Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-7213
Main Title: Optimierung der passiven Dialyse zur Inline-Probenvorbereitung in der Ionenchromatographie
Translated Title: Optimization of passive dialysis for inline sample preparation for ion chromatography
Author(s): Markeviciute, Inga
Advisor(s): Frenzel, Wolfgang
Referee(s): Frenzel, Wolfgang
Ressler, Thorsten
Linscheid, Michael W.
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: The focus of this Ph.D. Thesis is the instrumental improvement and optimization of a commercially available system for stopped-flow dialysis in hyphenation with ion chromatography. The two main aspects of the present thesis are the application of dialysis membranes permitting better separation of potentially interfering compounds and shortening of the dialysis time required to achieve concentration equilibrium for analyte ions. The majority of experiments were made with inorganic anions as target analytes. Additionally, investigations were also made with respect to the dialysis behavior of alkali and alkaline earth metals as well as selected organic acids. The investigation of break-through of humic substances, lignin and proteins using a variety of dialysis membranes was made here for the first time ever. It is shown that the break-through is connected with the pore-size of the dialysis membranes. Almost complete retention of potential interferents is achieved using membranes with pore size ≤ 0.05 µm. However, the use of such membranes is associated with a considerable increase in dialysis time required to reach concentration equilibrium. By optimization of the dialysis parameters and in particular the geometry of the dialysis cell with regard to channel depth the mass transfer is increased and the time for concentration equilibrium decreased so that the dialysis procedure does not get the rate-limiting step of the overall analytical procedure. The advantages of the optimized dialysis procedure are demonstrated in long-term experiments using particularly difficult sample matrices (i.e. milk, water-oil emulsions, and artificial waste water). Reproducibility, recovery of analytes and the behavior and transformation of the dialysis membranes were evaluated on the base of control charts. The results can be judged as very satisfying. Another part of this thesis is devoted to the development and testing of the inline coupling of dialysis probes with ion chromatography, in order to combine sampling and sample preparation in a single step. In this respect, the two novel concepts of „Dialysis-on-Valve“ and „Total-Dialysate-Injection“ were developed and examined. The practical experiences made with the dialysis probe are a suitable fundament for further applications.
Der Fokus der Dissertation liegt auf der instrumentellen Verbesserung und weitergehenden Optimierung der kommerziell angebotenen Stopped-flow-Dialysetechnik für die Proben-vorbereitung in Verbindung mit der Ionenchromatographie. Die beiden wesentlichen Aspekte der Arbeit sind die Verwendung von Dialysemembranen, die eine bessere Abtrennung potentieller Störstoffe erlauben, sowie die Verkürzung der Dialysezeit bis zur Einstellung des Konzentrationsgleichgewichts für Analytionen. Der überwiegende Teil der Experimente wurde mit anorganischen Anionen als Analyte durchgeführt. Zudem wurden aber auch einige Untersuchungen zum Dialyseverhalten von Alkali- und Erdalkaliionen sowie ausgewählter organischer Säuren angestellt. Versuche zur Bestimmung von Durchbruchsraten von Huminstoffen, Ligninen und Proteinen unter Einsatz zahlreicher Dialysemembranen wurden im Rahmen der Dissertation erstmals überhaupt durchgeführt. Es zeigte sich, dass der Durchbruch eng mit der Porengröße der Dialysemembranen verknüpft ist. So erfolgt eine nahezu vollständige Abtrennung bei Verwendung von Membranen mit ≤ 0,05 µm Porengröße. Der Einsatz solcher Membranen führt allerdings zu geringeren Dialyseraten, wodurch sich die Zeit bis zur Einstellung des Dialysegleichgewichts übermäßig verlängert. Durch die Optimierung der Dialyseparameter und insbesondere der Zellgeometrie hinsichtlich der Kanaltiefen konnte der Stofftransport soweit erhöht werden, dass selbst bei Verwendung besonders gut geeigneter Dialysemembranen die Gleichgewichtseinstellung so schnell erfolgt, dass die Probenvorbereitung nicht zum zeitlimitierenden Faktor der Analysenprozedur wird. Die Vorzüge der optimierten Dialyse zeigten sich in Langzeitversuchen mit als besonders schwierig geltenden Proben (Milchproben, Wasser-Öl-Emulsionen und synthetischem Abwasser). Die Reproduzierbarkeit, die Wiederfindungsraten von Analyten und das Verhalten und die Veränderung der Membraneigenschaften wurden anhand von Kontrollkarten ermittelt und sind als sehr gut bis gut zu bewerten. Ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit bestand in der Entwicklung und Erprobung von Dialysesonden in Verbindung mit der Ionenchromatographie, um die Probenahme und Probenvorbereitung in einem Prozessschritt zu verbinden. Diesbezüglich wurden die zwei neuen Konzepte der „Dialysis-on-Valve“ und der „Total-Dialysate-Injection“-Technik entwickelt und umgesetzt. Die in praktischen Messungen gemachten Erfahrungen mit der Dialysesonde bilden eine aussichtsreiche Grundlage für den Praxiseinsatz.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de//handle/11303/8052
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-7213
Exam Date: 17-Jul-2018
Issue Date: 2018
Date Available: 1-Aug-2018
DDC Class: 543 Analytische Chemie
Subject(s): membranunterstützte Probenvorbereitung
Ionenchromatographie
Dialyse
membrane based sample preparation
ion chromatography
dialysis
License: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
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