Microsoft Word - re92_Q&A5_2004年12月.doc

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ちとらてっちがわら
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TR17YS92 イオンクロマトグラフ Q & A その 5 イオンクロマトグラフィーにおける検出器について 213 235R はじめにイオンクロマトグラフィーではイオンが電気伝導度を有する性質を利用して電気伝導度検出器を用いますしかし電気伝導度検出器はイオンに対する選択性が低いため測定目的イオンだけを検出することはできないといった欠点があり

1 TR17YS92 イオンクロマトグラフ Q & A その 5 イオンクロマトグラフィーにおける検出器について R はじめにイオンクロマトグラフィーではイオンが電気伝導度を有する性質を利用して電気伝導度検出器を用いますしかし電気伝導度検出器はイオンに対する選択性が低いため測定目的イオンだけを検出することはできないといった欠点がありまたイオンによっては十分な測定感度を得られない場合がありますこのようなことから定量精度の高い測定をおこなうためには測定目的成分と試料マトリックスに応じて検出器または検出法を使い分けることが必要となりますこの技術資料ではイオンクロマトグラフィーで一般的に用いられる電気伝導度検出器紫外 / 可視 (UV/VIS) 吸光光度検出器電気化学検出器の特性と選択基準について説明します電気伝導度検出器 1. 検出原理電気伝導度検出器は交流電圧が 2 つの印加された電極間を通過した溶液の電気抵抗を計測します電気伝導度とは抵抗 (Ω) の逆数 (1/Ω) で表し電気の流れやすさを示しますイオン化している成分は電気伝導度検出器の電極間を通過する際に電子の移動に関与し電気を流れやすくしますすなわちこれが電気伝導度を有するということです電気伝導度は温度の影響を受けやすく 1 の変化でも電気伝導度が数 % 変化することが知られていますこのため市販の電気伝導度検出器はセルを一定温度に保つかセル内での溶離液の温度を計測して補正します電気伝導度の単位にはμS/cm ( マイクロシーメンスパーセンチメートル ) またはμS ( マイクロシーメンス ) が使われます 2. 特性電気伝導度検出器はイオン成分を感度良く検出することができますすなわち電気伝導度検出器はイオンを選択的に検出できます ( イオンでない成分をほとんど検出しない ) がイオン自体の選択性 ( 異なるイオン同士を区別する能力 ) が乏しいため測定目的イオン以外のイオンも検出してしまいますこのため電気伝導度検出器で検出する際は各成分をあらかじめ十分に分離しておくことが必要ですこのような特性により電気伝導度検出器は試料中にどのようなイオンが含まれているかを調べるとき ( スクリーニング ) に有効ですイオンの電気伝導度は濃度と温度を条件に一定の値を示します ( 表 1) 溶液の電気伝導度とは溶存する陰イオン陽イオンそれぞれの当量電気伝導度を合計した値 ( 総電気伝導度 ) ですしたがって同じイオン成分であっても共存している対イオンによって電気伝導度の値は変化します例えば 1 mmol/l の Cl は対イオンが Na + である場合に約 126μS の電気伝導度を示しますが対イオンが H + である場合は 426μS という高い値を示します表 1 当量電気伝導度一覧総電気伝導度 = Σ(λ + ) + Σ(λ ) ( 単位 :μs/ ミリ当量 25 ) 陽イオン λ + 陰イオン λ H + Li + Na + K + NH4 + Mg 2+ Ca OH F Cl Br NO3 PO4 3 SO イオンクロマトグラフィーでは溶離液に酸またはアルカリ溶液を用いますこれらの溶液はイオン成分を含んでいるため溶離液は電気伝導度を有しています溶離液の電気伝導度を下げるために用いられるのがサプレッサです ( サプレッサの原理は技術資料 PG827 をご参照ください ) ノンサプレッサ法は低電気伝導度の有機酸を溶離液として用いることによりサプレッサを使用しない手法です

