Optimization of conditions for the determination of low concentrations of chlorate ions in alkali metal chloride solutions by capillary electrophoresis

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The separation of chloride and chlorate ions in the case of a significant excess of chloride ions in a sample is studied by capillary electrophoresis. It is found that under standard separation conditions using a chromate background electrolyte, the signal-to-noise ratio for the chlorate ion peak at c(ClO3–) = 0.1 mM sharply decreases at the concentration ratio c(Cl–)/c(ClO3–) > 100. A number of approaches are considered to eliminate this phenomenon. The most effective approach was to introduce a solution containing acetate ions into the capillary after the sample zone to create conditions for transient isotachophoresis. Optimal parameters for the electrophoretic separation of chloride and chlorate ions are selected at a chloride ion content of 35 mM in the sample. The limit of detection is 0.01 mM chlorate ions (0.03–0.06% based on the mass of dry potassium, sodium, or lithium chlorides). The calibration curve is linear in the range of 0.01–1 mM ClO3–. The selected conditions allow the determination of chlorate ions at a molar ratio of chloride to chlorate ions of 35–3500. The stacking efficiency factors are 10–70. Perchlorate ions do not interfere with the determination of chlorate ions at the concentrations of both ions of 0.1 mM or lower. The procedure is tested by analysis of table salt.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. V. Sursyakova

Federal Research Center “Krasnoyarsk Science Center SB RAS”

Author for correspondence.
Email: viktoria_vs@list.ru

Institute of Chemistry and Chemical Technology, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Russian Federation, 660036, Krasnoyarsk

D. A. Shataev

Siberian Federal University

Email: viktoria_vs@list.ru
Russian Federation, 660041, Krasnoyarsk

A. I. Rubaylo

Federal Research Center “Krasnoyarsk Science Center SB RAS”

Email: viktoria_vs@list.ru

Institute of Chemistry and Chemical Technology, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Russian Federation, 660036, Krasnoyarsk

