離子色譜法2012

1、離離 子子 色色 譜譜 法法 鄭鄭 秀秀 玉玉 離子色譜法（離子色譜法（ion chromatographyion chromatography簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱icic）是）是19751975年由美國(guó)年由美國(guó)dow chimicaldow chimical公司的公司的small, stevenssmall, stevens和和baumanbauman創(chuàng)立的一種新的離子分離分析技術(shù)。他們用低創(chuàng)立的一種新的離子分離分析技術(shù)。他們用低容量薄殼型陽(yáng)離子或陰離子交換樹脂作為分離柱中的容量薄殼型陽(yáng)離子或陰離子交換樹脂作為分離柱中的固定相，強(qiáng)電解質(zhì)溶液作流動(dòng)相（也叫淋洗液），以固定相，強(qiáng)電解質(zhì)溶液作流動(dòng)相（也叫淋洗

2、液），以電導(dǎo)檢測(cè)器為通用檢測(cè)器。當(dāng)淋洗液將試樣帶到分離電導(dǎo)檢測(cè)器為通用檢測(cè)器。當(dāng)淋洗液將試樣帶到分離柱時(shí)，由于各種離子對(duì)離子交換樹脂的親合力不同，柱時(shí)，由于各種離子對(duì)離子交換樹脂的親合力不同，因此它們分離開并依次被洗脫下來。因此它們分離開并依次被洗脫下來。 f- c l- no3- so42- hpo42-淋洗液淋洗液 樣品樣品（f-c l-no3-so4-hpo42-)f- c l- no3- hpo42- so42-電導(dǎo)檢測(cè)器電導(dǎo)檢測(cè)器分離柱分離柱一、離子色譜（ic）的分類 離子對(duì)色譜離子對(duì)色譜 離子交換色譜離子交換色譜 離子排斥色譜離子排斥色譜 離子交換色譜：陽(yáng)離子和陰離子與固定相形成弱

3、離子離子交換色譜：陽(yáng)離子和陰離子與固定相形成弱離子鍵。利用離子之間對(duì)離子交換樹脂的親和力差異而進(jìn)鍵。利用離子之間對(duì)離子交換樹脂的親和力差異而進(jìn)行分離。行分離。 離子色譜是高效液相色譜的一種，是分離離子型成份離子色譜是高效液相色譜的一種，是分離離子型成份的所有色譜方法的統(tǒng)稱。的所有色譜方法的統(tǒng)稱。 離子交換色譜是離子色譜中最重要的分離方式。離子交換色譜是離子色譜中最重要的分離方式。固定相固定相離子交換劑離子交換劑 是一類帶有離子交換功能基的固體顆粒（即離子交換是一類帶有離子交換功能基的固體顆粒（即離子交換樹脂），其結(jié)構(gòu)是在交聯(lián)的高分子骨架上結(jié)合可解離的無樹脂），其結(jié)構(gòu)是在交聯(lián)的高分子骨架上結(jié)合可

4、解離的無機(jī)基團(tuán)。機(jī)基團(tuán)。陽(yáng)離子交換劑和陰離子交換劑的陽(yáng)離子交換劑和陰離子交換劑的樹脂骨架基本都樹脂骨架基本都是是苯乙烯苯乙烯/二乙烯基苯的共聚物。二乙烯基苯的共聚物。苯乙烯苯乙烯-二乙烯基苯樹脂二乙烯基苯樹脂陽(yáng)離子交換劑陽(yáng)離子交換劑陰離子交換劑陰離子交換劑苯乙烯二乙烯基苯固定相組成固定相組成: :l l、樹脂載體、樹脂載體: : 一般為苯乙烯一般為苯乙烯/ /二乙烯基苯，聚甲基丙烯酸酯，二乙烯基苯，聚甲基丙烯酸酯，硅酸鹽硅酸鹽 / / 硅膠，羥乙基甲基丙烯酸酯硅膠，羥乙基甲基丙烯酸酯 (hema)(hema)。 2 2、間隔基、間隔基: : 烷基鏈。烷基鏈。 3 3、承載離子交換的基團(tuán)。一般地

5、，陽(yáng)離子色譜的功能團(tuán)為磺、承載離子交換的基團(tuán)。一般地，陽(yáng)離子色譜的功能團(tuán)為磺酸基團(tuán)，陰離子色譜的功能團(tuán)為季銨鹽基團(tuán)酸基團(tuán)，陰離子色譜的功能團(tuán)為季銨鹽基團(tuán)。流動(dòng)相（淋洗液）流動(dòng)相（淋洗液）: :用于解吸和運(yùn)載樣品用于解吸和運(yùn)載樣品陽(yáng)離子的流動(dòng)相有：硝酸，酒石酸，酒石酸陽(yáng)離子的流動(dòng)相有：硝酸，酒石酸，酒石酸 / 吡啶二羧酸，吡啶二羧酸，酒石酸酒石酸 / 檸檬酸，磷酸二檸檬酸，磷酸二 氫鉀，草酸氫鉀，草酸 / 乙二胺乙二胺 / 丙酮。丙酮。常用的陰離子色譜的流動(dòng)相為：碳酸鹽常用的陰離子色譜的流動(dòng)相為：碳酸鹽/碳酸氫鹽，氫氧化碳酸氫鹽，氫氧化鉀，硼酸鹽。鉀，硼酸鹽。目前，實(shí)驗(yàn)室所用的陰離子色譜的淋洗液

6、為目前，實(shí)驗(yàn)室所用的陰離子色譜的淋洗液為1.7mmol/l碳酸碳酸氫納（氫納（nahco3）和）和1.8mmol/l碳酸納（碳酸納（na2co3）的混合）的混合液。液。目前，實(shí)驗(yàn)室所用的陽(yáng)離子色譜的淋洗液為目前，實(shí)驗(yàn)室所用的陽(yáng)離子色譜的淋洗液為1.35mmol/l硫硫酸。酸。（1 1）陽(yáng)離子交換色譜）陽(yáng)離子交換色譜: : 固定相固定相 = =陽(yáng)離子交換劑陽(yáng)離子交換劑 ( ( 例如：例如：r-r-soso3 3) )；流動(dòng)相；流動(dòng)相 = =離子型離子型液體液體 ( ( 例如：例如：h h2 2soso4 4 水溶液水溶液) )。 lili+ +,na,na+ +,nh,nh4 4+ +,k,k+

7、 +,ca,ca2+2+,mg,mg2+2+（2）陰離子交換色譜）陰離子交換色譜: 固定相固定相 =陰離子交換劑陰離子交換劑 ( 例如：例如：r-nr3+)； 流動(dòng)相流動(dòng)相 =離子型液體離子型液體 ( 例如：例如：na2co3 水溶液水溶液)。離子交換色譜法分離的無機(jī)陰離子如下表：離子交換色譜法分離的無機(jī)陰離子如下表：類別類別陰離子陰離子鹵素鹵素f-、cl- 、 br- 、 i-鹵素含氧酸根鹵素含氧酸根clo- 、 clo2- 、 clo4- 、 bro3- 、 io3-含氧磷化物含氧磷化物po23- 、 po33- 、 po43- 、 p2o34- 、 p3o105- 、 p4o136- 硫

8、化物硫化物s2- 、 so32- 、 so42- 、 s2o32- 、 scn-氮氰化合物氮氰化合物cn- 、 ocn- 、 no2- 、 no3-硅化物硅化物sio32- 、 sif62-硼化物硼化物b4o72- 、 bf4-非金屬含氧陰離子非金屬含氧陰離子 aso2- 、 aso43- 、 seo32- 、 seo42-二、離子色譜（ic）基本原理陽(yáng)離子分離機(jī)理：陽(yáng)離子分離機(jī)理：固定相和流動(dòng)相競(jìng)爭(zhēng)待測(cè)組份。固定相和流動(dòng)相競(jìng)爭(zhēng)待測(cè)組份。 待測(cè)組份：待測(cè)組份：nana+ + 淋洗液為淋洗液為h h2 2soso4 4陰離子分離機(jī)理：陰離子分離機(jī)理： 待測(cè)組份：待測(cè)組份： clcl- - 淋洗液