2 紫外可視吸光光度検出器 (UV/VIS 検出器 ) 1. 検出原理ある波長の光軸上に光を吸収する分子が存在するとその光エネルギーは分子に吸収されて弱くなります UV/VIS 検出器はこの原理を利用して検出をおこないます一般に紫外部の光源として重水素放電管可視部の光源としてタングステンランプが用いられています波長の変更にはフィルタや回折格子を用います 2.UV/VIS 検出器の特長 UV/VIS 検出器では紫外部または可視部に吸収を持つ成分しか直接検出できません図 1 に無機陰イオン 7 成分の電気伝導度検出と紫外吸光検出したときのクロマトグラムを示します図 1 からも明らかなように一般無機陰イオン 7 成分のうち紫外部 215nm 付近で吸収を持つ成分は亜硝酸イオンと臭化物イオンと硝酸イオンの 3 成分です A) 電気伝導度検出 μs/cm B)UV 検出 (215 nm) AU Br Cl NO NO F SO 4 3 PO 4 NO 2 Br NO カラム ICPac A25G, A25S 溶離液 4 mmol/l Na2CO3 溶離液流量 1. ml/min サプレッサ ASRSULTRA 恒温槽温度 4 試料導入量 25 μl 検出器電気伝導度検出器 UV/VIS 検出器 ( 測定波長 215nm) 図 1 無機陰イオン 7 成分の電気伝導度および UV/VIS 検出器による検出電気伝導度検出では十分な感度が得られない場合や電気伝導度検出では選択性に乏しく他のイオンと十分な分離ができない場合測定目的イオンが紫外部または可視部に吸収を持つのであれば UV/VIS 検出器で検出するとよいでしょう表 2 に波長 215 nm の紫外部に吸収を持つイオン成分とその成分の紫外吸光検出時の感度および電気伝導度検出時の感度の比較を示します表 2 では紫外吸光度 / 電気伝導度の数値が大きいほど電気伝導度検出器よりも紫外吸光検出器を用いた場合の感度が高いことを示しています表 2 紫外吸光と電気伝導度検出時の感度の比較イオン *1 電気伝導度 (μs) 紫外吸光度 *2 (mau) 紫外吸光度 / *3 電気伝導度 AsO Br BrO ClO ClO CrO I IO MoO N NO NO S2O SCN SeO SeO SO WO 安息香酸イソ吉草酸イソ酪酸ギ酸吉草酸クエン酸グリコール酸グルコン酸コハク酸酢酸酒石酸シュウ酸乳酸 oフタル酸フマル酸マレイン酸マロン酸酪酸 Lリンゴ酸 *1: 各イオン濃度 1mg/L *2: 紫外吸光度 : 測定波長 215nm *3: ノイズを 1 としたときの応答値の比溶離液として紫外部または可視部に吸収を持つ成分を用いた場合紫外部または可視部に吸収を持たない成分がセルを通過するとき吸収を妨害し負のピークとして検出されますこの方法を間接吸光光度法といいおもにノンサプレッサタイプのイオンクロマトグラフで使用されています

3 3. ポストカラム誘導体化吸光光度法測定目的成分と特異的に反応して吸光度を示す化合物に変化するような試薬を分離後 ( ポストカラム ) に添加し UV/VIS 検出器で測定する方法をポストカラム誘導体化吸光光度法といいます近年微量成分の定量や高濃度のマトリックスとの分離が必要な際に選択的な検出法としてポストカラム誘導体化吸光光度法が用いられていますポストカラム誘導体化吸光光度法が使用できるおもなアプリケーションを表 3 にポストカラム誘導体化をおこなうときの配管例を図 2 に示しますまたポストカラム誘導体化吸光光度法を用いた分析例を図に示します表 3 ポストカラム誘導体化吸光光度法を使用するおもなアプリケーション測定成分反応液測定波長遷移金属 PAR ( ピリジルアゾレゾルシノール ) 52 Cr 6+ DPC ( ジピコリン酸 ) 52 希土類 PAR 52 SiO3 2 Na2MoO4 41 縮合リン酸 Fe (NO3)2 33 F ランタンアリザリンコンプレクソン 33 B アゾメチン H 酢酸アンモニウム 42 有機酸 BTB ( ブチルチモールブルー ) 45 CN,CNCl ピリジンカルボン酸ピラゾロン 638 BrO3, IO3, ClO2 KBr H2SO mau SCN CN CNCl カラム IonPac ICEAS1 溶離液 1 mmol/l H2SO4 溶離液流量 1.5 ml/min 反応液 1.1 % クロラミン T/ リン酸緩衝液 2ピリジンカルボン酸ピラゾロン混合溶液反応液流量 1.5 ml/min, 2.5 ml/min 反応コイル 1.4 ml (4 ), 22 ml (1 ) 恒温槽温度 4 試料導入量 1 μl 検出器 UV/VIS 検出器 ( 測定波長 638nm) ピーク 1. SCN 1 μg/l, 2. CN 1μg/L, 3. CNCl 1μg/L 図 3 ポストカラム誘導体化法によるシアン塩化シアンの測定例.5 SiO 3 サプレッサ反応液送液ポンプ mau カラム反応液溶離液ポンプ試料導入バルブ排液反応コイル電気伝導度 UV/VISセル検出器セル電気伝導度検出器電気伝導度検出 UV/VIS 検出器ポストカラム誘導体化 UV/VIS 検出図 2 ポストカラム誘導体化吸光光度法をおこなうときの配管例 ( 電気伝導度検出との同時測定をおこなう場合アプリケーションによっては反応液送液ポンプおよび反応コイルが 1 つでよい場合がある ) カラム IonPac AG4ASC, AS4ASC 濃縮カラム IonPac AG4ASC 溶離液 1 mmol/l H3BO3, 1 mmol/l NaOH 溶離液流量.38 ml/min 反応液 2 mmol/l Na2MoO4,.2 mol/l HNO3, 5 mmol/l SDS 反応液流量.15 ml/min 濃縮量 2 ml 検出器 UV/VIS 検出器 ( 測定波長 41nm) ピーク SiO3.5 μg/l 図 4 ポストカラム誘導体化吸光光度法によるケイ酸の測定例

4 A) UV/VIS 検出 mau IO 3 BrO Retention time / min. 印加電圧 (V) D.C. アンペロメトリパルスドアンペロメトリインテグレーテッドアンペロメトリ B) 電気伝導度検出 5 F NO 3 2 SO Retention time / min. 2 μs/cm 1 カラム溶離液 Cl IonPac AG12A, AS12A 2.7 mmol/l Na2CO3,.3 mmol/l NaHCO3 溶離液流量 1. ml/min 反応液 11.5 mol/l KBr, 1. mol/l H2SO mmol/l NaNO2 反応液流量 1.4 ml/min, 2.2 ml/min 反応コイル 2 ml (4 ) 恒温槽温度 4 試料導入量 1 μl 検出器 UV/VIS 検出器 ( 測定波長 268nm) ピーク 1. IO3 6.2 μg/l, 2. BrO3 4.2 μg/l 図 5 ポストカラム誘導体化法による水道水中のヨウ素酸と臭素酸の測定例電気化学 ( アンペロメトリ ) 検出器 1. 検出原理電気化学検出器は作用電極表面での分子の酸化あるいは還元反応の結果生じる電流もしくは電位を測定する検出器です酸化反応が起こると電気的に活性化された分子から電気化学検出器の作用電極へ電子が移動しますこれに対して還元反応の場合は作用電極から電子が放出されます電気化学検出器には 3 種類の電圧印加方式があり一定電位を作用電極に印加する方式を D.C. アンペロメトリ 3~4 種類の電位を繰り返して印加する方式をパルスドアンペロメトリ電位を徐々に変化させながら印加する方式をインテグレテッドアンペロメトリといい時間 (sec.) 図 6 電圧印加方式の違い溶離液 IN セルボディ基板作用電極固定用チョウネジガスケット参照電極図 7 電気化学検出器 ED5 のセルの模式図表 4 電気化学検出器で測定できる成分溶離液 OUT 成分名モード作用電極アルコール類グリコール類アルデヒド類 P. * 1 アンペロメトリ Pt アミン類 * 2 P. * 1 アンペロメトリ AU 糖質フェノールカテコールアミン I.P. * 3 アンペロメトリ P. * 1 アンペロメトリ P. * 1 アンペロメトリ D.C. * 5 アンペロメトリ AU 亜硫酸イオン D.C. * 5 アンペロメトリ Pt GC* 4 シアン硫黄 D.C. * 5 アンペロメトリ Ag ヨウ化物イオン D.C. * 5 アンペロメトリ Pt,Ag *1: パルスドアンペロメトリ *2: 級アミン *3: インテグレーテッドアンペロメトリ *4: グラッシカーボン * 5: ダイレクトカレントアンペロメトリます印加方式および作用電極は測定目的成分の酸化または還元のされやすさや酸化物質が電極に付着しやすさによって決まります図 6 に電圧印加方式の違いを図 7 に電気化学検出器 ED5 のセルの模式図を示します