References

  1. Сериков Ю.А., Серкова Н.В. Титриметрический метод определения хлорат-иона в природных водах // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2010. Т. 76. № 10. C. 21.
  2. Фрумина Н.С, Лисенко Н.Ф., Чернова М.А. Хлор. Аналитическая химия элементов. М.: Наука, 1983. 200 с.
  3. Наянова Е.В., Елипашева Е.В., Сергеев Г.М., Сергеева В.П. Фотометрическое редокс-определение оксоформ галогенов с использованием метиленового голубого // Аналитика и контроль. 2015. Т. 19. № 2. С. 161. https://doi.org/10.15826/analitika.2015.19.2.006
  4. Леванов А.В., Кусков И.В., Антипенко Э.Е., Лунин В.В. Растворимость и кинетика химических реакций озона в водных растворах хлорида натрия // Журн. физ. химии. 2008. Т. 82. № 12. С. 2271. (Levanov A.V., Kuskov I.V., Antipenko E.E., Lunin V.V. The solubility of ozone and kinetics of its chemical reactions in aqueous solutions of sodium chloride // Russ. J. Phys. Chem. A. 2008. V. 82. № 12. P. 2045.) https://doi.org/10.1134/S0036024408120133
  5. Biesaga M., Kwiatkowska M., Trojanowicz M. Separation of chlorine-containing anions by ion chromatography and capillary electrophoresis // J. Chromatogr. A. 1997. V. 777. P. 375. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(97)00338-5
  6. Петренко Н.Ф., Деревянко Т.О., Кизлова М.И. Аналитические методы определения в воде диоксида хлора, хлорит- и хлорат-анионов // Актуальные проблемы транспортной медицины. 2008. Т. 14. № 4. С. 95.
  7. Проблемы аналитической химии. Т. 18. Капиллярный электрофорез / Под ред. Карцовой Л.А. М.: Наука, 2014. 442 с.
  8. Комарова Н.В., Каменцев Я.С. Практическое руководство по использованию систем капиллярного электрофореза “КАПЕЛЬ”. СПб: ООО “Веда”, 2006. 212 с.
  9. Руководство по капиллярному электрофорезу / Под ред. Волощука А.М. М.: Научный совет РАН по хроматографии, 1996. 231 c.
  10. Методика М 01-52-2012. Определение хлорат-, перхлорат- и хлорит- ионов в питьевых водах, в том числе расфасованных в емкости. СПб: Люмэкс, 2012. 2 с.
  11. Сурсякова В.В., Рубайло А.И. Определение хлорат- и перхлорат-ионов в питьевой воде методом капиллярного электрофореза // Журн. Сиб. фед. ун-та. Химия. 2018. Т. 11. № 3. С. 361. (Sursyakova V.V., Rubaylo A.I. Determination of chlorate and perchlorate ions in drinking water using capillary electrophoresis // J. Sib. Fed. Univ. Chem. 2018. V. 11. № 3. P. 361.) https://doi.org/10.17516/1998-2836-0082
  12. Gaspar А., Pesti A., Szabo M., Kecskemeti A. Determination of chlorine species by capillary electrophoresis – mass spectrometry // Electrophoresis. 2019. V. 40. P. 2637. https://doi.org/10.1002/elps.201900138
  13. Будников В.Н., Давыдов М.В., Спиридонов В.А., Будникова И.К. Определение неорганических анионов применительно к исследованию смесевых взрывчатых веществ, пиротехнических составов, продуктов их взрыва и сгорания методом капиллярного электрофореза // Теория и практика судебной экспертизы. 2010. Т. 20. № 4. С. 208.
  14. Пирогов А.В., Юрьев А.В., Шпигун О.А. Применение ионенов в качестве модификаторов капилляров при одновременном определении азида, хлората и перхлората методом капиллярного электрофореза // Журн. аналит. химии. 2003. Т. 58. № 8. С. 876. (Pirogov A.V., Yur’ev A.V., Shpigun O.A. Use of ionenes as capillary modifiers in the simultaneous determination of azide, chlorate, and perchlorate ions by capillary electrophoresis // J. Anal. Chem. 2003. V. 58. №. 8. P. 781.) https://doi.org/10.1023/A:1025047913692
  15. Калякин С.Н., Сурсякова В.В., Бурмакина Г.В., Рубайло А.И. Гидродинамическое подавление электроосмотического потока в капиллярном электрофорезе с косвенным спектрофотометрическим детектированием // Журн. аналит. химии. 2009. Т. 64. № 4. С. 415. (Kalyakin S.N., Sursyakova V.V., Burmakina G.V., Rubailo A.I. Hydrodynamic suppression of the electroosmotic flow in capillary electrophoresis with indirect spectrophometric detection // J. Anal. Chem. 2009. V. 64. № 4. P. 398.) https://doi.org/10.1134/S1061934809040145
  16. Сурсякова В.В., Калякин С.Н., Бурмакина Г.В., Рубайло А.И. Системные пики и оптимизация условий разделения анионов методом капиллярного электрофореза с необращенным электроосмотическим потоком // Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. № 9. С. 871. (Sursyakova V.V., Kalyakin S.N., Burmakina G.V., Rubaylo A.I. System peaks and optimization of anion separation in capillary electrophoresis with non-reversed electroosmotic flow // J. Anal. Chem. 2012. V. 67. № 9. P. 783.) https://doi.org/10.1134/S1061934812090080
  17. Sursyakova V.V., Kalyakin S.N., Burmakina G.V., Rubaylo A.I. System peaks in capillary zone electrophoresis of anions with negative voltage polarity and counter-electroosmotic flow // Electrophoresis. 2011. V. 32. Р. 210. https://doi.org/10.1002/elps.201000313
  18. Hruška V., Gaš B. Kohlrausch regulating function and other conservation laws in electrophoresis // Electrophoresis. 2007. V. 28. P. 3. https://doi.org/10.1002/elps.200600513
  19. Карцова Л.А., Бессонова Е.А. Методы концентрирования в капиллярном электрофорезе // Журн. аналит. химии. 2009. Т. 64. № 4. С. 340. (Kartsova L.A., Bessonova E.A. Preconcentration techniques in capillary electrophoresis // J. Anal. Chem. 2009. V. 64. № 4. P. 326.) https://doi.org/10.1134/S1061934809040029
  20. Timerbaev A.R., Hirokawa T. Recent advances of transient isotachophoresis-capillary electrophoresis in the analysis of small ions from high-conductivity matrices // Electrophoresis. 2006. V. 27. P. 323. https://doi.org/10.1002/elps.200500320
  21. Fukushi K., Tsujimoto J.-i., Hotta H., Okamura H., Inui H. Determining fluoride in salts using capillary zone electrophoresis with transient isotachophoresois // Salt Seawater Sci. Technol. 2022. V. 2. P. 10. https://doi.org/10.11457/ssst.2.0_10
  22. Fukushi K., Hotta H., Okamura H., Inui H. Simultaneous determination of iodide and iodate in salts using capillary zone electrophoresis with transient isotachophoresis // Salt Seawater Sci. Technol. 2023. V. 3. P. 37. https://doi.org/10.11457/ssst.3.0_37

