AR018BU－0049 - Thermo Fisher Scientific

TR011YS-0069
199909
200901
イオンクロマトグラフ Q & A その 2
溶出の遅い成分の測定について
【はじめに】
チオシアン酸イオンやクロム酸イオンなどのカラムに強く
表 1 の分析条件
保持される成分は、溶出するのに時間がかかる場合や、分
カラム
析条件によってはカラム内に保持されたまま溶出しない場
溶離液
AG4A-SC/ AS4A-SC
合があります。また、溶出が遅い成分はピーク強度が低い
場合や、ピーク形状がブロードになる場合が多く、低濃度
AG12A/ AS12A
1.8 mmol/L Na2CO3
2.7 mmol/L Na2CO3
1.7 mmol/L NaHCO3
0.3 mmol/L NaHCO3
溶離液流量
1.5 mL/min
1.5 mL/min
の測定が困難です。このため溶出の遅い成分を早く溶出
させることが重要になります。早く溶出させるためには、①
【溶離液の濃度を変更する】
溶離液の濃度を高くする、②溶離液の種類を変更する、③
溶出の遅い成分を早く溶出させる場合、溶離液濃度を上
保持力の弱いカラムを用いるなどの方法があります。また、
げると効果的です。流量を上げることで早く溶出させること
溶出の早い成分と遅い成分を一斉に分析する場合は、グ
も可能ですが、カラムや分析システムに対する負荷も大き
ラジエントをおこなうと効果的です。ここでは、溶出の遅い
くなるため、溶離液濃度だけを調節する方がよいでしょう。
陰イオン成分を早く溶出させる方法についていくつか紹介
炭酸系溶離液(Na2CO3)の濃度を変化させたときの、硫酸
します。
イオンとヨウ化物イオンのクロマトグラムを図 1 に示します。
【溶出の遅い成分】
一般的な分析条件で溶出が遅い成分には、下表のよう
2
1
A) 4 mmol/L Na2CO3
な成分があります。これらの成分は通常硫酸イオンの溶出
よりも遅くなります。また、条件によってはカラム内に吸着し
たまま溶出しないこともあります。表 1 に IonPac AS4A-SC
1
B) 6 mmol/L Na2CO3
2
と IonPac AS12A を用いたときの、溶出の遅い成分の保
持時間およびイオンの価数を示します。
1
C) 10 mmol/L Na2CO3
2
表 1 溶出の遅い成分の例と保持時間（分）
イオン名
AS4A-SC
AS12A
価数
硫酸イオン
10
12
2
タングステン酸イオン
18
24
2
モリブデン酸イオン
22
28
2
チオ硫酸イオン
28
35
2
クロム酸イオン
26
31
2
チオシアン酸イオン
29
52
1
ヨウ素イオン
15
28
1
ヒ酸イオン
11
16
3
過塩素酸イオン
60
120 以上
1
フマル酸イオン
19
29
1
フタル酸イオン
23
24
2
クエン酸イオン
120 以上
120 以上
3
1
2
D) 20 mmol/L Na2CO3
0
5
1.
SO42－
mg/L
5
2.
I－
20
ピーク：
図1
10
15
20
時間(分)
25
溶離液の濃度を変えたときのクロマトグラム
（分析条件は次ページ）
30
カラム
IonPac AG12A/ AS12A (内径 4 mm)
逆転することがあるため、単独の標準を分析して保持時間
溶離液
A：4 mmol/L Na2CO3
の確認をしてください。
B：6 mmol/L Na2CO3
IonPac AS4A-SC を使用し、溶離液 KOH の濃度を変
C：10 mmol/L Na2CO3
化させたときの硫酸イオン、チオシアン酸イオン、クエン酸
D：20 mmol/L Na2CO3
イオンの溶出時間の変化を図 3 のクロマトグラムに、キャパ
溶離液流量
1.5 mL/min
シティファクタのグラフを図 4 に示します。
検出器
電気伝導度(サプレッサー使用)
試料導入量
25 μL
(EG-40 使用)
IonPac AG4A-SC/ AS4A-SC (内径 4 mm)
A：20 mmol/L KOH
B：40 mmol/L KOH
C：60 mmol/L KOH
D：80 mmol/L KOH
溶離液流量
1.2 mL/min
検出器
電気伝導度(サプレッサー使用)
試料導入量
25 μL
カラム
溶離液
図 1 の溶離液濃度を対数値で横軸に、保持時間をキャ
パシティファクタの対数値で縦軸にプロットすると図 2 のよう
になります。（キャパシティファクタ[k’]は、ピークの保持時
間からウォーターディップの保持時間を引いた値をウォー
ターディップの保持時間で割った値）。このとき、近似曲線
の傾きは、硫酸イオンが－1.1、ヨウ素イオンが－0.5 であり、
イオンの価数に比例して傾きが大きくなることが分ります。
また、このプロットから最適な保持時間と分離を得ることの
できる溶離液濃度を推測することができます。
mg/L
ピーク：
1.
