음이온 분석

음용수와 같이 시료 매트릭스가 단순한 경우 분석 컬럼과 분석법(Method)의 선택만으로도 매트릭스 간섭을 제거하는 데 충분하기 때문에 시료 전처리는 필요하지 않을 수 있습니다. 폐수와 같은 복잡한 매트릭스 시료인 경우 여과 후 매트릭스 제거는 시료 전처리를 위해 중요한 단계입니다. 토양 시료인 경우 매트릭스로부터 분석물 추출을 통해 대부분의 간섭 음이온을 제거하는 것이 필요할 수 있습니다.

대부분의 경우 매트릭스 제거를 통해 표적 분석물 화학종과 다른 화학 특성을 가진 이온에 기반한 간섭 이온이 제거됩니다. 고체상 추출(SPE)은 간섭 물질 제거에 가장 흔히 사용되는 기법입니다. 예를 들어, 물에 용해된 소수성 화합물은 C18 기반 수지가 채워진 역상 트랩 컬럼을 사용하여 제거할 수 있습니다. 철(Fe³⁺)과 같은 금속 양이온이 분석 컬럼에 침전되어 막힘을 유발하고 컬럼 수명을 단축시킬 수 있습니다. 특정 인라인 또는 오프라인 SPE 기법을 사용하면 염화물, 황산염 및 전이 금속과 같은 시료 매트릭스의 종(species)을 효과적으로 제거할 수 있습니다.

최신 음이온 크로마토그래피 시스템은 신속하고 정확한 음이온 분석을 제공합니다. 이 시스템의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

자동시료주입기: 자동시료주입기(autosampler)는 신뢰성과 재현성 있는 결과를 제공하기 위해 시료와 시료 사이 자동 시료 로딩(loading) 및 린싱(rinsing)을 위해 설계되었습니다. 자동시료주입기는 크로마토그래피 응용 분야용으로 프로그래밍된 일련의 액체 처리 단계를 통해 사용이 편리하고 비용 대비 높은 효율성을 제공합니다.

자동시료주입기는 시료 분석을 위해 시료를 이온 크로마토그래피 시스템에 주입하며, 온라인 pH 모니터링, 온라인 전도도 측정, 자동 희석뿐만 아니라 온라인 표준 곡선 생성 기능도 가지고 있습니다. 이러한 기능은 다양한 장점을 제공합니다. 예를 들어, 주입 전 시료의 전도도 또는 pH가 범위를 벗어난 경우 이는 컬럼 과부하를 의미하기 때문에 자동 희석 단계가 자동으로 개시됩니다. 이를 통해 컬럼 오염을 방지하고 시약 낭비를 줄이며 사용할 수 없는 불량 데이터를 제거할 수 있습니다.

펌프: 가압(pressurized) 시료와 이동상(mobile phase)을 효과적으로 컬럼에 제공하기 위해 고품질 크로마토그래피 펌프가 매우 중요합니다. 서로 다른 유형의 펌프(단일 피스톤 또는 듀얼 피스톤)를 등용매 및 그래디언트 용리 절차 모두에 사용할 수 있습니다. 이온 크로마토그래피 펌프는 서로 다른 유속을 적용할 수 있으며 PEEK와 같은 비금속 물질을 사용하여 금속 오염의 가능성을 제거합니다. 금속 오염이 발생할 경우 컬럼이 막히거나 서프레서 작동에 간섭이 생기거나 전기화학 검출기가 오염될 수 있습니다.

용리액: 최신 IC 기술은 자동으로 용리액을 생성하는 옵션(자동 용리액 제조장치)를 제공하며 이를 통해 수동으로 용리액을 준비할 경우 발생하는 오류와 편차를 줄여 줍니다. 수산화물과 탄산염은 음이온 크로마토그래피용으로 주로 사용되는 2가지 유형의 용리액으로서 용리액 발생기 카트리지를 사용하여 쉽게 생성할 수 있습니다. 전해 용리액 생성 방법의 발전으로 사용자가 시스템에 물만 첨가하면 용리액이 자동으로 생성되어 라인 상으로 유입됩니다. 용리액 희석을 위해 농축 용액을 사용하면 대기로부터 이산화탄소를 흡수하기 때문에 효율이 저하되고 문제가 발생할 수도 있습니다. 이산화탄소는 크로마토그래피 성능을 떨어뜨리고 수산화물 용리액이 라인 상에서 희석되도록 합니다. 실제 용리액 제조는 희석을 통해서가 아닌 라인 상에서 전기분해를 통해 생성된 용리액에 기반합니다.

