離子色譜資料講解課件

離子色譜離子色譜系統(tǒng)的組成IC系統(tǒng)的構(gòu)成與HPLC相同，儀器由流動(dòng)相傳送部分、分離柱、檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理四個(gè)部分組成。

ICS-1500離子色譜儀

免化學(xué)試劑（RFIC)ICS-2000離子色譜儀

ICS3000型多功能離子色譜

離子交換色譜基本原理HPIC的分離機(jī)理主要是離子交換，是基于離子交換樹脂上可離解的離子與流動(dòng)相中具有相同電荷的溶質(zhì)離子之間進(jìn)行的可逆交換，依據(jù)這些離子對(duì)交換劑（固定相）有不同的親和力而被分離，這是離子色譜的主要分離方式，用于親水性陰、陽(yáng)離子的分離。陽(yáng)離子交換：陰離子交換：離子交換達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)為可逆反應(yīng)1．離子交換選擇性離子交換色譜的固定相具有固定電荷的功能基，陰離子交換固定相的功能基一般是季胺基(樹脂-NR3+)；陽(yáng)離子交換固定相一般為磺酸基(樹脂-SO3-)。在離子交換進(jìn)行的過(guò)程中，樣品離子與淋洗離子競(jìng)爭(zhēng)固定相上的電荷位置，當(dāng)固定相上的離子交換位置被樣品離子置換時(shí)，由于樣品離子與固定相電荷之間的庫(kù)侖力不同，即親和力不同，因此被固定相保留的程度不同。這種樣品離子在淋洗液和樹脂之間的置換，具有不同的選擇性過(guò)程，是離子交換作為一種分離離子方法的關(guān)鍵，將使樣品離子以不同的速度流出柱子。

2．分配系數(shù)KD分配系數(shù)KD表示溶質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中的濃度比，即KD=Cs/Cm，Cs和Cm分別表示溶質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中的濃度。IC中用分配系數(shù)KD來(lái)描述離子的色譜保留行為。不同離子分配系數(shù)的差異是色譜分離的基礎(chǔ)。影響溶質(zhì)在兩相間分配的主要因素：離子交換反應(yīng)的選擇性系數(shù)；離子交換劑的容量；流動(dòng)相中電解質(zhì)的濃度；淋洗離子和溶質(zhì)離子的電荷；流動(dòng)相的PH；流動(dòng)相的絡(luò)合反應(yīng)。陽(yáng)離子、陰離子對(duì)固定相親和力（保留時(shí)間）大小的順序：堿金屬的親和力順序?yàn)椋篊s+>Rb+>K+>Na+>Li+堿土金屬的親和力順序?yàn)椋築a2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+鹵素離子的親和力順序?yàn)椋篒->>Br->Cl->F-對(duì)無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子，一般是有機(jī)陰離子和一價(jià)無(wú)機(jī)陰離子先出峰，二價(jià)和三價(jià)的無(wú)機(jī)陰離子和有機(jī)酸后出峰，價(jià)數(shù)越高保留越強(qiáng)，出峰時(shí)間越長(zhǎng)。（在特殊情況下，出峰順序會(huì)發(fā)生變化）。常見無(wú)機(jī)陰陽(yáng)離子的出峰順序：F-、Cl-、NO2-、SO42-、Br-、NO3-、PO43-Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+

淋洗液的組成樣品離子和淋洗離子必須有相近的親和力，以便于分離和洗脫。在離子色譜中，常用的淋洗液是陰離子分析：氫氧化物、硼酸鹽、碳酸鹽等。陽(yáng)離子分析：硫酸、甲基磺酸等。用不同的淋洗液有不同的選擇性。Cl-和SO42-對(duì)固定相具有不同的親和力。SO42-被較強(qiáng)地保留并且在Cl-之后洗脫。

Na+和Ca2+對(duì)固定相具有不同的親和力。Ca2+比Na+較強(qiáng)地被保留，在較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)被洗脫，易于與Na+分離。

