Zoolek i ich tajemniczy chromatograf

Zoolek i ich tajemniczy chromatograf

| Michał W. | Akwarystyka
Podczas wystaw akwarystycznych Firma Zoolek cyklicznie pojawia się ze swoim Chromatografem jonowym marki Metrohm i udostępnia go w celu przebadania wody akwariowej. W najbliższy weekend (15-16.09.2018r.) Zoolek będzie bardzo blisko nas, w Zabrzu, podczas X Śląskiego Weekendu Akwarystycznego.

Czym jest tajemniczy chromatograf i dlaczego warto ustawić się w kolejce, aby przebadać swoją wodę? Zapraszam do lektury.

Chromatograf jonowy Metrohm [metrohm.com]

Jak wiadomo woda w akwarium jest mieszaniną przeróżnych związków chemicznych, w tym anionów i kationów. Podczas zwykłej analizy jesteśmy często zmuszeni do maskowania jednych jonów w celu pomiaru innych, ponieważ wzajemnie sobie przeszkadzają. Zużywamy także w tym celu spore objętości próbki, a sam pomiar często nie jest tak dokładny, jak byśmy tego oczekiwali. Co zrobić, jeśli nie chcemy poświęcać tak wiele czasu i energii na analizę?
Z pomocą przychodzi chromatograf jonowy, który jest jest urządzeniem skonstruowanym w celu rozdzielania mieszaniny substancji i późniejszego pomiaru ilości poszczególnych jonów.  Cechuje go niebywale wysoka dokładność, jest zdolny do oznaczenia ilości µg/L (0,000001 grama), podczas gdy w metodzie klasycznej nigdy nie uzyskamy takiego wyniku i jego powtarzalności. Do wykonania pomiaru potrzeba zaledwie 0,5-2ml. wody. Ogromną zaletą jest także analiza specjacyjna (analiza kationu na konkretnym stopniu utlenienia, ponieważ jak wiadomo, rośliny nie każdy jon potrafią wykorzystać, np. różnica w przyswajalności żelaza (Fe) na +II lub +III stopniu utlenienia).

Rozdziału mieszaniny dokonuje się na kolumnie chromatograficznej, przez którą przepływa eluent (substancja transportująca jony przez kolumnę). Każdy, kto miał styczność z laboratorium rozumie zjawisko sorpcji (przenikania) substancji do wnętrza takiej kolumny. Na nasze potrzeby wyobraźmy sobie następującą sytuację:

W rzędzie stoi trójka dzieci: Zosia, Paweł i Ola. Każde z nich lubi inny kolor. Zosia lubi fioletowy, Paweł niebieski, Ola czerwony. Przed dziećmi przejeżdża wózek, na którym znajduje się góra różnokolorowych maskotek. Zosia wybiera fioletowe, Paweł niebieskie, a Ola czerwone. Po pewnym czasie zabawki się nudzą, więc Zosia, Paweł i Ola wypuszczają je kolejno z rąk na wózek, który (już posegregowane) przewozi je dalej.

W przybliżeniu tak działa kolumna chromatograficzna 🙂 Zamieńmy teraz Zosię, Pawła i Olę na grupy jonowymienne zdolne do wychwytu jonów, a kolor fioletowy na azotany(V)(NO3), niebieski na fosforany(V)(PO43–), czerwony na azotany(III) (NO2).
Z mieszaniny jonów znajdujących się w wodzie w akwarium wydzielamy poszczególne jony, które kolejno opuszczają kolumnę, za którą to detektor mierzy ich dokładną zawartość w badanej próbce. Sygnał wyjściowy jest rejestrowany w postaci piku (kreski) na wykresie, z którego odczytujemy konkretne stężenie.

Przykładowy wykres [Labnews.pl]

Brzmi nieskomplikowanie? Owszem. Proszę jednak pamiętać, iż powyższy, bardzo opisowy przykład jest mocno uproszczony. Chromatograf to bardzo złożone i skomplikowane urządzenie wymagające odpowiednio dobranego eluentu, kolumny, czasu analizy, wstępnego oczyszczenia próbki, regeneracji po przeprowadzonym pomiarze. Detektor stosowany przy chromatografii jonowej jest najczęściej konduktometrem (mierzy przewodność cieczy). Aby wynik nie był zafałszowany przez wprowadzenie eluentu, ciecz trafia do supresora, który wycisza jego przewodność. Każdy etap jest niezmiernie ważny!
Samo zjawisko wymiany jonowej kojarzy się zapewne wielu Akwarystom z żywicą jonowymienną w filtrze odwróconej osmozy (RO). Próbka przechodząc przez kolumnę napotyka na wolne grupy na jej końcu (-H+, -OH, Na+, Cl), które są „wybijane” z końcówek, a na ich miejsce wpada analizowany przez nas jon, który utrzymuje się pewien czas (każdy jon ma inny okres „przesiadywania” w tym miejscu, co pozwala na ich rozdzielenie), po czym oderwany przepływa dalej.

Analiza stężeń jonów przy użyciu chromatografu jonowego trwa od kilku do kilkunastu minut (w zależności m.in. od stopnia skomplikowania składu próbki). Samo urządzenie jest bardzo kosztowne, pomiary przeprowadzać może wyłącznie wykwalifikowana do tego osoba, pomiar nie należy zatem do najtańszych. Wszystkie składowe tego procesu sprawiają, iż Akwaryści rzadko mają okazję na przeprowadzenie tak zaawansowanej analizy. Dzięki uprzejmości firmy Zoolek jest to jednak możliwe, więc woda z akwarium do kubeczka i do kolejki! 🙂

Szczegóły wydarzenia:
X Śląski Weekend Akwarystyczny
15-16.09.2018r.
Miejski Ośrodek Kultury w Zabrzu
ul. 3 maja 91a

Jakie parametry można oznaczać za pomocą chromatografu jonowego?
Oznaczyć można m.in. stężenie: azotanów(V), azotanów(III), fosforanów, potasu, wapnia, magnezu, amonu.

W jaki sposób pobrać próbkę?
Próbkę wody należy pobrać możliwie jak najkrócej przed badaniem i szczelnie zakręcić.

W przypadku pytań zapraszam do kontaktu poprzez zakładkę Kontakt

Avatar photo

Michał W.

Specjalista chemii wody, miłośnik wykorzystania fitoremediacji w oczyszczaniu wód. Związany z zoologią od ponad 10 lat, z wykształcenia chemik. Autor artykułów traktujących o chemii i mikrobiologii w środowisku wodnym. Zwolennik łączenia zalet i korzyści akwariów typu 'low-tech' i 'high-tech'. Zawsze otwarty na nowe pomysły i projekty.
czytaj