Ionenchromatographie
Als Ionenchromatographie (IC) oder Ionenaustauschchromatographie bezeichnet man ein chromatographisches Verfahren zum Nachweis von Ionen in Flüssigkeiten.
Inhaltsverzeichnis
Wie funktioniert die Ionenchromatographie?
Die Ionen-Chromatographie beruht darauf, dass die Ionen der Probe ihr Gegenion im Elutionsmittel verdrängen. Diese Ionen verbleiben jedoch nicht an Ort und Stelle, sondern werden durch fortgesetzte Zugabe des Eluenten ihrerseits wieder von ihren Gegenionen verdrängt. Anschließend spült sie das Elutionsmittel zum Detektor, durch den sie anhand ihrer spezifischen Peaks zu identifizieren sind. Die Peaks der Probe werden dabei mit denen bekannter Standards abgeglichen.
Ionenchromatographie
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- Qualitative und quantitative Bewertung von ionischen Kontaminationen: Leiterplatten, Baugruppen & IPC (IPC-TM-650 2.3.28 / IPC-B-28)
- Nachweis von anorganischen Ionen
- Routinekontrolle von Prozesswasser, Reinigungsbäder, galvanische Beschichtungsbäder, wassergemischter Kühlschmierstoffe (KSS)
- Analytik in der Batterieforschung/-recycling
- Spurenanalytik
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Die Ionenaustauschchromatographie im Detail
Die Ionenaustauschchromatographie beruht, wie alle chromatographischen Trennverfahren, auf einer stationären und einer mobilen Phase, dem sogenannten Eluenten. Erstere ist bei der IC heute meist ein Polymerharz. Die Auswahl der mobilen Phase hängt vor allem davon ab, ob Anionen oder Kationen getrennt werden sollen. Während zur Trennung von Anionen vor allem auf Ammoniumsalz-Verbindungen gesetzt wird, kommen zur Trennung von Kationen in der Regel Sulfonsäuren als Elutionsmittel zum Einsatz. Unabhängig von der Wahl des Elutionsmittels ist vor allem entscheidend, dass die Trennsäule bereits vor der Injektion mit diesem beladen wird.
Nach der Injektion verdrängen die Ionen der Probe ihr Gegenion, das sich im Elutionsmittel befindet. Führt man dieses Elutionsmittel nun immer weiter zu, so werden wiederum die Ionen der Probe verdrängt, und von der mobilen Phase zum Detektor transportiert.
Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC)
Im Rahmen der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC, von engl. high performance liquid chromatography) werden die zu untersuchenden Substanzen nicht nur getrennt, sondern können mit Hilfe von Standards auch bestimmt und quantifiziert werden. Zur Bestimmung einer unbekannten Substanz wird deren Retentionszeit mit der des Standards verglichen. Die Quantifizierung erfolgt, indem die Peak-Flächen der Probe mit denen eines Standards bekannter Konzentration verglichen werden.
Praktische Anwendung der Ionenaustauschchromatographie
Die Ionenchromatographie kommt in zahlreichen Bereichen zum Nachweis von Verunreinigungen zum Einsatz. Insbesondere ionische Verunreinigungen lassen sich mit ihr gut in ihre einzelnen Substanzen auftrennen, weshalb sie ein häufig genutztes Verfahren zur Sicherstellung der Technischen Sauberkeit ist. Doch auch in der Wasseranalytik leistet das Verfahren wertvolle Dienste, so etwa bei der Detektion unerwünschter Eintragungen wie zum Beispiel Nitrit.
Ihr breites Einsatzspektrum hat dafür gesorgt, dass die Ionenchromatographie in vielen Industriezweigen (z. B. in der Papierindustrie, Petrochemie oder Metallverarbeitung), aber auch in der Landwirtschaft (z. B. für die Untersuchung von Bodenproben) und im Bergbau heute nicht mehr wegzudenken ist.
Halbleiterindustrie
Die Halbleiterindustrie hat oft mit ionischen Verunreinigungen zu kämpfen. Ursache der Verunreinigung kann eine mangelhafte Qualität des verwendeten Wassers sein. Ebenso kommen unvollständige Spülprozesse, eine Verunreinigung der eingesetzten Chemikalien oder die Qualität der Polymere als Ursache in Frage. Doch auch in den Passivierungsschichten kann es zur Kontamination kommen. Durch die Ionenchromatographie ist nicht nur der Nachweis, sondern auch eine detaillierte Analyse der vorhandenen Verunreinigungen möglich.
Daneben kommt die Ionenchromatographie auch im Rahmen der kontinuierlichen Qualitätsüberwachung und zur Oberflächenqualifikation (etwa vor dem Aufbringen einer Beschichtung) zu Einsatz. Auch potentielle Fehler (z. B. mögliche Korrosion) lassen sich mit der IC abschätzen.
Galvanische Industrie
Auch in der galvanischen Industrie findet eine routinemäßige Qualitätskontrolle der Beschichtungsbäder häufig mit Hilfe der Ionenchromatographie statt. Auch die Reaktionsprodukte der Bäder (etwa anorganische Anionen oder organische Säuren) können durch die IC untersucht werden.
Kurz zusammengefasst: Ionenchromatographie
Die Ionenchromatographie basiert auf dem Austausch von Ionen mit positiver oder negativer Ladung. Als stationäre Phase dient dabei ein Polymerharz, wohingegen die mobile Phase in der Regel eine Ammoniumsalz-Verbindung (zur Trennung von Anionen) oder eine Sulfonsäure (bei der Trennung von Kationen) ist.