9、淋洗液: nahco: nahco3 3水溶液水溶液三、電導(dǎo)檢測(cè)三、電導(dǎo)檢測(cè)樣品中的組份在分離柱分離后，通過檢測(cè)器檢測(cè)和定量。樣品中的組份在分離柱分離后，通過檢測(cè)器檢測(cè)和定量。電導(dǎo)檢測(cè)器電導(dǎo)檢測(cè)器: :電導(dǎo)檢測(cè)器就是測(cè)量溶液中離子的電導(dǎo)率。電導(dǎo)檢測(cè)器就是測(cè)量溶液中離子的電導(dǎo)率。水溶液電導(dǎo)率單位常用水溶液電導(dǎo)率單位常用us/cmus/cm。1rck*r = 電阻電阻 kc = 電導(dǎo)池常數(shù)電導(dǎo)池常數(shù) 1/cm = 電導(dǎo)電導(dǎo) 1/ or s四、抑制與非抑制 1 1、單柱離子色譜（非化學(xué)抑制型離子色譜）、單柱離子色譜（非化學(xué)抑制型離子色譜）洗脫液洗脫液泵泵注射閥注射閥分離柱分離柱檢測(cè)器檢測(cè)器圖圖：非化

10、學(xué)抑制的：非化學(xué)抑制的792 basic ic連接示意圖連接示意圖2 2、雙柱離子色譜（化學(xué)抑制型離子色譜）、雙柱離子色譜（化學(xué)抑制型離子色譜）抑制器抑制器洗脫液洗脫液泵泵注射閥注射閥分離柱分離柱檢測(cè)器檢測(cè)器離子色譜通用的檢測(cè)器是電導(dǎo)檢測(cè)器，離子色譜淋洗液為強(qiáng)電離子色譜通用的檢測(cè)器是電導(dǎo)檢測(cè)器，離子色譜淋洗液為強(qiáng)電解質(zhì)的酸堿溶液。由于淋洗液的電導(dǎo)値高，而被測(cè)物的濃度又解質(zhì)的酸堿溶液。由于淋洗液的電導(dǎo)値高，而被測(cè)物的濃度又大大小于流動(dòng)相電解質(zhì)的濃度，這樣難以測(cè)量由于樣品離子的大大小于流動(dòng)相電解質(zhì)的濃度，這樣難以測(cè)量由于樣品離子的存在而產(chǎn)生微小電導(dǎo)的變化。抑制器的作用是降低淋洗液的電存在而產(chǎn)生微小

11、電導(dǎo)的變化。抑制器的作用是降低淋洗液的電導(dǎo)，相應(yīng)地提高被測(cè)離子的檢測(cè)靈敏度。導(dǎo)，相應(yīng)地提高被測(cè)離子的檢測(cè)靈敏度。圖圖：化學(xué)抑制的：化學(xué)抑制的792 basic ic連接示意圖連接示意圖抑制器抑制器: :有三根高容量、長(zhǎng)壽命和易操作的微填充抑制柱，一根有三根高容量、長(zhǎng)壽命和易操作的微填充抑制柱，一根在流路，一根用硫酸再生，一根用去離子水沖洗在流路，一根用硫酸再生，一根用去離子水沖洗 。其抑制柱填料為與分離柱型號(hào)相反的離子交換劑。如：分離陰其抑制柱填料為與分離柱型號(hào)相反的離子交換劑。如：分離陰離子時(shí)，分離柱內(nèi)填充堿性陰離子交換劑，抑制柱用強(qiáng)酸性高離子時(shí)，分離柱內(nèi)填充堿性陰離子交換劑，抑制柱用強(qiáng)酸性

