based onweaklycomplexing organic acids such as tartaric, oxalic or pyridine-2,6-dicarboxylic acids were used with con-tactless capacitance detection for simultaneous separation of mono- and divalent cations. Separation ofNa+ and NH4+ cations was optimized by addition of 18-crown-6 to the eluent. The best separation of 6metal cations commonly present in various environmental sampleswas accomplished in less than 30minusing a 1.75mMpyridine-2,6-dicarboxylic acid and 3mM18-crown-6 eluentwith excellent repeatability(below 2%) and detection limits in the low micromolar range. The analysis of ?eld samples is demon-strated

the concentrations of common inorganic cations in riverwater,mineralwater and snowsampleswere determined.