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Hochdruckflüssigchromatographie (HPLC)

Elektroanalytische Detektoren in der HPLC

Abb.1

Elektroanalytische Detektoren können nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten: einerseits wird die Leitfähigkeit bestimmt (für ionische Analyten) - Leitfähigkeitsdetektor - und andererseits wird der Stromfluss gemessen, der durch die Oxidation/Reduktion des Analyten hervorgerufen wird - Amperometrischer bzw. Coulometrischer Detektor.

Leitfähigkeitsdetektor

Beim Detektionsprinzip wird die proportionale Abhängigkeit der Leitfähigkeit der Lösung von der enthaltenen Konzentration an Ionen ausgenutzt. Die Leitfähigkeit des Eluates (Trennung der ionischen Verbindungen erfolgt normalerweise über Ionenaustausch/Ionenchromatographie) hängt aber auch von der Art und der Ladung der Ionen ab. Die Detektion über Leitfähigkeitsmessung führt zu universellen Aussagen über das Eluat.

Amperometrischer Detektor

Im Wesentlichen werden der amperometrische und auch der coulometrische Detektor nur eingesetzt, wenn die Bestimmung über UV/VIS-Detektor nicht ausreicht, obwohl die Empfindlichkeit zwischen der des UV/VIS- und des Fluoreszenzdetektors liegt. Die Ursache hierfür liegt in der schwierigen Handhabung der Detektoren. Beachtet werden sollte beim amperometrischen und beim coulometrischen Detektor folgendes:

  • geringe Reproduzierbarkeit, da sich die Elektrodenoberflächen ständig verändern (Ablagerung von Reaktionsprodukten)
  • Elektrodenoberflächen müssen poliert werden (Chromsäure oder Diamantstaub)
  • Eisen-(II)-Ionen stören die Detektion, deshalb nur Säulen aus Glas bzw. Edelstahl
  • sauerstofffreier Eluent und Probe, wenn reduktiv detektiert wird (Sauerstoff wird leicht reduziert und erzeugt ein hohes Grundrauschen)
  • nur Eluenten mit Eigenleitfähigkeit verwendbar (Eluenten: wässrige Gemische organischer Lösungsmittel mit Salz- oder Pufferzusätzen)
Abb.2
Amperometrischer Detektor mit 3-Elektroden-Anordnung

Arbeitselektrode (AE) - besteht aus glasartigem Kohlenstoff und dient der Verfolgung der elektrochemischen Vorgänge Hilfselektrode (HE) - transportiert den Strom aus der Oxidation bzw. Reduktion Referenzelektrode (RE) - Elektrode 2. Art (Ag/AgCl) ist hochohmig geschaltet und sorgt damit für gleichmäßige Spannung an der AE Der Stromfluss wird somit zwischen AE und HE gemessen.

Detektionsprinzip: Durch das Eluat wird Strom geleitet und bei konstantem Elektrodenpotenzial gegen die Zeit gemessen. An den Elektroden wird der Analyt umgesetzt (umgesetzte Stoffmenge ca. 1-10 %) und es werden Elektronen über die Phasengrenze transportiert:

Kathode: Elektronen gehen aus der Elektrode in die Lösung über (Reduktion) Anode: Elektronen kommen aus der Lösung in die Elektrode (Oxidation)

Welche Verbindungen sind nachweisbar?

Relativ leicht sind oxidierbare bzw. reduzierbare Verbindungen nachweisbar.

Oxidativ detektierbare Verbindungen sind:

  • aromatische Phenole, Hydroxylverbindungen, Amine und Amide
  • Mercaptane
  • Indole, Chinoline
  • Azide

Reduktiv detektierbare Verbindungen sind:

  • Nitrosamine, Diazo-Verbindungen
  • Aldehyde, Ketone
  • Olefine, Nitro-Verbindungen, Halogene
  • seltener gelöster Sauerstoff und gelöste Schwermetalle

Die Selektivität des Detektors kann verändert werden, indem das Elektrodenpotential anders gewählt wird (ähnlich der Wellenlängenänderung beim UV/VIS-Detektor):

  • kleines Elektrodenpotential: hohe Selektivität
  • großes Elektrodenpotential: universelle Bestimmung möglich
Tab.1
Amperometrischer Detektor
VorteileNachteile
▪ selektivere Detektion als mit dem UV-Detektor, weil nur elektrochemisch aktive Substanzen detektierbar ▪ einfacher Aufbau ▪ kostengünstig ▪lineare Bereich und Reproduzierbarkeit sind gering ▪ hohes Rauschniveau ▪ kein Gradientenbetrieb möglich ▪ keine unpolare Eluenten verwendbar, da der Strom geleitet werden muss (keine Adsorptionschromatographie) ▪ stark empfindlich für die Pulsation des Flusses

Coulometrischer Detektor

Hierbei handelt es sich um ein Multi-Elektroden-Gerät. Es können bis zu vier Arbeitselektroden mit den dazu gehörigen Referenz- und Hilfselektroden gleichzeitig das Eluat umsetzen und die oxidierbaren oder reduzierbaren Verbindungen detektieren. Die Elektroden sind porös und werden vom Eluat eher "durchströmt". Der eigentliche Unterschied zum amperometrischen Detektor besteht darin, dass die umgesetzte Stoffmenge quantitativ ist.

Die Wahl der angelegten Spannung an den Elektroden entscheidet über die Selektivität des Detektors. Es ist ebenfalls möglich, Störverbindungen an einer Elektrode abzuscheiden und an einer anderen Elektrode den Analyten umzusetzen. Dies spielt auch eine besondere Rolle bei der Erkennung von überlagerten Peaks im Chromatogramm.

Tab.2
Coulometrischer Detektor
VorteileNachteile
▪ noch selektiver ▪ weniger anfällig gegen Oberflächenabnutzung und geringere Nachweisgrenze als der amperometrischer Detektor ▪siehe amperometrischer Detektor
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