现代科技综述知识文库：离子色谱法

1、现代科技综述系列离子色谱法科技是人类区别于动物的重要文明之一，是人类对自然规律研究和利用的学科。本文提供对科技基本概念“离子色谱法”的解读，以供大家了解。离子色谱法离子色谱法简称IC。是1975年美国HSmall等首先提出的。离子色谱法融合色谱分离和分析为一体，是一种具有高速度、高灵敏度、高精度、全自动化可同时测定多种无机阴离子、无机阳离子、有机化合物，以及分析离子价态、化合物形态和金属配合物组成的高效分析方法。离子色谱法在分析化学中占有极其重要的地位，在环境保护、物理化学、生物医学、地质冶金、化工生产、纺织、造纸、能源、农业等领域得到广泛应用。离子色谱法是现代分析技术的一大进步，其发展速度十

2、分迅速。离子色谱的早期研究可追溯到1935年BAAdams和ELHolmes合成了离子交换剂，这是离子色谱的一个重要里程碑。继后对Adams和Holmrd工作的改进，以及1945年EFD，Alelio合成螯合树脂的专利，奠定了新型离子交换剂研究的基础，无论欧洲还是北美的许多公司也都为此作出了努力。20世纪40年代初，离子交换特别是离子交换色谱得到了高度的、富有成果的发展。1947年美国化学会杂志的一个特集中作了报道。其中论述离子交换树脂的理论和应用的专集是离子交换研究文献中的一本经典着作。从中还可见到FHSpedding和ERTompkins等人用离子交换色谱法分离希土的首次报道，从而成为当今

3、许多金属离子色谱法分离的先驱。WCBauma和JEichhom以及RXunin和RJMyers将质量作用概念引入离子交过程；GEBoyd，AWAdamson和LSMyers阐明了离子交换的扩散过程；SWMyers和ERTompkins首次解决了描述离子交换分离过程的复杂理论问题；JAMarinsky，LEGlendenin和CDCoryell首次将离子交换色谱用于放射性物质的分离，并将其与辐射测量仪联用。这些研究丰富了离子交换内容，为色谱法的发展作出了巨大贡献。二次世界大战结束，进入了离子交换研究的黄金时代。其中的重大事件是1951年由SMoore和WHStein所作的氨基酸色谱分离和自动检测

4、，此项研究成果获得1972年诺贝尔化学奖。该成果和继后PBHamilton及其合作者的工作，预言了现代液相色谱方面的许多事实，其中之一就是色谱分离和检测器的联用。在此期间，EGlueckauf提出了现代高效液相色谱的许多理论概念。离子交换取得的进展对有机物的分析产生了深远的影响。一种快速、选择性好、灵敏度高、用于挥发性有机物复杂分析的气相色谱应运而生。随着液体流动相的出现，色谱分离就扩展到了全部有机物。色谱分离成功的另一个关键是自动检测器的应用和发展。在20世纪70年代以前，在许多情况下，“色谱分离”同时包括“分离”与“检测”两个概念。由于许多有机化合物对紫外光产生强烈的吸收，用于这类有机物分

5、析的检测器首先是紫外光度计。例如对蛋白质，染料、药物和合成聚合物的检测。紫外光度检测更多用于高效液相色谱分析。除此之外，对于某些没有光吸收的化合物，可以通过柱后反应生成具有可见光吸收的“发色物”，然后用可见光度计作为检测手段。荧光检测和电化学检测也被采用。折射率是物质的一种普遍性质，但根据其原理制成的检测器缺乏足够灵敏度。无机物的分离和分析，通常讨论的都是水溶液中的电解质，这对离子交换来说是十分方便的。因此，离子交换色谱系统被设计用来实现无机阴离子和无机阳离子的完全分离。一般说来，20世纪70年代以前，色谱分离用于无机物的分析是很少的，仅作为化学法分离解决干扰的一种辅助手段，并且分析速度也很慢

6、。当光学检测器和电化学检测器逐渐被使用后，开始应用到过渡金属和镧系金属的分析。许多常见的无机物如碱金属和碱土金属的氟化物、氯化物、硫化物，磷化物等不能有效地吸收紫外光。其他如溴化物，硝酸盐，亚硝酸盐和碘化物虽有光吸收性质，但其波长范围对最早的紫外光检测器是无能为力的。再者这些常见的离子还缺乏荧光和电化学性能。因而缺乏一种性能良好的、通用的无机离子检测器。1971年，美国DOW化学公司开始用离子交换为分离手段，电导检测为分析方法定量地对无机离子和许多有机离子进行分离分析研究。但在总的程序中要用两根色谱柱(双柱法)，即分离柱和抑制柱，后者用来消除分离物中的背景影响，这样，就解决了在高电导率流动相的

7、背景条件下检测少量导电物的问题。1975年，DOW化学公司HSmall等人对上述研究工作做了首次报道。1975年初，DOW化学公司申请了专利，并给Dionex公司发放了制造、销售仪器的许可证，同时将这项技术称为“离子色谱”。于当年秋季在芝加哥召开的美国化学会上展览了该设备。1976年，Dionex公司将仪器商品化。就在离子色谱仪市场逐渐扩大的同时，也出现了完善离子色谱技术的其他方法。如1979年DT Gjerde和JS Fritz等提出的无抑制柱的离子色谱法(单柱法)。采用该技术制造的离子色谱仪也很快商品化。至此，“离子色谱”的概念也发生了进展性变化。离子色谱法包括了用来测定离子的所有色谱方法

8、。离子色谱仪已完全使用微机程控系统。实验参数如仪器调零、进样、恒压、调温、流速控制、梯度淋洗、测峰高、测峰面积，测保留时间以及数据处理都完全自动化。离子色谱法的测定范围扩展到无机阴离子、无机阳离子、离子价态、化合物形态、配合物组成等方面。离子色谱法的应用涉及到许多领域。离子色谱技术引起了中国科学工作者的极大兴趣和重视。1980年就有研究论文发表；国外早期的离子色谱分析及应用专着已翻译出版；离子色谱和离子色谱分析及应用以及离子色谱原理已由中国学者编辑出版；国家自然科学基金资助专项研究。目前，中国不少单位都拥有进口和国产离子色谱仪，并在各个领域开展了广泛的应用研究工作。大量的论文也在各种杂志上陆续

9、发表。离子色谱在今后的研究课题是：(1)发展新的色谱柱填料，研究不同结构，不同性能的离子交换剂，提高分离柱的选择性、稳定性、重现性达到高效分析。(2)完善和扩大紫外可见光检测器、电导检测器、安培检测器应用范围，并研制新的检测器以便解决pKA或pKB7的电解质的分析问题。(3)引入微型离子色谱技术、浓度梯度洗脱技术、温度梯度技术以缩短分析和改善分离效果。(4)扩大应用范围，随着现代电子、光学技术的发展，离子色谱分析的性能将进一步提高，在应用方面出现广阔的前景。【参考文献】： 1 Adams B A, Holmes E L. I. J Soc Chem Ind, (London) 1935,54:1 6 2 Alelio G F D. Ion Exchangers,1944,2(366) :007 3 Spedding FH,Voight A F,et al . J Am Chem, Socl947,69: 27772781 4 Moore S,SteiinW H. J Biol Chem ,1951,192:663681 5 Small H,Stevens T S, Bauman W C. Anal Chem,1957,47: 1801 1809 6Gjerde D T,Fritz J S, Schmuckler G J. Chromatogr, 1979, 186: