Was ist Ionenchromatographie und wie funktioniert sie?

Die Ionenchromatographie (IC) ist eine ist eine hochentwickelte Trenn- und Detektionsmethode der Analytischen Chemie. Sie wird verwendet, um spezifisch geladene ionische Verbindungen aus einer Probe zu trennen und zu quantifizieren. Es handelt sich hierbei um eine spezielle Form der Chromatographie, die auf der Interaktion von ionischen Verbindungen mit einem ionenbindenden stationären Medium basiert. Der Ablauf einer IC-Analyse besteht in der Regel aus folgenden Schritten:

  1. Vorbereitung der Probe: Die Probe wird so bearbeitet, dass sie in eine geeignete Form gebracht wird, um in die IC-Säule eingespeist zu werden.
  2. Injektion der Probe in die IC-Säule: Die Probe wird in die IC-Säule eingespeist und durchläuft die Säule.
  3. Trennung der ionischen Verbindungen: Die ionischen Verbindungen in der Probe werden durch die Interaktion mit dem stationären Medium in der Säule getrennt.
  4. Detektion der ionischen Verbindungen: Die getrennten ionischen Verbindungen werden an einem Detektor nachgewiesen, der die Signalstärke misst.
  5. Auswertung der Ergebnisse: Die gemessenen Signalstärken werden ausgewertet, um die Konzentrationen der ionischen Verbindungen in der Probe zu bestimmen.

IC-Systeme können entweder über eine Ionenaustausch- oder eine Ionenpaar-Trennung arbeiten. In einer Ionenaustauschchromatographie werden die Ionen an einer stationären Phase ausgetauscht und in einer Ionenpaarchromatographie werden die Ionen durch eine kationenbindende und eine anionenbindende Chemie auf der Säule getrennt.
Ein anschauliches 3-Minuten-Video (englisch) zeigt die Funktionsweise: An Introduction to Ion Chromatography


Was unterscheidet die Ionenchromatographie von der Ionenaustauschchromatographie?

Die Begriffe "Ionenchromatographie" (IC) und "Ionenaustauschchromatographie" (IEX) werden manchmal synonym verwendet, da beide Techniken auf dem Prinzip des Ionenaustauschs beruhen. Es gibt jedoch subtile Unterschiede in der Verwendung und Anwendung dieser Begriffe:

  1. Ionenaustauschchromatographie (IEX):

    • Grundprinzip: Die Ionenaustauschchromatographie ist eine allgemeinere Bezeichnung für eine Chromatographiemethode, bei der Ionen gegen Ionen auf einer stationären Phase ausgetauscht werden. Dies schließt die Trennung von Anionen gegen Anionen oder Kationen gegen Kationen ein.
    • Anwendungen: IEX kann für die Trennung von Ionen in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, einschließlich der Trennung von Proteinen, Peptiden und Nukleinsäuren in der Biochemie.
  2. Ionenchromatographie (IC):

    • Grundprinzip: Die Ionenchromatographie ist eine spezifischere Form der Ionenaustauschchromatographie, die sich auf die Trennung und Analyse von ionischen Verbindungen konzentriert, insbesondere Anionen und Kationen in wässrigen Proben.
    • Anwendungen: IC wird häufig in der Analytischen Chemie eingesetzt, insbesondere in Bereichen wie Umweltanalytik, Lebensmittelanalytik, pharmazeutische Forschung und klinische Chemie. Hier steht die genaue Bestimmung von ionischen Verbindungen wie Nitrat, Sulfat, Chlorid, Natrium und Kalium im Vordergrund.

Die Ionenchromatographie ist also eine spezialisierte Form der Ionenaustauschchromatographie, die sich speziell auf die Trennung und Analyse ionischer Verbindungen konzentriert, besonders in wässrigen Proben. In vielen Fällen werden die Begriffe jedoch austauschbar verwendet, je nach Kontext und Fachgebiet.


Wofür wird die Ionenchromatographie eingesetzt?

Der Einsatz der Ionenchromatographie erstreckt sich über ein breites Spektrum von Branchen und ermöglicht präzise Analysen in unterschiedlichsten Probenmatrices. Von Umwelt- über pharmazeutische bis hin zu lebensmittelbezogenen Anwendungen trägt die Ionenchromatographie wesentlich zur genauen Bestimmung ionischer Verbindungen in verschiedenen Disziplinen bei.

