藥物儀器分析技術(shù)第九章 離子色譜法

離子色譜法第九章

目錄CONTENTS01基礎(chǔ)知識(shí)02離子色譜儀的組成與部件03基本操作及日常維護(hù)04實(shí)訓(xùn)十六離子色譜法測(cè)定水樣中常見陰離子含量案例導(dǎo)入

某醫(yī)藥生產(chǎn)公司新買了一套純化水設(shè)備，用于制備制藥用水，此設(shè)備已安裝完成，現(xiàn)需要工作人員對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，以檢測(cè)所制備的純化水是否符合藥品生產(chǎn)要求。已知制藥用水容易受到Cl-、F-、I-、NO2-、NO3-等離子的污染，請(qǐng)問工作人員應(yīng)采用何種分析方法，能較準(zhǔn)確地分析出這些成分在水中的含量？基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)011.能寫出離子色譜的定義、特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。2.能根據(jù)分離原理區(qū)分抑制型和非抑制型離子色譜。學(xué)習(xí)目標(biāo)離子色譜法是對(duì)溶液中解離出的陰離子或陽離子進(jìn)行分離并定性或定量分析的一種液相色譜方法。最常見的就是離子交換色譜法。離子交換色譜法主要分為抑制型離子色譜法和非抑制型離子色譜法兩種。1975年，斯莫爾等人提出了將離子交換色譜與電導(dǎo)檢測(cè)器相結(jié)合來分析各種離子的方法，這是最早的抑制型離子色譜法。到1979年，格爾德等人采用弱電解質(zhì)作流動(dòng)相(也就是洗脫劑)，由于流動(dòng)相自身的電導(dǎo)較低，不必使用抑制柱，這就產(chǎn)生了非抑制型離子色譜法。概述011.離子色譜法的概念概述012.離子色譜法的特點(diǎn)(1)分析速度快(2)靈敏度高(3)選擇性好(4)可同時(shí)分析多種化合物(5)分離柱的穩(wěn)定性好、容量高定性能力差優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)用于陰離子的分析，定性或定量測(cè)定有機(jī)陰離子、堿金屬、有機(jī)酸、胺和銨鹽等物質(zhì)。（1）環(huán)境：多用于水質(zhì)分析，如飲用水水質(zhì)分析、高純水的離子分析、各種廢水和電廠水的分析等；（2）食品：檢測(cè)食品中的硝酸、亞硝酸、亞硫酸、碘化物等；（3）生物醫(yī)藥：分析氨基酸、糖類、蛋白質(zhì)等物質(zhì)。概述013.離子色譜法的應(yīng)用離子自身都具有一定特性，在特殊的條件下，溶液中的離子與固定相之間可以主動(dòng)交換。在交換后，容易洗脫的離子先分離出來，再經(jīng)過檢測(cè)器檢測(cè)，便可以得到色譜峰，檢測(cè)人員就可以根據(jù)色譜峰分析所檢測(cè)的物質(zhì)。常用離子色譜的分離原理02原理利用吸附和離子對(duì)的形成，其特點(diǎn)是采用中性的S－DVB樹脂進(jìn)行離子分離。

利用離子排斥原理進(jìn)行分離，其特點(diǎn)是采用高交換容量的S－DVB樹脂進(jìn)行離子分離。離子排斥色譜法高效離子交換色譜法離子交換，其特點(diǎn)是用低交換容量、薄膜型、具有各種選擇性的苯乙烯－二乙烯基苯(S－DVB)離子交換樹脂進(jìn)行離子分離。離子對(duì)色譜法常用離子色譜的分離原理02類型

抑制型離子色譜法在分離柱后面增加了一個(gè)抑制柱，可使流動(dòng)相轉(zhuǎn)變成低電導(dǎo)組分，以降低來自流動(dòng)相的背景電導(dǎo)，同時(shí)可將樣品離子轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的酸或堿，以增加其電導(dǎo)。①抑制型離子色譜法抑制型離子色譜示意圖常用離子色譜的分離原理02