與高效液相色譜不同的是：離子色譜有抑制器和電導(dǎo)檢測(cè)器離子色譜用的管路、閥門、泵、柱子及接頭等要求耐酸堿腐蝕，為匹克（PEEK）材料全塑系統(tǒng)。離子色譜的流動(dòng)相一般是酸、堿和緩沖溶液或者含有少量的有機(jī)試劑（甲醇、乙腈）。主要分離極性和部分弱極性的化合物。ＨＰＬＣ的流動(dòng)相一般是水、緩沖溶液和有機(jī)試劑。主要分離非極性的有機(jī)化合物。離子交換色譜系統(tǒng)中的主要部分：

1.分離柱

2.檢測(cè)器

3.抑制器

1.分離柱柱填料是由苯乙烯-二乙烯基苯共聚物制得的離子交換樹脂。共聚物基球與濃硫酸反應(yīng)制成帶有磺酸基團(tuán)的強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂；經(jīng)氯甲基化反應(yīng)后其苯環(huán)上接上氯甲基，再與三甲胺反應(yīng)即可接上季胺基團(tuán)，得到強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂。

分析柱技術(shù)涵蓋了陰離子、陽(yáng)離子、過(guò)渡金屬、有機(jī)酸、氨基酸、糖、蛋白質(zhì)、多肽、核酸等分析的廣闊領(lǐng)域。IonPacCS12A（堿金屬和堿土金屬）IonPacAS14A、IonPacAS11-HC、IonPacAS19（有機(jī)和無(wú)機(jī)陰離子）CarboPacPA20、CarboPacPA10(糖)AminoPacPA10(氨基酸)離子交換劑（固定相）2.檢測(cè)器有兩大類：電化學(xué)檢測(cè)器（電導(dǎo)、安培）光學(xué)檢測(cè)器（紫外-可見、熒光）。電導(dǎo)檢測(cè)器主要用于有機(jī)和無(wú)機(jī)陰離子和陽(yáng)離子的測(cè)定；安培檢測(cè)器用于糖類、氨基酸的檢測(cè)；紫外檢測(cè)器主要用于多價(jià)陰離子、硅、過(guò)渡金屬、重金屬和稀有元素的測(cè)定；熒光檢測(cè)器主要用于氨基酸的分析。電導(dǎo)檢測(cè)法：電導(dǎo)率是在陰極和陽(yáng)極之間的離子化溶液傳導(dǎo)電流的能力。溶液中的離子越多，在兩電極間通過(guò)的電流越大。在低濃度時(shí)，電導(dǎo)率直接與溶液中導(dǎo)電物質(zhì)的濃度成正比。電導(dǎo)用西門子(S)作單位表示，定義為電阻的倒數(shù)，直接與溶液的濃度和電導(dǎo)池的常數(shù)有關(guān)。這個(gè)常數(shù)與電極之間的距離和池子的體積有關(guān)。如果電導(dǎo)池中電極之間的距離越近，離子流遇到的電阻越小，檢測(cè)器的靈敏度也就越高。3.抑制器陽(yáng)離子抑制器陰離子抑制器

抑制器的作用廢液BackGround：Na2CO3/NaHCO3

(700μS)NaF,NaCl,NaNO3Na2HPO4,Na2SO4～～RetentiontimeConductivityNaFNaClNaNO3Na2HPO4Na2SO4BackGround：Na2CO3/NaHCO3

(700μS)～～RetentiontimeConductivityHFHClHNO3H3PO4H2SO4RetentiontimeBackGround：H2CO3(15μS)Conductivity陰離子抑制器抑制器的作用原理淋洗液(Na2CO3)陰離子分析柱HF,HCI,H2SO4inH2CO3NaF,NaCl,

