イオンクロマトグラフ

監修: メトロームジャパン株式会社

イオンクロマトグラフとは

イオンクロマトグラフとは、液体クロマトグラフィーの一種で、主に低分子イオンを分析対象とする分離分析法です。

1975年にAnalytical Chemistry誌に掲載されたH. Small氏の「Novel Ion Exchange Chromatographic Method Using Conductivity Detectionの論文が最初です。H. Small氏らは、イオン交換樹脂でイオンを分離させ電気伝導度検出器で検出しました。

イオンクロマトグラフとオートサンプラの一例

イオンクロマトグラフで何が測定できるの？

ICで測定可能なイオンは多数ありますが、他の分析手法の追従を許さない分野は、陰イオンの一斉分析です。

ハロゲン化物イオン(F^–、Cl^–、Br^– ) やNO₂^–、NO₃^–、SO₄^2-、PO₄^3-等をppb (μg/L) で測定することができます。また測定条件を選択することでClO₂^–、ClO₃^–、BrO₃^–等の多原子オキソ酸イオンとの一斉分析も可能です。IC を使用されている方の70%が、これらの陰イオン分析を行っているといわれています。

一方、陽イオン分析では、Li⁺、Na⁺、K⁺ 等のアルカリ金属イオン、Mg²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺ 等のアルカリ土類金属イオンの測定が可能です。

有機物イオンも測定可能です。メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、エタノールアミン等の低分子脂肪族アミンは、アルカリ金属イオンと同様の陽イオン交換分離－電気伝導度検出で測定することが可能です。また、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸等の脂肪族有機酸はイオン排除モードで測定できます。

イオンクロマトグラフの原理

イオンクロマトグラフといいます)の基本構成と陰イオン分析の基本原理は以下の図の通りです。

オンクロマトグラフの移動相 (溶離液 [Na₂CO₃]) はポンプによって送液され、試料溶液 (NaCl を含む溶液) は、その一定量がインジェクタ (試料導入装置)から導入されてカラムに送られます。

カラムには陰イオン交換樹脂が充填されていて、イオン交換相互作用によってイオンの相互分離が行われます。次いで、サプレッサで移動相中の対イオン (Na⁺) が取り除かれ、Na₂CO₃ がほとんどイオン化しない H₂CO₃ に変換されるため電気伝導度が低くなります。

同時に、試料である NaCl の対イオンもイオン交換されて、より電気の通りやすい HCl になります。

サプレッサは、①移動相の電気伝導度を低くし、②測定対象イオンの電気伝導度を高くする、という 2 つの機能を持っているのです。

電気伝導度検出器は、溶液中の電気の通りやすさを調べるものです。電気伝導度検出器の信号はデータ処理装置に送られ、イオン濃度に応じた波形 (クロマトグラム) が描かれます。

試料注入からピークが出るまでの経過時間 (保持時間、溶出時間) からそのイオンが何か (定性) を、またピークの高さ (あるいは面積) からその濃度はどのくらいか (定量) を知ることができます。

イオンクロマトグラフが使われる分野

イオンクロマトグラフは水試料中のイオンの測定に威力を発揮しますので、JIS K0101工業用水試験方法、JIS K 0102工場排水試験方法、上水試験方法、下水試験方法、衛生試験法等多くの公定試験方法に採用されています。

そのため、環境や上下水道、排水等に係わる分野での使用が最も多く、多くの公的測定機関や受託分析企業で採用されています。

また、ppt (ng/L) レベルで無機イオンを測定できるという特長から、半導体、超純水、原子力関連での水質分析にも使用されています。

水試料以外にも、抽出液や吸収液等の中のイオン測定にも利用することができますので、固体や気体中のイオンを測定することも可能です。

ICは水質や環境関連に留まらず、食品、化学、医薬品等の分野において、原料管理、工程管理、製品管理、品質検査等で使用されています。

代表的な適用例を表に示します。

分 野	ICが適用される測定対象
環境	大気：粉じん，酸性ガス，酸性雨，SOx，NOx等
	水質：河川水，温泉水，湖沼水，排水等
	土壌：土壌抽出液，地下水，侵出水等
上下水道	原水，流入水，処理工程水，配水，放流水等
食品	食品中のイオン・添加物，飲料水用水，発酵液等
農学	肥料・飼料，土壌抽出液，植物抽出液等
医学・薬学	血液・尿等生体試料，医薬品，注射液，輸液
化学	工業薬品，原料・樹脂製品抽出液，排水等
半導体	洗浄用超純水，ウェハー等の洗浄液，クリーンルーム内大気等
金属・鉄鋼	メッキ液，表面処理液，冷却水，洗浄水，排水等
電力・原子力	冷却水，循環水，超純水等
製紙・パルプ	パルプ溶液，処理工程水，紙抽出液，排水等

 

本記事はイオンクロマトグラフを製造・販売するメトロームジャパン株式会社様に監修を頂きました。

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