5 2. 電気化学検出器の特長多くの分子は酸化還元反応を起こさず電気化学検出器で検出されないため酸化還元物質を選択的にまた 3 高感度に測定することができます非イオン性物質の検出においても有用です表 4 に電気化学検出器で測定できる成分を示しますまた図 8 から 1 に代表的なアプリケーション例を示します nc I nc Galactosamin Fucose Glucosamine Galactose Glucose Mannose カラム CarboPac PA1 guard, PA1 溶離液 16 mmol/l NaOH 溶離液流量 1. ml/min 試料導入量 25 μl 検出器電気化学検出器 ( パルスドアンペロメトリモード /Au 電極 ) ピーク各成分とも 2.5 μmol/l 図 8 糖質の電気化学検出器による測定例 na 35 グリセロール SO 3 2 エタノールカラム溶離液溶離液流量試料導入量検出器試料 IonPac AG11, AS11 5 mmol/l HNO3 1.5 ml/min 5 μl 電気化学検出器 ( パルスドアンペロメトリモード /Ag 電極 ) 除タンパクした牛乳図 1 牛乳中のヨウ化物イオンの電気化学検出器による測定例その他の機器による検出ここまで紹介した以外に蛍光検出器や示差屈折率検出器などもイオンクロマトグラフィーの検出器として用いることができます近年は分離部としてイオンクロマトグラフ (IC) を検出部として質量分析計 (MS) や誘導結合プラズマ質量分析計 (ICPMS) を用いた例も数多く報告されています図 11 に IC で分離した亜セレン酸イオンとセレン酸イオンを ICPMS で高感度に検出した例を示しますセレン酸イオンおよび亜セレン酸イオンは電気伝導度検出器でも検出することができますが低濃度の場合は検出が困難ですまた硫酸イオンの濃度が高いとセレン酸イオンと分離ができない場合があります ICPMS を用いることで高感度で選択性の高い検出が可能になりますカラム IonPac ICEAS1 溶離液 5 mmol/l H2SO4 溶離液流量 1. ml/min 試料導入量 5 μl 検出器電気化学検出器 (D.C. アンペロメトリモード /Pt 電極 ) 試料白ワインを超純水で 1 倍希釈ピーク SO mg/l 図 9 白ワイン中の亜硫酸イオンの電気化学検出器による測定例

6 5 Cps (x 1 2 ) 4 3 2 SeO 3 2 SeO 4 2 1 1 5 1 15 2 Time (min) カラム IonPacAG15,AS15 溶離液 32 mmol/l KOH 溶離液流量 1.

6 6 5 Cps (x 1 2 ) SeO 3 2 SeO Time (min) カラム IonPacAG15,AS15 溶離液 32 mmol/l KOH 溶離液流量 1.2 ml/min 試料導入量 25 μl 検出 ICPMS ピーク各成分とも 8. μmol/l 図 11 IC/ICPMS によるセレンの測定まとめ検出感度や選択性を高めるためには試料前処理や分離条件を最適化するだけでなく分析目的成分に最適な検出法を選択することも重要です YS4125

Microsoft Word - 101_有機酸.doc

Microsoft Word - 101_有機酸.doc ARKY 22 イオンクロマトグラフィーによる有機酸の測定はじめに食品や飲料に含まれる有機酸は味や香りを特徴づける大切な成分のひとつですまた有機酸は広く環境中にも存在するばかりでなく化成品などの原料としても広く用いられていますしたがって食品や製品の品質管理環境水の監視に有機酸の測定は重要な意味を持ちますイオンクロマトグラフィーは無機イオンの測定はもちろんこのような試料中の有機酸の測定にも広く用いられています