Na2SO4inNa2CO3廢液H2O陽(yáng)離子S時(shí)間S時(shí)間經(jīng)過(guò)抑制廢液H2OH+Na+12943樣品F,CI,SO42---FSO42CI---FSO42CI---負(fù)極正極OH-自動(dòng)連續(xù)再生陰離子抑制器中電化學(xué)反應(yīng)和離子移動(dòng)NaOH,H2H+廢液廢液陽(yáng)極檢測(cè)器H+

+O2H2

+OH-H2OH2ONa+H+

+OH-H2OH+,

X-H+,

X-inH2OH2OH2OH2O,O2陽(yáng)離子交換膜Na+,

X-在NaOH淋洗液中陰極水的電解反應(yīng)：陽(yáng)極：3H2O→2H3O++1/2O2（氣）+2e-（水被氧化形成H+和氧氣）陰極：2H2O+2e-→2OH-+H2（氣）（水被還原成OH-離子和氫氣）自動(dòng)連續(xù)再生陽(yáng)離子抑制器的電化學(xué)反應(yīng)和離子移動(dòng)抑制的結(jié)果安裝在電導(dǎo)池之前提高待測(cè)離子的電導(dǎo)率：

提高靈敏度Na+,Cl-H+,Cl-

降低背景電導(dǎo)(淋洗液):

減少噪音Na+,HCO3-H2CO3Na+,OH-H2O極限摩爾電導(dǎo)值

Cation

＋－Anion

Ｈ＋Ｌｉ＋Ｎａ＋Ｋ＋ＮＨ４＋Ｍｇ２＋Ｃａ２＋３５０３９５０７４７３５３６０ＯＨ－Ｆ－Ｃｌ－Ｂｒ－ＮＯ３－ＰＯ４３－ＳＯ４２－１９８５５７６７８７１８０８０Totalconductivity＝（）＋（）＋－（unit：μS/mequivalent）抑制器的兩個(gè)主要作用：1）降低淋洗液的背景電導(dǎo)2）增加被測(cè)離子的電導(dǎo)值(增加靈敏度)，改善信噪比。離子色譜流程淋洗液

泵色譜柱檢測(cè)器

泵液分離

檢測(cè)

記錄F-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-進(jìn)樣閥抑制器檢測(cè)池進(jìn)樣離子交換的分離方式流動(dòng)相：陰離子交換：弱酸的鹽、堿（Na2CO3/NaHCO3,KOH、NaOH）陽(yáng)離子交換：強(qiáng)酸（H2SO4、甲基磺酸）檢測(cè)方式：電導(dǎo)檢測(cè)可測(cè)定的離子：最佳的應(yīng)用是在不同基質(zhì)中對(duì)常見陰離子（F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、SO42-、PO43-等），和常見陽(yáng)離子（Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+等）及一些碳水化合物（低分子量有機(jī)酸）。表1分離方式和檢測(cè)器的選擇（陰離子）

表2分離方式和檢測(cè)方式的選擇（陽(yáng)離子）

對(duì)復(fù)雜離子采用梯度洗脫：用戴安公司RFC-30淋洗液自動(dòng)發(fā)生器，可使ICS-1500離子色譜升級(jí)為免試劑離子色譜RFIC系統(tǒng)（ReagentFreeIonChromatography），對(duì)原有的恒流泵系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)梯度淋洗。大腸桿菌發(fā)酵液中無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子的分析

大腸桿菌發(fā)酵液中無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子的梯度分析

亞洲玉米螟昆蟲(體與血)中的陽(yáng)離子分析

波菜中無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子的分析蘋果汁發(fā)酵液中蘋果酸的梯度分析

樣品處理過(guò)濾樣品中除去顆粒物用0.45μm或0.22μm濾膜用高純水沖洗濾膜，以減少沾污稀釋待測(cè)物濃度較高時(shí)，應(yīng)預(yù)先稀釋.降低干擾物的濃度.去除干擾物預(yù)處理柱，超濾固相萃取?液相萃取?離心?鹽析在線柱處理離子色譜使用的水與試劑純度盡可能高高純水：電阻率≧17MΩ/cm、0.22μm濾膜過(guò)濾：淋洗液脫氣（系統(tǒng)加氮?dú)猓┰噭罕M可能使用優(yōu)級(jí)純（進(jìn)口試劑）