使用抑制型離子色譜法分析陰離子X-，流動(dòng)相為NaOH溶液，使用兩根離子交換柱，一根是分離柱，填料為低交換容量的陰離子交換劑，另一根是填有高交換容量的陽離子交換劑的抑制柱，兩者串聯(lián)，流動(dòng)相先進(jìn)入分離柱，再經(jīng)過抑制柱，反應(yīng)如下： (1)分離柱交換反應(yīng)：R＋－OH+NaX→R＋－X-+NaOH洗脫反應(yīng)：R＋－X-+NaOH→R＋－OH+NaX (2)抑制柱與組分反應(yīng)：R-－H＋+NaX→R-Na＋+XH與流動(dòng)相反應(yīng)：R-－H＋+NaOH→R-Na＋+H2O①抑制型離子色譜法常用離子色譜的分離原理02電導(dǎo)檢測(cè)單柱色譜法，與抑制型離子色譜法相比，它只有一根分離柱，少了一個(gè)抑制柱，從分離柱流出的流動(dòng)相直接進(jìn)入電導(dǎo)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。非抑制型離子色譜減小了抑制柱帶來的死體積，分離效率高，所用儀器也可用高效液相色譜儀改裝。②非抑制型離子色譜法非抑制型離子色譜示意圖常用離子色譜的分離原理02離子色譜儀的組成與部件第一節(jié)021.能認(rèn)識(shí)離子色譜儀的各個(gè)構(gòu)成系統(tǒng)。2.能根據(jù)檢測(cè)需要選擇合適的抑制器和檢測(cè)器。學(xué)習(xí)目標(biāo)離子色譜儀的基本構(gòu)成與高效液相色譜儀相同，由輸液系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)(色譜柱)、抑制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)等部分組成，其中最重要的是分離系統(tǒng)，對(duì)離子的分離和檢測(cè)起到了重要作用。同時(shí)，對(duì)于抑制型離子色譜來說，抑制器也是關(guān)鍵部件。離子色譜儀離子色譜儀輸液系統(tǒng)01（1）儲(chǔ)液瓶（2）高壓輸液泵（3）梯度淋洗裝置

離子色譜法中經(jīng)常用到強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性物質(zhì)作流動(dòng)相，所以離子色譜儀輸液系統(tǒng)中的管道、閥門、泵、柱子以及接頭等不僅要求耐壓，而且要耐酸堿腐蝕。常用聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）。輸液系統(tǒng)作用：將待分析的樣品引入柱中（1）注射器進(jìn)樣（2）閥進(jìn)樣（3）自動(dòng)進(jìn)樣進(jìn)樣系統(tǒng)02進(jìn)樣系統(tǒng)手動(dòng)用閥門噴射裝置程序控制器或計(jì)算機(jī)的控制作用：實(shí)現(xiàn)樣品中各組分的分離，以便于檢測(cè)器檢測(cè)分析溶液中的各種離子（1）預(yù)柱（2）保護(hù)柱（3）分析柱分離系統(tǒng)03分離系統(tǒng)去除溶液中的顆粒雜質(zhì)消除樣品中可能損壞分析柱填料的雜質(zhì)有效分離樣品組分臨床應(yīng)用抑制型離子色譜特有結(jié)構(gòu)，其作用是降低流動(dòng)相的背景電導(dǎo)、增強(qiáng)被測(cè)離子的電導(dǎo)值以及消退反離子峰對(duì)弱保留離子的影響04樹脂填充抑制器第一代抑制器優(yōu)

：制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉缺：

無法連續(xù)工作抑制系統(tǒng)纖維膜抑制器采用陽離子交換的中空纖維作為抑制器，外通再生液，使得膜內(nèi)外的流動(dòng)相和再生液始終保持動(dòng)態(tài)平衡優(yōu)

：可連續(xù)工作缺：

抑制容量不高，機(jī)械強(qiáng)度也較差臨床應(yīng)用04電解抑制器自身再生抑制器優(yōu)