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. 1. The effect of the concentration of chloride ions in a mixture with chlorate ions (0.1 mM) on the shape of the electrophoretic peak of chlorate ions. sp(Cl-) is a systemic peak due to the presence of chloride ions in the sample (see text). Agilent 3DCE G1600 capillary electrophoresis system, capillary 64.5/56 cm, voltage -15 kV, pressure 50 mbar, sample insertion 50 mbar, 10 s.

Download (101KB)
Indexing metadata
3. 2. The effect of the zone of a solution of 5 mM acetate ions with a pH of 7.3, introduced after the sample, on the shape of the peak of chlorate ions. Sample composition: 1 – 10 mM KCl, 0.1 mM KClO3; 2-6 – 35 mM KCl, 0.1 mM KClO3. Injection of 5 mM acetate ion solution at 50 mbar for, s: 3 – 40, 4 – 100, 5 – 150, 6 – 200. Agilent 7100 capillary electrophoresis system. For other separation conditions, see the caption to Fig. 1.

Download (117KB)
Indexing metadata
4. Rhys. 3. Bangladeshlectrophoregram urgand mixes 35 mm Urgand and 0.1 mm urgand3 (1-8, 10) and 35 mm urgand (9). Capillaryvery7100. Capillar 80.5 / 72 cm, tension -30 kW, pressure 100 mbar. At 100 mbar in flow, with: 1-5 – 5; 6, 7 – 10; 8, 9 – 15; 10 – 20. Additionally, then sample the bwod zone the acetate potassium (1, 3-10) or lithium (2) with a pH of 7.3 at 100 mbar, 60 C. Potassium or lithium acetate concentration, mm: 1, 2 – 5; 3 – 2; 4, 6 – 10; 5, 7-10 – 20.

Download (131KB)
Indexing metadata
5. Rhys. 4. Bangladeshlectrophoregram urgand mixes 35 mm Urgand and 1 mm urgand3. Capillaryvery7100. Capillar 80.5 / 72 cm, tension -30 kW, pressure 100 mbar. Vvod test experiment at hydrodynamic water supply 100 mbar in course, with: 1 – 15; 2, 3 – 25; 4-6 – 20. Additionally, then trial. bwod zone. potash acetate with PH 7.3 at 100 mbar in the current, with: 1-4 – 60; 5 – 90; 6 – 80. Potassium acetate concentration, mm: 1, 2, 5, 6 – 20; 3, 4 – 30.

Download (127KB)
Indexing metadata
6. 5. The effect of the presence of 0.1 mM perchlorate ions in the sample on separation (bottom) and the effect of chloride ion concentration on the shape and area of peaks (top). Sample composition: 35 mM KCl, 0-1 mM KClO3, 0 or 0.1 mM NaClO4. Agilent 7100 capillary electrophoresis system. Capillary 80.5/72 cm; voltage 30 kV; pressure 100 mbar; sample insertion 100 mbar, 20 s; zone insertion of a 20 mM acetate ion solution with a pH of 7.3 100 mbar, 80 s.

Download (184KB)
Indexing metadata
7. 6. Electrophorograms of a solution with a content of 2.05 g/l of table salt (TDS LLC, based on 100% NaCl, the concentration of chloride ions is 35 mM) and the same solution with an addition of 0.100 mM KClO3. For the separation conditions, see the caption to Fig. 5.

Download (60KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences