2.6.1.1 Iniezione del campione
Un parametro importante per l’analisi cromatografica è costituito dalla modalità di caricamento del campione, attraverso l’utilizzo di un loop oppure di una colonna di preconcentrazione.
Il preconcentratore è costituito da una corta colonna contenente una resina a scambio ionico di elevata capacità e scarsa selettività. La funzione di tale resina è quella di trattenere tutte le specie ioniche del campione, lasciandone eluire l’acqua contenuta. Nella fase di caricamento del preconcentratore, effettuata con una pompa peristaltica con flussi e tempi estremamente riproducibili, tutte le specie ioniche vengono bloccate in un volume molto piccolo di resina, con un volume morto estremamente ridotto (50 µl), mentre l’acqua viene espulsa dal preconcentratore. Considerando che normalmente viene introdotto un volume di campione da 1 ad alcuni ml, si realizza un incremento di concentrazione degli analiti di oltre 20 volte (pre-concentrazione in linea). Il loop, invece, è costituito semplicemente da un tubo di materiale inerte (generalmente teflon o peek) di diametro noto (generalmente 0.5 mm) e di lunghezza variabile in base al volume di campione che si vuole iniettare. La scelta di uno dei due dispositivi di campionamento è dettata essenzialmente dalla concentrazione delle specie ioniche da determinare: per i cationi è stato utilizzato un loop vista la buona risposta del detector alle concentrazioni riscontrate nei campioni mentre per quanto riguarda gli anioni inorganici ed organici è stato utilizzato un preconcentratore, a causa delle concentrazioni piuttosto basse di tali specie e della necessità di ottenere una buona risoluzione (picchi molto stretti) soprattutto per i primi cinque anioni organici (fluoruri, lattati, acetati, glicolati e propionati), eluiti nell’arco di circa un minuto.
2.6.1.2 Metodo per la determinazione dei Cationi
Per la determinazione dei cationi è stata usata una colonna IonPac CS12A (4 x 250 mm), una precolonna IonPac CG12 (4 x 50 mm), un loop da 800 µ L per il caricamento del campione ed un soppressore CSRS-300 4 mm self-regenerating prima della cella conduttometrica; tutti i componenti sono prodotti dalla ditta Dionex (Sunnyvale, CA,
USA). Come eluente è stata utilizzata una soluzione 22.5 mN di H2SO4 (con un flusso
dell’eluente di 1.5 mL min-1 ) che consente la determinazione contemporanea di cationi monovalenti (sodio, ammonio, potassio) e cationi bivalenti (magnesio, calcio); questo è possibile grazie alla forza dell’eluente ed alla colonna che ha una resina a scambio ionico che presenta contemporaneamente un'elevata affinità e selettività per cationi monovalenti e una bassa efficienza per i bivalenti. I campioni sono caricati nel loop mediante una pompa peristaltica che lavora ad un flusso pari a 1.5 mL min-1. In tabella
2.6.1 sono riportate le condizione operative del metodo. Le condizioni di separazione
utilizzate hanno permesso di ottenere sempre una buona separazione tra i segnali dei due componenti con una durata dell’intera corsa cromatografica di circa 10 minuti mediante un’eluizione isocratica (figura 2.6.2).