：平衡快，背景噪聲低，堅(jiān)固耐用，工作溫度可以高至４０℃，并可在高達(dá)４０％的有機(jī)溶劑存在下正常工作，應(yīng)用較為廣泛抑制系統(tǒng)平板微膜抑制器由兩層極薄的半透性離子交換膜組成，中間通過流動(dòng)相，外兩側(cè)通過再生液，亦可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作優(yōu)

：交換容量較高，可以進(jìn)行梯度洗脫缺：

需再生液臨床應(yīng)用將色譜柱分離的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將信號(hào)放大輸出、記錄，再通過工作站處理得出分析數(shù)據(jù)05檢測(cè)系統(tǒng)電導(dǎo)檢測(cè)器①非抑制型電導(dǎo)檢測(cè)器

單柱離子色譜法

一般采用五電極電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)，能有效地消除雙電層電容和電解效應(yīng)的影響。②抑制型電導(dǎo)檢測(cè)器

雙柱離子色譜法

采用可變頻率雙極脈沖化學(xué)抑制型電導(dǎo)檢測(cè)，該方式能有效地抑制電導(dǎo)池等效電容和流動(dòng)相本底電導(dǎo)的影響，測(cè)定靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性好。臨床應(yīng)用05紫外檢測(cè)器基于朗伯－比爾定律優(yōu)

：選擇性好、應(yīng)用面廣、靈敏度高，很容易進(jìn)行μｇ／Ｌ級(jí)的測(cè)定檢測(cè)系統(tǒng)安培檢測(cè)器用于測(cè)量電活性分子在工作電極表面氧化或還原反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生電流變化，由恒電位器和三種電極組成①直流安培檢測(cè)器②脈沖安培檢測(cè)器③積分脈沖安培檢測(cè)器基本操作及日常維護(hù)第一節(jié)031.能使用離子色譜法進(jìn)行樣品分析。2.能對(duì)離子色譜儀進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。學(xué)習(xí)目標(biāo)水溶液，一般經(jīng)稀釋和0.45μm濾膜過濾后直接使用復(fù)雜成分通過紫外線降解、固相萃取等方法消除干擾物干擾配制溶液基本操作01（1）制備去離子水和配制溶液制備去離子水重蒸餾法反滲透法使用精密去離子水制備裝置純化處理，電阻率一般大于18.2ΩM·cm現(xiàn)配現(xiàn)用基本操作01（2）選擇流動(dòng)相分離陰離子常采用稀堿溶液、碳酸鹽緩沖液等洗脫液，分離陽離子則采用稀甲烷磺酸溶液等洗脫液;通過增加或減少洗脫液中酸堿溶液的濃度，可以提高或降低流動(dòng)相的洗脫能力;在流動(dòng)相中加入一定量的甲醇、乙腈等有機(jī)溶劑也可以改善色譜峰的峰形。

需脫氣處理基本操作01（3）樣品預(yù)處理傳統(tǒng)的樣品預(yù)處理方法是采樣、稀釋、過濾，即可直接進(jìn)樣分析。有些樣品必須轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤海粯悠分械拇郎y(cè)組分應(yīng)以離子形式存在；樣品的濃度在標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍內(nèi)，不宜過高或過低；樣品中的顆粒物質(zhì)應(yīng)過濾除去，避免堵塞柱系統(tǒng)，使得柱壓升高等;在流動(dòng)相中加入一定量的甲醇、乙腈等有機(jī)溶劑也可以改善色譜峰的峰形。

處理方法：0.22μm微膜過濾、固相萃取、滲透和滲析技術(shù)分析樣品中離子的具體含量，根據(jù)色譜峰的峰高或峰面積來確定定量方法基本操作01（4）定性或定量方法選擇定性方法判斷該樣品中的離子是什么，通常根據(jù)保留時(shí)間確定。內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法、面積歸一法基本操作01標(biāo)準(zhǔn)曲線確定

精密稱取適量對(duì)照品，配制成儲(chǔ)備溶液，稀釋成不同濃度的對(duì)照品溶液，檢測(cè)，以峰高或峰面積為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，并得到標(biāo)準(zhǔn)曲線公式：Ar=acr+b

式中，Ar為對(duì)照品溶液的峰高或峰面積，c為對(duì)照品溶液的濃度，a為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率，b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距。

得到標(biāo)準(zhǔn)曲線后，將待測(cè)樣品注入離子色譜進(jìn)行檢測(cè)，得到相應(yīng)的色譜圖，按照保留時(shí)間確定組分，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法如下：cs＝（As-b）/a

式中，As為樣品溶液的峰高或峰面積，cs

為樣品溶液的濃度?；静僮?1（5）使用離子色譜儀分析樣品①開機(jī)前準(zhǔn)備配制流動(dòng)相和再生液，確認(rèn)其儲(chǔ)量滿足需要。②開機(jī)打開打印機(jī)、計(jì)算機(jī)進(jìn)入操作系統(tǒng)；打開氮?dú)怃撈靠傞y，調(diào)節(jié)鋼瓶減壓閥分壓表指針為0.2MPa，再調(diào)節(jié)主機(jī)減壓表指針為5psi(34.47kPa)；確認(rèn)離子色譜儀與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線連接正常，打開主機(jī)電源，進(jìn)入工作站程序連接，使軟件與離子色譜儀聯(lián)動(dòng)起來；打開泵頭廢液閥排除泵和管路里的氣泡，關(guān)閉泵頭廢液閥；開泵啟動(dòng)儀器，查看基線，待基線穩(wěn)定后方可進(jìn)樣分析?；静僮?1（5）使用離子色譜儀分析樣品③樣品分析建立程序文件、方法文件、樣品表文件；加樣品到自動(dòng)進(jìn)樣器或手動(dòng)進(jìn)樣，啟動(dòng)樣品表；若是手動(dòng)進(jìn)樣，則按系統(tǒng)提示逐個(gè)進(jìn)樣分析。④數(shù)據(jù)處理建立標(biāo)準(zhǔn)曲線、打印標(biāo)準(zhǔn)曲線；打印待測(cè)樣品分析報(bào)告。⑤關(guān)機(jī)關(guān)閉泵，關(guān)閉操作軟件；關(guān)閉離子色譜主機(jī)電源；關(guān)閉氮?dú)怃撈靠傞y并將減壓表卸壓；關(guān)閉計(jì)算機(jī)、顯示器和打印機(jī)電源。1.儀器各組件和設(shè)備維護(hù)（１）離子色譜儀是比較復(fù)雜和精密的儀器，未經(jīng)培訓(xùn)不能私自上機(jī)操作。（２）檢查各組件連接處有無泄漏并及時(shí)清洗，檢查泵頭和泵體連接處有無泄漏，正常操作造成的磨損也會(huì)導(dǎo)致柱塞密封圈的泄漏，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)污染泵內(nèi)部，影響正常操作。（３）保持泵頭無氣泡，每周至少開一次機(jī)，若長(zhǎng)時(shí)間未開機(jī)，在開泵之前排除泵頭氣泡，先逆時(shí)針旋松泵頭廢液閥排氣泡，觀察管路，無氣泡后擰緊泵頭廢液閥，但不要過緊。日常維護(hù)021.儀器各組件和設(shè)備維護(hù)（４）儀器至少每隔３天通一次去離子水，隔７天通一次流動(dòng)相。平流泵需用去離子水沖洗干凈。（５）對(duì)于污染較為嚴(yán)重的廢水等，若要使用離子色譜進(jìn)行分析，必須嚴(yán)格按照樣品的預(yù)處理方法對(duì)樣品進(jìn)行處理，使用的過程中注意避免氣體、金屬離子及有機(jī)物進(jìn)入色譜柱，影響色譜柱的使用壽命。（６）流動(dòng)相不能隔天使用，以免滋生細(xì)菌。（７）廢液桶及時(shí)檢查并倒空。日常維護(hù)022.色譜柱的保養(yǎng)為保護(hù)色譜柱不受外來物質(zhì)侵害，應(yīng)對(duì)流動(dòng)相、樣品用0.45μm的微孔濾膜過濾，并通過吸液過濾頭吸取流動(dòng)相。色譜柱接入系統(tǒng)時(shí)，需要先沖洗10分鐘以上再接檢測(cè)器，沖洗時(shí)出口向上，便于將氣泡趕出。離子色譜柱每使用兩個(gè)月，需用0.2mol/L的碳酸鈉溶液及1%酒石酸溶液洗滌，以維持色譜柱的性能。短時(shí)間不使用，可直接將柱子兩端蓋上塞子，放在盒中保存。若長(zhǎng)時(shí)間不使用，則需要通入3%的硼酸密封連同抑制器低溫保存易逆性抗膽堿酯酶藥一實(shí)訓(xùn)十六

