Iontová chromatografie nebo proces oddělování iontů od vzorku průchodem dlouhým sloupcem se obvykle provádí v laboratoři pomocí drahého sofistikovaného vybavení. Nyní vědci z University of Tasmánie v Austrálii vymysleli jednodušší způsob, jak provést techniku v oboru – ten, který by mohl prospět také učebny vědy.
Ve spolupráci s vysokoškolskými studenty druhého ročníku jim vědci pomohli analyzovat vodu v půdě nebo vodu mezi částicemi půdy, bezprostředně po jejím sběru pomocí přenosného iontového chromatografu zvaného Aquamonitrix. Studenti jej použili k oddělení a analýze koncentrací iontů dusičnanu a dusitanů ve vzorku, protože oba tyto ionty jsou známé jako škodlivé pro životní prostředí ve vysokých koncentracích. Poté vzali vzorky zpět do laboratoře a analyzovali je pomocí konvenčního chromatografu.
Na základě svých zjištění zveřejněných v Journal of Chemical EducationPřenosný chromatograf vytvořil výsledky srovnatelné s výsledky konvenčního zařízení v laboratoři.
Chemie mimo laboratoř
„Jednou z věcí, které nás vždy zajímá, je vyřadit naši chemii z laboratoře (a) do pole,“ řekl Brett Paull, profesor chemie na University of Tasmánie a vedoucí autor studie. „Aby se studenti nedozvěděli, že analytická chemie je něco, co děláte v laboratoři, ale je to něco, co můžete dělat kdekoli.“
Pokyny ACS 2023 ACS pro programy vysokoškolské chemie uvádějí, že „praktické“ zkušenosti se separacemi a chromatografií by měly být začleněny do kurzů vysokoškolské chemické laboratoře. Zatímco provádění iontové chromatografie pomocí laboratorního vybavení pomáhá studentům získat zkušenosti s experimenty s manipulací s manipulací, stále je nevytváří, aby aplikovali své analytické dovednosti ve scénáři v reálném světě.
Paull a jeho tým spolupracovali s Aquamonitrix, společností, která vyrábí přenosný iontový chromatograf se stejným názvem, aby pomohl mladým vysokoškolským studentům analyzovat vzorky v terénu.
„Přenosné nástroje nám dávají příležitost jít na pole a provést skutečná měření,“ řekl Dr. Paull.
Jednoduchost ve prospěch
Studenti nejprve získali půdní pórovou vodu tím, že ji vytáhli z půdy pomocí přenosného vakuového čerpadla. Potom filtrovali vodu na místě a přímo ji vstříkli do chromatografu.
Aquamonitrix pracuje jako jednoduchý, nízkotlaký iontový chromatograf, který může oddělit anionty podél relativně krátkého sloupce. Roztok použitý k přepravě vzorku do chromatografu a usnadnění výměny aniontů se sloupcem obsahuje pouze chlorid sodný, čímž se proces zachovává ekologicky šetrný k životnímu prostředí.
Pro specificky detekce iontů dusičnanů a dusitanů mezi všemi anionty obsahuje zařízení levný detektor absorbance, který používá UV světlo. Protože oba tyto anionty absorbují UV záření, studenti byli schopni vidět dva vrcholy v chromatogramu odpovídající přítomnosti obou aniontů.
„Dusitan a dusičnan absorbují docela rozumně v této nízké UV oblasti a my nedostáváme žádné rušení z jiných aniontů,“ vysvětlil Dr. Paull. „Takže (její) jednoduchost je ve prospěch, protože nedostaneme velký chaotický chromatogram se všemi ostatními materiály.“
Jednodušší specialista
Když studenti přinesli vzorek zpět do laboratoře a změřili hladiny dusičnanu a dusitanu pomocí konvenčního komerčního iontového chromatografu, zjistili, že čísla vytvořená přenosným zařízením byla podobná. To naznačovalo přenosnou metodu poskytovala přesné výsledky – a za méně peněz a času.
Laboratorní chromatograf je „mnohem komplikovanější, mnohem dražší a pokročilejší,“ řekl Dr. Paull a pracuje s delšími sloupci a vysokotlaká čerpadla. Může také detekovat mnoho dalších aniontů a produkovat složitější chromatogram.
„Nechceme dělat všechno,“ dodal. „Není možné vzít laboratorní nástroj ve výši 100 000 dolarů a prostě jej vzít do skleníku a používat jej. To, co děláme, je vyvinout nástroj 10 000 $, který ve skutečnosti může dělat jednu nebo dvě věci velmi dobře, může být spuštěn baterií a může být použita studentem, který není vysoce vyškolený nebo vysoce kvalifikovaný. Nesnažíme se replikovat laboratoř v oboru; Snažíme se vyvinout nízké náklady, které lze použít do pole.“
Vědci také pracovali na dalším podobném nástroji, o kterém tvrdí, že mohou měřit hladinu amoniaku v terénu.
„Takže, dusitan, dusičnan a amoniak a pak, (nakonec) se můžete podívat na kompletní cyklus dusíku, řekněme, čistírny vody nebo v chemii půdy,“ řekl Dr. Paull.
Tým také pracuje na podobném nástroji pro detekci arsenu v kontaminovaných půdách a zemědělských oblastech. Přítomnost tohoto toxického prvku v půdě je hlavním problémem v zemích, jako je Indie a Bangladéš, kde je extrakce podzemní vody vysoká.
„Dozví se více“
Hlavním důvodem, proč vědci na tomto nástroji pracovali, je však použít jako efektivní výukový nástroj.
„Umožněním studentům provádět terénní i laboratorní analýzy (přenosné zařízení) poskytuje komplexní zkušenost s učením, který kombinuje teoretické koncepty s praktickými aplikacemi,“ uvedl Vipul Gupta, lektor chemie na Deakin University ve Victoria v Austrálii. „Praktická povaha experimentu, spojená s příležitostí řešit environmentální výzvy v reálném světě, podporuje zvědavost a zájem o analytickou chemii.“
Dr. Gupta vyjádřil přesvědčení, že cvičení lze rozšířit na dlouhodobější nepřetržité monitorování na poli.
„Navíc se domnívám, že použití takových přenosných systémů by v budoucnu povzbudilo studenty k vývoji svých vlastních inovativních analytických chemických projektů,“ dodal.
„Myslím, že dostanutí studentů nadšené z analytické chemie (je), pokud jsou vždy uzavřeny v laboratoři,“ řekl Dr. Paull. „Pokud je skutečně vezmete mimo laboratoř a ukážete jim, že ve skutečnosti můžete provést analytická měření v této situaci v reálném světě, venku v prostředí, je to pro studenty mnohem příjemnější situací.
„Naučí se mnohem víc.“
Rohini Subrahmanyam je novinář na volné noze v Bengaluru.
Publikováno – 17. září 2025 05:30