Typische Anwendungsgebiete der Ionenchromatographie sind:

  1. Umweltanalytik:

    • IC wird in der Umweltanalytik eingesetzt, um die Konzentration von ionischen Verbindungen in Wasser- und Bodenproben zu bestimmen. Dies umfasst die Detektion von Anionen wie Nitrat, Sulfat und Chlorid, die in Bezug auf Umweltauswirkungen von besonderem Interesse sind.
  2. Pharmazie:

    • In der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung findet die Ionenchromatographie Anwendung bei der Analyse von pharmazeutischen Wirkstoffen und Hilfsstoffen. Sie ermöglicht die genaue Bestimmung von Ionen wie Citrat, Phosphat und organischen Säuren.
  3. Lebensmittelanalytik:

    • Die Lebensmittelanalytik profitiert von der Ionenchromatographie durch die Bestimmung von Ionen wie Chlorid, Nitrat und Sulfat in Lebensmittelproben. Dies spielt eine Rolle bei der Qualitätssicherung und der Einhaltung von Lebensmittelstandards.
  4. Klinische Chemie und Bioanalytik:

    • In der klinischen Chemie wird IC zur Analyse von biologischen Flüssigkeiten eingesetzt, um Ionen wie Bromid, Fluorid und Phosphat zu bestimmen. Dies unterstützt die Diagnose und Überwachung von Krankheiten.
  5. Geochemie:

    • In der Geochemie wird die Ionenchromatographie verwendet, um die Zusammensetzung von Bodenproben und geologischen Materialien zu charakterisieren. Dies ist wichtig für die Erforschung von geochemischen Prozessen.

Es gibt Ionenchromatographie ohne und mit Suppressortechnik? Was ist das und wo liegen die Unterschiede?

Ja, in der Ionenchromatographie (IC) kann zwischen Systemen mit und ohne Suppressortechnik unterschieden werden. Die Suppressortechnik ist eine Methode, die dazu dient, den Hintergrundleitfähigkeitsrauschen zu minimieren, das bei der Detektion von ionischen Verbindungen auftreten kann. Hier sind die Grundlagen und Unterschiede:

  1. Ionenchromatographie ohne Suppressortechnik:

    • In einem IC-System ohne Suppressortechnik fließt die gesamte Eluentenlösung direkt zur Detektionseinheit, ohne dass das Hintergrundrauschen unterdrückt wird.
    • Das Hintergrundrauschen kann durch die leitfähige Eluentenlösung und durch die Anwesenheit von gelösten Ionen in der Probe verursacht werden.
    • Die direkte Übertragung des Eluentenstroms zur Detektionseinheit kann die Nachweisgrenzen beeinträchtigen, insbesondere wenn niedrige Konzentrationen analysiert werden.
  2. Ionenchromatographie mit Suppressortechnik:

    • Bei einem IC-System mit Suppressortechnik wird eine spezielle Vorrichtung, der sogenannte Suppressor, zwischen der Trennsäule und der Detektionseinheit platziert.
    • Der Suppressor entfernt effektiv die Hintergrundionen (hauptsächlich Kalium und Natrium) aus der Eluentenlösung, indem er sie gegen Wasserstoffionen austauscht. Das reduziert die Leitfähigkeit und minimiert das Hintergrundrauschen.
    • Die Unterdrückungstechnik ermöglicht eine präzisere Erfassung von geringen Konzentrationen ionischer Verbindungen, da das Rauschen minimiert wird.

Die Wahl zwischen IC-Systemen mit oder ohne Suppressortechnik hängt von den analytischen Anforderungen ab. Suppressortechnik ist besonders nützlich, wenn hohe Empfindlichkeit und niedrige Nachweisgrenzen erforderlich sind, insbesondere bei der Analyse von Spurenanionen. In Situationen, in denen weniger empfindliche Analysen durchgeführt werden und die Kosten eine Rolle spielen, können Systeme ohne Suppressortechnik verwendet werden.


Welche Anbieter sind auf dem Markt der IC aktiv?

  1. Thermo Fisher Scientific:
    • Hauptsitz: Vereinigte Staaten (Waltham, Massachusetts)
    • Produkte für Ionenchromatographie: Thermo Fisher Scientific bietet Ionenchromatographen unter dem Namen "Thermo Scientific" an. Ihre Produkte decken eine breite Palette von Anwendungen ab, darunter Umweltanalytik, Lebensmittelanalytik, pharmazeutische Forschung und Qualitätskontrolle. Die Systeme ermöglichen die präzise Bestimmung von Anionen und Kationen in verschiedenen Proben.
  2. Metrohm:
    • Hauptsitz: Schweiz (Herisau)
    • Produkte für Ionenchromatographie: Metrohm ist bekannt für seine Ionenchromatographiesysteme, die unter dem Namen "Metrohm IC" vertrieben werden. Ihre Produkte finden Anwendung in der Umweltanalytik, Lebensmittelanalytik, pharmazeutischen Industrie sowie in der chemischen und petrochemischen Industrie. Metrohm bietet Lösungen für die Analyse verschiedener Ionen, darunter Anionen wie Chlorid, Nitrat und Sulfat, sowie Kationen wie Natrium, Kalium und Calcium.
  3. Shimadzu:
    • Hauptsitz: Japan (Kyoto)
    • Produkte für Ionenchromatographie: Shimadzu bietet Ionenchromatographen unter dem Namen "Shimadzu IC" an. Ihre Systeme werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Umweltanalytik, Lebensmittel- und Getränkeindustrie, pharmazeutische Forschung und Biotechnologie. Die Geräte von Shimadzu ermöglichen die genaue Bestimmung von Anionen und Kationen in unterschiedlichsten Proben.
  4. Shine:
    • Hauptsitz: China (Shanghai)
    • Produkte für Ionenchromatographie: Shine ist ein chinesischer Hersteller, der Ionenchromatographiesysteme anbietet. Details zu spezifischen Produktlinien und Anwendungen können je nach den neuesten Entwicklungen und Produktveröffentlichungen variieren. Im Allgemeinen bedient Shine jedoch ähnliche Branchen wie ihre internationalen Konkurrenten, darunter Umwelt- und Lebensmittelanalytik.