12、高容量的陽(yáng)離子交換劑作填料。容量的陽(yáng)離子交換劑作填料。陰離子非抑制陰離子非抑制例：例：分離柱：分離柱內(nèi)填充堿性陰離子交換劑分離柱：分離柱內(nèi)填充堿性陰離子交換劑r-nr3+ 待測(cè)樣品：待測(cè)樣品： nacl, 待測(cè)組分：待測(cè)組分：cl- 淋洗液淋洗液: nahco3水溶液水溶液做樣時(shí)，從分離柱出來的是樣品和淋洗液，所測(cè)的電導(dǎo)率是做樣時(shí)，從分離柱出來的是樣品和淋洗液，所測(cè)的電導(dǎo)率是樣品和淋洗液的電導(dǎo)率之和。樣品和淋洗液的電導(dǎo)率之和。 色譜峰的電導(dǎo)率色譜峰的電導(dǎo)率 = 洗脫液洗脫液 樣品樣品走淋洗液時(shí)，分離柱內(nèi)填充堿性陰離子交換劑走淋洗液時(shí)，分離柱內(nèi)填充堿性陰離子交換劑r-nr3+上結(jié)上結(jié)合合hco3

13、-離子，淋洗液不斷沖洗柱子，當(dāng)基線走平后離子，淋洗液不斷沖洗柱子，當(dāng)基線走平后 背景電導(dǎo)率背景電導(dǎo)率 = 洗脫液的電導(dǎo)率洗脫液的電導(dǎo)率陰離子抑制陰離子抑制 例：例：分離柱：分離柱內(nèi)填充堿性陰離子交換劑分離柱：分離柱內(nèi)填充堿性陰離子交換劑r-nr3+ 待測(cè)樣品：待測(cè)樣品： nacl, 待測(cè)組分：待測(cè)組分：cl- 淋洗液淋洗液: nahco3水溶液水溶液 走基線時(shí)，從分離柱中流出的淋洗液，到抑制柱中時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：走基線時(shí)，從分離柱中流出的淋洗液，到抑制柱中時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：做樣時(shí)，在抑制柱中發(fā)生如下反應(yīng)：做樣時(shí)，在抑制柱中發(fā)生如下反應(yīng)：r-so3 h+ + na+ + cl r-so3 na+ +

14、 h+ + cl （信號(hào)增加）（信號(hào)增加） r-so3 h+ + na+ + hco3r-so3 na+ + h2o + co2 （背景電導(dǎo)率降低）背景電導(dǎo)率降低）背景電導(dǎo)率背景電導(dǎo)率 = 水水 +co2高背景電導(dǎo)率高背景電導(dǎo)率低靈敏度的陰離子低靈敏度的陰離子高靈敏度的陽(yáng)離子高靈敏度的陽(yáng)離子成本低成本低低背景電導(dǎo)率低背景電導(dǎo)率高靈敏度的陰離子高靈敏度的陰離子(檢測(cè)限低檢測(cè)限低 2-4 個(gè)數(shù)量級(jí)個(gè)數(shù)量級(jí))高靈敏度的陽(yáng)離子高靈敏度的陽(yáng)離子成本高成本高非抑制抑制五、儀器設(shè)備介紹 792 792 標(biāo)準(zhǔn)型離子色譜儀：標(biāo)準(zhǔn)型離子色譜儀：ic 泵在線過濾進(jìn)樣閥排氣閥msm抑制器蠕動(dòng)泵檢測(cè)器分離柱六、影響色譜

15、分析的各種條件 色譜柱的選擇色譜柱的選擇 淋洗液的溫度淋洗液的溫度 淋洗液的濃度與組成淋洗液的濃度與組成 淋洗液的流速淋洗液的流速 淋洗液中的雜質(zhì)淋洗液中的雜質(zhì)（一）離子色譜柱選擇（一）離子色譜柱選擇 1. 1. 陰離子色譜柱陰離子色譜柱 抑制型陰離子色譜及非抑制陰離子色抑制型陰離子色譜及非抑制陰離子色譜柱譜柱2. 2. 陽(yáng)離子色譜柱陽(yáng)離子色譜柱3. 3. 有機(jī)酸離子色譜柱有機(jī)酸離子色譜柱4. 4. 糖類離子色譜柱糖類離子色譜柱（二）淋洗液溫度對(duì)分離的影響（二）淋洗液溫度對(duì)分離的影響0 02 24 46 68 8101012121414202025253030353540404545溫度(）保

16、留時(shí)間(min)f f- -clcl- -nono2 2- -brbr- -nono3 3- -hpohpo4 42-2-soso4 42-2-（三）淋洗液組成和濃度對(duì)分離的影響（三）淋洗液組成和濃度對(duì)分離的影響1 1）提高淋洗液濃度，縮短保留時(shí)間）提高淋洗液濃度，縮短保留時(shí)間 例如例如:naoh:naoh與與nana2 2coco3 3/nahco/nahco3 3, ,naoh的的ph値在値在12以上，用以上，用naoh作淋洗液時(shí)，磷酸以作淋洗液時(shí)，磷酸以po43-存在，在存在，在so42-后出峰。常用后出峰。常用na2co3/nahco3的的ph値在値在9-10，磷酸以，磷酸以hpo42

17、-存在，在存在，在so42-前出峰。前出峰。2）改變淋洗液組成比例，改變組分保留時(shí)間）改變淋洗液組成比例，改變組分保留時(shí)間3)不同的淋洗液有不同的選擇性。不同的淋洗液有不同的選擇性。5）淋洗液加入適當(dāng)有機(jī)溶劑，改變組分保留時(shí)間）淋洗液加入適當(dāng)有機(jī)溶劑，改變組分保留時(shí)間4 4）水和試劑的純度對(duì)分析結(jié)果影響）水和試劑的純度對(duì)分析結(jié)果影響 3）加入適當(dāng)絡(luò)合物，對(duì)一些特定離子有較好分離效果）加入適當(dāng)絡(luò)合物，對(duì)一些特定離子有較好分離效果加入適量丙酮：加入適量丙酮：（四）淋洗液的流速對(duì)分離的影響（四）淋洗液的流速對(duì)分離的影響 流速的影響（4.0 mm nahco3 /1.4 mm na2co3） 七、離子

18、色譜的樣品前處理七、離子色譜的樣品前處理 樣品預(yù)處理目的：保護(hù)分離柱，改善譜圖。樣品預(yù)處理目的：保護(hù)分離柱，改善譜圖。處理目標(biāo)：使待測(cè)組分在溶液中呈離子形態(tài)；處理目標(biāo)：使待測(cè)組分在溶液中呈離子形態(tài)；消除干擾組分。常用處理方法：消除干擾組分。常用處理方法： 1 1、 稀稀 釋釋 2 2、 過過 濾濾 3 3、 固固 相相 萃萃 取取 4 4、 消消 解解 5 5、 燃燃 燒燒 6 6、 萃萃 取?。ㄒ唬悠废♂專ㄒ唬悠废♂岅庪x子分析陰離子分析：l l 稀釋劑：水、淋洗液稀釋劑：水、淋洗液l l 淋洗液稀釋的優(yōu)點(diǎn)：可以減小系統(tǒng)峰淋洗液稀釋的優(yōu)點(diǎn)：可以減小系統(tǒng)峰l l 對(duì)于低含量分析（對(duì)于低含量分

19、析（ 0.5 mg/l) 0.5 mg/l)，建議用淋洗液稀釋，建議用淋洗液稀釋通常，也可以用水加濃淋洗液進(jìn)行稀釋通常，也可以用水加濃淋洗液進(jìn)行稀釋陽(yáng)離子分析陽(yáng)離子分析：l l 稀釋劑：稀釋劑：c c（hno3hno3）=1 mmol/l=1 mmol/ll l 稀釋后應(yīng)當(dāng)稀釋后應(yīng)當(dāng)ph=3ph=3左右（可以用左右（可以用phph計(jì)檢查）計(jì)檢查）樣品的處理應(yīng)當(dāng)在塑料容器中進(jìn)行（玻璃中的樣品的處理應(yīng)當(dāng)在塑料容器中進(jìn)行（玻璃中的nana離子會(huì)被硝酸溶離子會(huì)被硝酸溶出）出）何時(shí)需要稀釋？何時(shí)需要稀釋？1、當(dāng)待測(cè)離子濃度大于、當(dāng)待測(cè)離子濃度大于100mg/l時(shí)要進(jìn)行稀釋；時(shí)要進(jìn)行稀釋；2、理想的直接進(jìn)

20、樣范圍：、理想的直接進(jìn)樣范圍：0.550 mg/l;3、當(dāng)陰陽(yáng)離子總濃度大于、當(dāng)陰陽(yáng)離子總濃度大于1000 ppm時(shí)要稀釋時(shí)要稀釋;4、含量未知的樣品、含量未知的樣品:首先高度稀釋首先高度稀釋（二）（二）過過 濾濾l l 使用使用 0.450.45u um m過濾膜?？赡艿脑?，用過濾膜?？赡艿脑?，用0.20.2u um m過過濾膜濾膜; ;l l 為保護(hù)分離柱，所有樣品過濾為保護(hù)分離柱，所有樣品過濾（三）去除樣品中的有機(jī)物（三）去除樣品中的有機(jī)物 離子色譜最適合測(cè)定水溶液中的離子，若離子色譜最適合測(cè)定水溶液中的離子，若樣品中含有有機(jī)物，即使微量的有機(jī)物，在柱子樣品中含有有機(jī)物，即使微量的有機(jī)物

21、，在柱子上不斷積累，也會(huì)使柱子的性能逐漸變壞，分離上不斷積累，也會(huì)使柱子的性能逐漸變壞，分離度下降。一般是采取填充適當(dāng)吸附劑的吸附柱選度下降。一般是采取填充適當(dāng)吸附劑的吸附柱選擇性地吸附有機(jī)物，用流經(jīng)吸附柱的液體進(jìn)行離擇性地吸附有機(jī)物，用流經(jīng)吸附柱的液體進(jìn)行離子色譜測(cè)定。子色譜測(cè)定。 離子色譜已成功地應(yīng)用于許多領(lǐng)域的不同離子色譜已成功地應(yīng)用于許多領(lǐng)域的不同類型的樣品離子分析，包括有機(jī)和無機(jī)離子。類型的樣品離子分析，包括有機(jī)和無機(jī)離子。對(duì)于簡(jiǎn)單基質(zhì)中的離子，如江水、雨水等經(jīng)過對(duì)于簡(jiǎn)單基質(zhì)中的離子，如江水、雨水等經(jīng)過過濾可直接測(cè)定。離子色譜涉及的領(lǐng)域有環(huán)境過濾可直接測(cè)定。離子色譜涉及的領(lǐng)域有環(huán)境監(jiān)

22、測(cè)（大氣、水）石油化工（產(chǎn)品中雜質(zhì)的分監(jiān)測(cè)（大氣、水）石油化工（產(chǎn)品中雜質(zhì)的分析）、能源（電器用水中金屬腐蝕）、食品析）、能源（電器用水中金屬腐蝕）、食品（飲料、添加劑）等許多學(xué)科領(lǐng)域發(fā)揮著越來（飲料、添加劑）等許多學(xué)科領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，已經(jīng)成為許多常見離子分析的越重要的作用，已經(jīng)成為許多常見離子分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。但最常用的還是無機(jī)陰離子的分析。標(biāo)準(zhǔn)方法。但最常用的還是無機(jī)陰離子的分析。八、用八、用 途途案例一：人的尿液中草酸根和檸檬酸案例一：人的尿液中草酸根和檸檬酸根的測(cè)定根的測(cè)定用陰離子色譜法、電導(dǎo)檢測(cè)器、化學(xué)抑制的方法用陰離子色譜法、電導(dǎo)檢測(cè)器、化學(xué)抑制的方法測(cè)定人的尿液中的草酸根和檸檬酸根。測(cè)定人的尿液中的草酸根和檸檬酸根。柱子：柱子：6.1006.430 metrosep a supp 4-250淋洗液：淋洗液：5.0mmol/l的碳酸鈉，的碳酸鈉，1.0mmol/l的碳酸的碳酸 氫鈉氫鈉抑制器：抑制器：metrohm suppressor module(msm, 50mmol/l 硫酸硫酸)流速：流速：1.0ml/min進(jìn)樣量：進(jìn)樣量：20l結(jié)果草酸根mg/l檸檬酸根mg/l17.6452案例二：測(cè)定礦泉水中