：配標(biāo)準(zhǔn)的試劑應(yīng)預(yù)先干燥淋洗液的配制與保存陰離子淋洗液的配制碳酸鹽

(AS4A,AS12A,AS14等.）

配100x濃度的淋洗液作為儲(chǔ)備液，使用時(shí)用高純水稀釋氫氧化鈉(AS10,AS11，AS15，16等.)配制50%(w/w)NaOH儲(chǔ)備溶液.使用時(shí)用高純水稀釋陽(yáng)離子淋洗液的配制甲烷磺酸(MSA)

取一定濃度的MSA配成儲(chǔ)備液(可以配制為1M的儲(chǔ)備液)保存

使用聚丙烯(PP)瓶，保存在暗處及4℃左右.（通?？梢员４?個(gè)月）淋洗液要經(jīng)常更換離子色譜的優(yōu)點(diǎn)：1.快速、方便：一般10min即可分別完成陰、陽(yáng)離子的剖面。2.靈敏度高：直接進(jìn)樣可達(dá)ppb級(jí)，用濃縮柱可達(dá)ppt級(jí)。3.選擇性好：已有多種成熟的固定相，以及選擇性的檢測(cè)器。4.可同時(shí)分析多種離子化合物。5.分離柱的穩(wěn)定性好、容量高：柱填料在廣的PH范圍內(nèi)和對(duì)有機(jī)試劑的穩(wěn)定性，廣的應(yīng)用范圍及對(duì)復(fù)雜基體分析的可行性。

離子色譜的應(yīng)用離子色譜法已經(jīng)廣泛地用于環(huán)境、食品、材料、工業(yè)、生物和醫(yī)藥等許多領(lǐng)域。

環(huán)境：１．飲用水:鹵素含氧酸（氯氣消毒飲用水、飲料及制面包產(chǎn)生致癌三鹵甲烷、溴酸鹽）、亞硝酸鹽和硝酸鹽的測(cè)定。２．生活污水和工業(yè)廢水：多聚磷酸鹽、鉻、重金屬離子(Fe2+/Fe3+、Cr3+/Cr6+、Sn2+/Sn4+)、氰化物。３．大氣飄塵與降水：二氧化硫、氮氧化物、濕沉降中陰陽(yáng)離子的濃度分布食品和飲料：1.無(wú)機(jī)陰離子：鹵素含氧酸（飲料、面包、臭氧處理飲用水的致癌物溴酸根）、硝酸根、亞硝酸根（肉制品護(hù)色劑、防腐劑）、亞硫酸根（啤酒、酒類、食品、飲料防腐劑）、碘和其它鹵素（牛奶）2.無(wú)機(jī)陽(yáng)離子：鈉鉀（高血壓）、鎂鈣（人體骨骼生長(zhǎng)）3.有機(jī)酸：脂肪酸（果汁、飲料、酒）、人工合成食用色素4.胺和有機(jī)堿：陽(yáng)離子與低分子量胺（致癌物質(zhì)亞硝胺：魚、肉、雞蛋），膽堿（甲基黃嘌呤類生物堿：咖啡因、可可堿、茶堿。人體新陳代謝，嬰兒食品、維生素配置），水溶性維生素，碳水化合物（糖類）生化分析：１．人體液中陽(yáng)離子（K+