Viele kennen noch Geräte von Dionex? Was ist daraus geworden?

Dionex war der global wichtigste Akteur im Bereich der Ionenchromatographie. Im Jahr 2011 wurde Dionex von Thermo Fisher Scientific übernommen. Thermo Fisher Scientific integrierte die Produkte und Technologien von Dionex in sein bestehendes Portfolio.

Daher sind viele der Ionenchromatographen, die heute unter dem Namen "Thermo Scientific" angeboten werden, das Ergebnis der Zusammenführung von Technologien von Thermo Fisher Scientific und Dionex. Die Übernahme stärkte Thermo Fishers Position im Bereich der chromatographischen Analytik und erweiterte ihr Angebot an Instrumenten für die Ionenchromatographie.

"Dionex" existiert als eigenständige Marke nicht mehr. Stattdessen wurden die Produkte und Technologien von Dionex in das Produktportfolio von Thermo Fisher Scientific integriert. Daher sind frühere Dionex-Nutzer heute oft Nutzer der Ionenchromatographiesysteme von Thermo Fisher Scientific.


Es gibt neben der Ionenchromatographie auch die Ionenpaarchromatographie - wo liegt der Unterschied?

Die Ionenchromatographie (IC) und die Ionenpaarchromatographie (IPC) sind beide chromatographische Techniken, die zur Trennung und Analyse von ionischen Verbindungen eingesetzt werden. Obwohl sie ähnlich klingen und einige Gemeinsamkeiten haben, gibt es wichtige Unterschiede zwischen den beiden Methoden:

  1. Ionenchromatographie (IC):
    • Grundprinzip: IC basiert auf der Trennung von Ionen in einer Lösung durch den Einsatz von ionenaustauschenden Säulen. Diese Säulen haben funktionelle Gruppen, die in der Lage sind, Ionen zu binden und später durch den chromatographischen Prozess freizugeben.
    • Anwendung: IC wird häufig für die Trennung und quantitative Analyse von Anionen und Kationen in einer Vielzahl von Proben verwendet. Typische Anwendungsgebiete sind Umweltanalytik, Lebensmittelanalytik, pharmazeutische Forschung und Wasserqualitätskontrolle.
  2. Ionenpaarchromatographie (IPC):
    • Grundprinzip: IPC ist eine Modifikation der Ionenchromatographie, bei der Ionen mit ionischen Paaren (Ionenpaare) in der mobilen Phase kombiniert werden. Durch die Bildung von Ionenpaaren können auch lipophile (fettliebende) Ionen effektiv chromatographisch getrennt werden.
    • Anwendung: IPC wird oft für die Analyse von lipophilen Anionen eingesetzt, die in der herkömmlichen Ionenchromatographie schwer zu trennen sind. Beispiele hierfür sind Fettsäuren und andere organische Säuren.

IPC kann als eine spezielle Form der Ionenchromatographie betrachtet werden, die speziell für die Analyse von lipophilen Anionen optimiert wurde. Beide Techniken haben ihre Vor- und Nachteile, und die Auswahl zwischen Ionenchromatographie und Ionenpaarchromatographie hängt von den spezifischen analytischen Anforderungen und den zu untersuchenden Ionen ab.


Wo kann ich mein Wissen vertiefen?

Für alle, die ihr Wissen in der Ionenchromatographie vertiefen möchten, könnten die Seminare von Dr. Joachim Weiss bei Klinkner & Partner interessant sein. Sie behandeln u.a. den Aufbau von Ionenchromatographie-Systemen, die Grundlagen der Anionen- und Kationenaustausch-Chromatographie, Detektionsverfahren, Nachsäulenderivatisierung, Gradientelution, schnelle und hochauflösende Ionenaustausch-Chromatographie sowie wichtige Probenvorbereitungstechniken. Mehr erfahren

Herr Dr. Weiss ist auch Autor eines Standardwerks zur Ionenchromatographie. Mehr erfahren