離子色譜法測(cè)定水樣中常見陰離子含量第一節(jié)041.能根據(jù)操作規(guī)范熟練操作離子色譜儀。2.能利用離子色譜儀測(cè)定水中的陰離子。01實(shí)訓(xùn)目的１.器材離子色譜儀、色譜工作站、超聲波發(fā)生器、抽濾泵、容量瓶、移液管、燒杯、樣品瓶、微孔濾膜。２.試劑與試藥NaF、KCl、NaBr、K2SO4、NaNO3、NaH2PO4、NaNO2、Na2CO3、NaHCO3、H3BO3等均為優(yōu)級(jí)純；去離子水、優(yōu)級(jí)純濃硫酸。實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備021.測(cè)定條件采用YSA8型分離柱、微膜抑制器，抑制電流為50mA；流動(dòng)相為NaHCO3－Na2CO3,流量為1.5mL／min；柱溫30℃，進(jìn)樣量100μL。2.溶液配制(1)流動(dòng)相儲(chǔ)備液的配制分別稱取26.04gNaHCO3和25.44gNa2CO3(105℃下烘干2h，并保存在干燥器內(nèi))溶于水中，并轉(zhuǎn)移到1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，該流動(dòng)相儲(chǔ)備液中NaHCO3的濃度為0.31mol／L，Na2CO3的濃度為0.24mol／L。03實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟(2)流動(dòng)相的配制吸取上述流動(dòng)相儲(chǔ)備液10.00mL于1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，并用0.45μm的微孔濾膜過濾，即得0.0031mol/LNaHCO3和0.0024mol/LNa2CO3流動(dòng)相備用。03實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟(3)七種陰離子標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的配制分別稱取適量的NaF、KCl、NaBr、K2SO4(105℃下烘干2小時(shí)，保存在干燥器內(nèi))、NaNO3、NaH2PO4、NaNO2(干燥器內(nèi)干燥24小時(shí)以上)溶于水中，分別轉(zhuǎn)移到1000mL容量瓶中，然后各加入10.00mL流動(dòng)相儲(chǔ)備液，并用水稀釋至刻度，搖勻備用。七種標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液中各陰離子的濃度均為1.00mg／mL。03實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟(4)七種陰離子的標(biāo)準(zhǔn)混合使用液的配制分別吸取一定量上述七種標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，置于同一個(gè)500mL容量瓶中，再加入5.00mL流動(dòng)相儲(chǔ)備液，然后用水稀釋至刻度，搖勻。各儲(chǔ)備液的使用量和標(biāo)準(zhǔn)混合中各陰離子濃度見表9－1及表9－2。03實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟03實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟(5)抑制液的配制抑制液為0.1mol／LK2SO4和0.1mol／LH3BO3混合液，稱取6.2gH3BO3于1000mL燒杯中，加入約800mL去離子水溶解，緩慢加入5.6mL濃硫酸，并轉(zhuǎn)移至1000mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。(6)保護(hù)柱液的配制保護(hù)柱液為3%H3BO3溶液，稱取15gH3BO3，溶解于500mL去離子水中即得。03實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟3.樣品測(cè)定步驟(1)開機(jī)打開電源，開啟平流泵電源，流量調(diào)至1.5mL／min。測(cè)壓調(diào)零，按下色譜儀電導(dǎo)按鈕，用量程選擇使數(shù)字表顯