SO42－
2.
SCN
10
3.
クエン酸イオン
30
5
－
1.9
I-
log K'
1.4
A) 20 mmol/L KOH
1
2
0.9
B) 40 mmol/L KOH
0.4
-0.1
SO421
2
4
6
10
20
Na2CO3濃度（mmol/L)
2
3
C) 60 mmol/L KOH
1
図 2 Na2CO3 溶離液濃度とキャパシティファクタの関係
3
2
【溶離液の種類を変える】
炭酸系の溶離液は濃度を上げるとバックグランド電気伝
D) 80 mmol/L KOH
1
導度も高くなり、ひいてはノイズの増大にもつながります。
このような場合は、炭酸系溶離液の濃度を上げるよりも、
3
NaOH または KOH を溶離液として用いることをお勧めし
ます(注 1)。NaOH
や KOH などの水酸化物系溶離液は、
2
サプレッサでほぼ完全に H2O に変換されるため、バックグ
ランド電気伝導度を十分に下げることができるという利点が
0
あります。カラムの種類によっても異なりますが、20～30
mmol/L の NaOH は 2 mmol/L 程度の炭酸系溶離液とほ
ぼ同等の溶出力が得られます。
図3
10
20
30
40
時間(分)
50
60
KOH を溶離液としたときのクロマトグラム
溶離液の種類や濃度を変更した場合は、成分の溶出順
序が逆転することがあります。これは、図 4 からも明らかな
ように、価数の大きなイオンは価数の小さなイオンよりも溶
離液の濃度変化による保持時間の変動が大きいためです。
また、有機酸やリン酸イオンのように多段階解離する成分
は溶離液の pH によって解離の状態が異なることも、溶出
順序が逆転する理由の 1 つです。例えば NaOH のような
pH が 12 以上の溶離液を用いた場合、リン酸は 3 価のイ
オンとなり、2 価の硫酸イオンよりも後に溶出します。このよ
うに、溶離液の濃度や種類を変更した場合、溶出順序が
(注 1)
KOH（または NaOH）溶離液に変更した場合、オー
トサプレッサーの電流設定値は「溶離液濃度 x 流量 x
2.47」の式で計算される最適電流値に変更してくださ
い。50 mmol/L 以上の KOH (NaOH)を用いる場合は、
オートサプレッサーのモードをエクスターナルモー
ドに変更してください。
（オートサプレッサーSRS 取
扱説明書参照）
3.0
log K'
2.0
SCN
-
1.0
SO4
mg/L
5
ピーク：
クエン酸イオン
1.
SO42－
2.
SCN－
10
3.
クエン酸イオン
30
2-
0.0
A) AS12A
1
-1.0
20
40
60
KOH 濃度 (mmol/L)
80
1
B) AS4A-SC
2
3
図 4 KOH 溶離液濃度とキャパシティファクタの関係
2
C) AS16
13
【カラムの種類を変える】
溶出の遅い成分を早く溶出させることができるカラムに、
5 μS/cm
IonPac AS16 があります。このカラムを用いると他のカラム
では溶出に時間を要する成分を、イソクラティック条件で比
較的短時間に、しかも対称性が良好なピーク形状で溶出
させることができます。図 5 に IonPac AS16 と他のカラムを
同じ条件で用いたときの、比較クロマトグラムを示します。
図 5 からも明らかなように、上記条件では IonPac
0
AS12A を用いるとチオシアン酸イオンやクエン酸イオンは
90 分以内に溶出させることができません。また、IonPac
AS4A-SC では、チオシアン酸イオンやクエン酸イオンを
90 分以内に溶出させることはできますが、ピークのテーリ
ングが大きく、ピーク強度も明らかに低いことがわかります。
これに対して IonPac AS16 はチオシアン酸イオンやクエン
酸イオンを 10 分以内に溶出させることができ、しかも非常
にシャープなピークで、ピーク強度も IonPac AS4A-SC を
用いたときと比べて 6 倍改善しています。溶離液条件や流
量を IonPac AS12A や IonPac AS4A-SC に対して最適
化すれば、これらのカラムでチオシアン酸イオンやクエン
酸イオンの分析が不可能ではありません。しかし、溶出の
遅い成分をできるだけ濃度の低い溶離液で溶出させるに
は、IonPac AS16 のような溶出の保持が弱いカラムを用い
ることが有効です。
カラム
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Retention time (min)
図 5 カラムの種類を変えたときのクロマトグラム
【グラジエントを用いる】
溶出の早い成分と遅い成分を一斉に測定する場合は、
グラジエントが有効です。グラジエント条件で分析をおこな
うと、一般に溶出の遅い成分もシャープなピーク形状で、
比較的短時間に溶出させることができます。
グラジエントにはグラジエント用カラムを用いることをお勧
めします。水酸化物系溶離液用カラムの多くはグラジエン
ト分析に対応しています（例: IonPac AS11、AS11-HC、
AS17-C、AS18、AS19、AS20、AS21、AS24 など）。
また溶離液ジェネレータを用いると、グラジエントの際の
ベースラインドリフトを最小限に抑えるので、定量精度を向
上させることができます。
A：IonPac AG12A/ AS12A
B：IonPac AG4A-SC/ AS4A-SC
C：IonPac AG16/ AS16
（各カラムとも内径 4 mm ）
溶離液
35 mmol/L KOH
溶離液流量
1.2 mL/min
恒温槽温度
30 ℃
検出器
電気伝導度(サプレッサー使用)
試料導入量
25 μL
(溶離液ジェネレータ使用)
グラジエントプログラムは、用いるカラムや測定目的成分
および試料中の夾雑成分の種類や濃度によって、異なり
ます。図 6 にグラジエント分析の一例を示します。
カラム
IonPac AG11／AS11 (内径 4 mm)
溶離液
1～25 mmol/L KOH in 30 min
(溶離液ジェネレータ使用)
溶離液流量
2.0 mL/min
検出器
電気伝導度(サプレッサー使用)
試料導入量
10 μL
ピーク(mg/L)
－
1. ClO2
2. BrO3
10
－
－
3. Cl
－
4. CNO
－
5. N3
6. MCA
7. ClO3
－
SeO42－
11.
－
10
12.
I
10
4
13.
DCA
10
10
14.
WO42－
10
10
15.
MoO42－
10
10
16.
S2O32－
10
17.
2－
10
－
10
10
CrO4
8.
SeO32-－
10
18.
SCN
9.
CO32－
―
19.
AsO43－
10. SO4
2－
10
10
20.
ClO4
－
10
10
＊MCA：モノクロロ酢酸
＊DCA：ジクロロ酢酸
6
4
1
3
μS/cm
5
10
2
4
5
7
11
3
16
6
8
9
2
1
12 15
14
13
17
18
19
20
0
0
5
10
15
Retention time (min)
20
25
図 6 グラジエント分析の一例
【その他】
溶離液の種類や濃度を変更しても溶出が遅い成分の場
合は、分離カラムを取り外してガードカラムだけで分析する
という手法もあります。この場合、試料中の夾雑成分によっ
ては、測定目的成分を分離できない場合がありますので、
注意してください。
【まとめ】
溶出の遅い成分は、①溶離液の濃度を高くする、②溶離
液の種類を変える、③カラムの種類を変える、④グラジエ
ントをおこなう、などの方法で早く溶出させることができます。
測定目的成分や夾雑成分などに合わせて上記①～④か
ら最適な方法を選択してください。

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