、Na+、Mg2+、Ca2+）人血清中NO2-、NO3-

２．尿液中無(wú)機(jī)陰離子和有機(jī)酸（草酸、尿酸、鈉、氯分別指示尿結(jié)石、腎衰竭、高尿酸血癥、電解質(zhì)失調(diào)、脫水），碘（誘導(dǎo)甲狀腺疾病）３．糖類化合物（動(dòng)物、植物、微生物體內(nèi)）４．蛋白質(zhì)（氨基酸）微電子、電力工業(yè)中的痕量分析1．在線濃縮富集技術(shù)2．高純水的痕量分析（鍋爐水）3．高純?cè)噭┲泻哿侩s質(zhì)的測(cè)定（異丙醇、丙酮、N-甲基2-吡咯烷、過(guò)氧化氫、磷酸、硫酸）在石油化工分析中的應(yīng)用石油勘探和鉆井1．油田水中陰、陽(yáng)離子的分析2．預(yù)報(bào)水垢的形成3．阻垢劑的檢測(cè)石油精練過(guò)程中陰、陽(yáng)離子和胺的分析石油化學(xué)產(chǎn)品分析1．石油化學(xué)產(chǎn)品中的有機(jī)酸的分析2．濃酸（濃氫氟酸、濃磷酸）中痕量陰離子的分析離子排斥色譜主要用于無(wú)機(jī)弱酸和有機(jī)酸的分離。也用于醇類、醛類、氨基酸和糖類的分離。固定相通常是總體磺化的苯乙烯/二乙烯基苯H+型陽(yáng)離子交換樹脂。δ-

離子排斥色譜的原理這種分離模式包括Donnan排斥、空間排斥(分子量大小)和吸附過(guò)程。

由于Donnan排斥，完全離解的酸不被固定相保留，在死體積處被洗脫。而未離解的化合物不受Donnan排斥，能進(jìn)入樹脂的內(nèi)微空，分離是基于溶質(zhì)和固定相之間的非離子性相互作用。電解質(zhì)的離解度越小，受排斥作用也越小，因而在樹脂中的保留也就越大。主要檢測(cè)方式是電導(dǎo)。δ

離子排斥色譜的淋洗液：對(duì)有機(jī)酸的分析，常用的淋洗液是礦物酸、HCl、H2SO4或HNO3。與離子交換色譜不同，離子排斥色譜中淋洗液的主要作用是改變?nèi)芤旱膒H值，控制有機(jī)酸的離解。離子對(duì)色譜反相離子對(duì)色譜—在流動(dòng)相中加入親脂性離子，如烷基磺酸或季銨化合物，能在化學(xué)鍵合的反相柱上分離相反電荷的溶質(zhì)離子。離子對(duì)色譜基于反相離子對(duì)色譜的基本原理，用高交聯(lián)度、高比表面積的中性無(wú)離子交換功能基的聚苯乙烯大孔樹脂為柱填料，可用于分離多種分子量大的陰陽(yáng)離子，特別是帶局部電荷的大分子（如表面活性劑）以及疏水性的陰陽(yáng)離子。離子對(duì)試劑離子對(duì)試劑——在流動(dòng)相中加入適當(dāng)?shù)木哂信c被測(cè)離子相反電荷的疏水性(親脂性)離子(如烷基磺酸或季銨化合物)，即是一種較大的離子型分子。它通常有兩個(gè)區(qū)，一個(gè)是與固定相作用的疏水區(qū)，另一個(gè)是與被分析離子作用的親水性電荷區(qū)。

固定相是中性疏水的苯乙烯/二乙烯基苯樹脂或鍵合的硅膠。這種固定相既可用于陰離子,也可用于陽(yáng)離子的分析。常用的離子對(duì)試劑陰離子分離陽(yáng)離子分離疏水性氫氧化銨鹽酸小氫氧化四甲基銨(TMAOH)高氯酸↓氫氧化四乙基銨(TEAOH)全氟羧酸↓氫氧化四丙基銨(TPAOH)戊烷磺酸↓氫氧化四丁基銨(TBAOH)已烷磺酸庚烷磺酸大辛烷磺酸反相離子對(duì)色