2.6.1.3 Metodo per la determinazione degli Anioni Inorganici
Per la determinazione dei principali anioni inorganici è stata utilizzata una colonna Ion Pac AS12A (4 x 250 mm) preceduta da una colonna di guardia IonPac AG4A (4 x 50 mm), un preconcentratore IonPac TAC-2 (3 x 35 mm) e seguita da un soppressore ASRS-300 4 mm self-regenerating come sistema di abbattimento di conducibilità per aumentare la sensibilità del metodo (Rabin et al., 1993) prima della cella conduttometrica (Dionex, Sunnyvale, CA, USA). Come eluente è stato utilizzata una soluzione tampone carbonato/bicarbonato di sodio (2 mM per entrambe le specie, CO32-
e HCO3-), stoccata in una bottiglia da due litri pressurizzata (10 p.s.i.) mediante azoto
ultra puro e con un flusso di eluente mantenuto a 2.0 mL min-1, che consente la determinazione contemporanea di anioni monovalenti (cloruri, nitriti, nitrati) e anioni bivalenti (solfati, ossalati); questo è possibile grazie alla forza dell’eluente ed alla colonna che ha una resina a scambio ionico che presenta contemporaneamente un'elevata affinità e selettività per gli anioni monovalenti e una bassa efficienza per i bivalenti. I campioni (1.5 mL di volume) sono caricati nella colonna di preconcentrazione mediante una pompa peristaltica con un flusso di 1.5 mL min-1. In
Tabella 2.6.1 Condizioni operative del metodo dei cationi
Figura 2.6.2 Esempio di un cromatogramma dei cationi con eluizione isocratica.
Cationi
Cromatografo DX 1000
Iniezione Pompa peristaltica (flusso 1.5 mL min-1)
Loop 800 µL
Precolonna CG 12
Colonna CS 12A
Flusso pompa cromatografo 1.50 ml/min
Eluizione Isocratica
Eluente H2SO4 22.5 mN
Pressione N2 8 psi
Soppressore Elettrochimico (100 mA)
Rigenerante H2O
Le condizioni di separazione utilizzate hanno permesso di ottenere sempre una buona separazione tra i segnali dei due componenti con un tempo di analisi di circa 9 minuti con un metodo che prevede una eluizione isocratica (figura 2.6.3).
In questo tipo di separazione non vengono determinati i fluoruri poiché, nelle condizioni operative descritte, essi sono ritenuti in colonna per tempi troppo brevi, così che il picco relativo esce in corrispondenza del water dip; per tali motivi i fluoruri vengono determinati insieme alle specie organiche, con condizioni di separazione più blande.
2.6.1.4 Metodo per la determinazione degli Anioni Organici
La determinazione cromatografica di fluoruri, acetati, gliclati, propionati, formiati, MSA e piruvati è stata eseguita utilizzando una colonna IonPac AS11 (4 x 250 mm), una precolonna AG11 (4 x 50 mm), un preconcentratore a basso volume morto IonPac TAC-2 (3 x 35 mm) ed un soppressore ASRS-Ultra II 4 mm self-regenerating prima della cella conduttometrica, tutti dispositivi Dionex (Sunnyvale, CA, USA). La colonna AS11 è appositamente concepita per la separazione cromatografica di specie anioniche poco ritenute in colonna, come gli anioni degli acidi carbossilici a corta catena e i fluoruri. I campioni (1.5 mL di volume) sono caricati nella colonna di preconcentrazione mediante una pompa peristaltica con un flusso di 1.5 mL min-1. Come eluente è stata utilizzata una miscela di una soluzione diluita di tetraborato di sodio (Na2B4O7·10H2O, 4.7 mM) e acqua ultra-pura Milli-Q; una soluzione più
concentrata di tetraborato di sodio (85.4 mM) è stata invece utilizzata per la procedura di lavaggio alla fine di ogni corsa cromatografica. Nella tabella 2.6.3 e nella tabella
2.6.4 sono riportate le condizione operative del metodo.
L’impiego di un eluente più debole, rispetto al tampone carbonato/bicarbonato di sodio usato per l’eluizione degli anioni inorganici, ha reso possibile la determinazione anche dei fluoruri che, in queste condizioni di separazione, vengono eluiti con tempi di ritenzione sufficientemente elevati da distinguerli dal water dip.
Per quanto riguarda l’utilizzo di eluenti alcalini molto deboli, come soluzioni diluite di tetraborato di sodio o di NaOH, esiste il problema del possibile assorbimento di CO2
Tabella 2.6.2 Condizioni operative del metodo degli anioni inorganici.
Figura 2.6.3 Esempio di cromatogramma degli anioni inorganici con eluizione
isocratica.