컬럼: 크로마토그래피 컬럼은 IC 분석의 핵심입니다. 음이온 분석을 위한 IC 컬럼에는 탄산염 최적화 컬럼과 수산화물 선택성 컬럼과 같은 2가지 유형이 있습니다. 탄산염 최적화 컬럼은 탄산염 또는 탄산염/중탄산염 용리액을 사용하는 단순한 매트릭스에서 음이온의 등용매 분리에 적합합니다. 수산화물 선택성 컬럼은 수산화물 용리액을 사용하는 그래디언트 분리 및 등용매 분리에 모두 적합하며, 일반적으로 탄산염 최적화 컬럼에 비해 더 높은 감도를 제공합니다.

컬럼 기술의 발전에 따라 다른 화학적 특성을 가진 수지가 충진된 다양한 음이온 교환 컬럼이 사용되고 있습니다. 다른 화학적 특성을 가진 컬럼은 각각의 분석물이 가진 선택성에 따라 생성되었습니다. 분리용컬럼 선택을 위해 다음과 같은 파라미터를 고려할 수 있습니다.

• 용량: 대용량 컬럼은 미량 표적 음이온과 이온 강도가 높은 매트릭스 음이온의 간섭을 방지하여 매트릭스 음이온을 효율적으로 제거할 수 있으며 따라서 시료를 전처리할 필요성도 없어집니다. 고용량 컬럼은 높은 매트릭스 대 분석물 비율이 예상되는 경우에 권장되지만, 실행 시간이 더 길어지고 처리량도 감소합니다. 간단한 시료인 경우 더 빠른 분리를 위해 저용량 컬럼을 사용할 수 있습니다.
• 내경: 마이크로보어(1–2 mm)와 Capillary(<1 mm) 컬럼과 같이 내경이 작은 컬럼일수록 제한된 양의 시료만 사용할 수 있는 경우에 중요한 장점인 높은 질량 감도를 제공합니다. 내경이 작은 컬럼은 또한 스탠더드-보어 컬럼에 비해 더 적은 양의 용리액을 사용합니다.
• 입자 크기: 기존 IC 컬럼에서는 7–9 µm 크기의 수지 입자가 사용되었습니다. 최근에 개발된 4 µm 입자는 더 많은 분리 작업의 장점을 제공합니다. 고압 이온 크로마토그래피 시스템 사용시 수지의 입자 크기가 작을수록 분리 효율이 향상되며 따라서 길이가 긴 컬럼에 비해 길이가 짧은 컬럼을 사용하여 실행 시간을 단축할 수 있습니다.

서프레서: 1975년에 처음 사용된 서프레서는 IC에서 백그라운드 전도도는 감소시키면서 분석물 전도도는 증가시키는 장점을 제공합니다. 특정 서프레서의 선택은 용리액, 분석물 및 매트릭스 농도에 따라 달라지며 유기 용매의 사용 여부도 고려해야 합니다. 전해 재생 서프레서를 사용하면 서프레서의 재생에 필요한 시약을 준비하고 전달할 필요가 없어집니다. 구형 서프레서는 인체에 해로운 시약을 추가해야 하지만 전해 서프레서는 간단한 플러그앤플레이 장치입니다.

검출기: 기존 UV 검출기는 이온 교환 크로마토그래피로 분리되는 대부분의 분석물에 발색단(chromophore)이 결여되어 있기 때문에 일반적으로 음이온 분석용으로는 적합하지 않습니다. 따라서 이제는 서프레서 전도도 모드에서 전도도 검출이 음이온 분석에서 사용되는 주된 검출 방법으로서 앞서 설명한 서프레서 사용의 장점을 제공합니다. 서프레서 전도도가 Vis/UV 검출 기능을 사용하는 컬럼후 유도체화(postcolumn derivatization)와 결합하는 경우 검출 한계는 더욱 감소합니다. 컬럼후 유도체화는 브롬산염 및 크롬과 같은 미량 오염물 음이온 분석에 성공적으로 사용되고 있습니다.

자동 용리액 제조장치 이온 크로마토그래피(RFIC)와 고압 이온 크로마토그래피를 통해 미량 수준의 음이온도 10–30분 내에 정확하게 측정할 수 있습니다. 분석자는 특정 필요에 따라 감도 저하 없이 빠른 성능을 제공하는 RFIC 및 고압 시스템을 포함한 다양한 기기 중에서 선택할 수 있습니다.

음이온 분석에서 규정 준수 요건을 만족하기 위해 중요한 한 가지 요소는 데이터 분석 및 보고입니다. 많은 경우 실험실에서는 데이터 계산과 평가를 위해 수동으로 데이터를 스프레드시트로 옮겨야 합니다. 이는 결과적으로 인적 오류 발생 가능성을 높이며 데이터 버전을 추적하기도 어렵습니다. 전체 워크플로우 관리를 위한 LIMS와 같은 Informatics 시스템과 통합이 가능한 강력한 소프트웨어 정보 시스템이 기기 제어, 자동화 및 데이터 처리를 위해 필수적입니다.