离子色谱原子吸收仪器分析技术及应用

1、东北师范大学研究生课程论文论文题目 离子色谱原子吸收仪器分析技术及应用 课程名称 生态学实验方法与设计 姓 名 学号 专 业 年 级 院 、 所 年 月 日 研究生课程论文评价标准指 标评价内容评价等级（分值）得分ABCD选 题选题是否新颖；是否有意义；是否与本门课程相关。20-1615-1110-65-0论 证思路是否清晰；逻辑是否严密；结构是否严谨；研究方法是否得当；论证是否充分。20-1615-1110-65-0文 献文献资料是否翔实；是否具有代表性。20-1615-1110-65-0规 范文字表达是否准确、流畅；体例是否规范；是否符合学术道德规范。20-1615-1110-65-0能

2、力是否运用了本门课程的有关理论知识；是否体现了科学研究能力。20-1615-1110-65-0评阅教师签名： 年 月 日总分：东北师范大学研究生院制离子色谱原子吸收仪器分析技术及应用 摘要：离子色谱（Ion Chromatography，简称IC）是高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，简称HPLC）的一种，由于其应用广泛，已经成为一个独立的大类，是用于分离能在水中解离成有机和无机离子的一种液相色谱方法。现在已成为水溶液中阴、阳离子的重要分析手段。原子吸收光谱法亦称原子吸收分光光度法，是基于蒸气相中待测元素的基态原子对其共振辐射的吸收强度来

3、测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法，广泛地应用于痕量和超痕量元素的测定作为分析化学领域应用最为广泛的定量分析方法之一原子吸收光谱法具有检出限低选择性好精密度高抗干扰能力强等特点。关键词：离子色谱、原子吸收光谱1 离子色谱方法的特点 对离子型化合物的测定是经典分析化学的主要内容。对阳离子的分析已有一些快速而灵敏的分析方法，如原子吸收、离子体发射光谱和 X射线荧光分析等。对于阴离子的分析长期以来缺乏快速灵敏的方法，一直沿用经典的容量法、重量法和光度法等，这些方法操作步骤冗长费时费力，灵敏低且易受干扰。而发展起来的离子色谱克服了以上缺点，具有快速、灵敏度高、选择性好、可同时测定多组分的优点。可以

4、说，离子色谱对阴离子的分析是分析化学中的一项新突破。1.1 快速、方便 对 7 种常见阴离子（F-、Cl-、Br-、NO3-、NO2-、SO42-、PO43-）和六种常见阳离子（Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+）的分析时间小于10min。如采用高效分离柱对上述七种常见阴离子的分离时间只需3min。1.2 灵敏度高 离子色谱分析的浓度范围为 µg/L mg/L。当进样量为 50µL 时，常见阴离子的检出限小于是 10µg/L。如增加进样量并采用小孔径柱（2mm 直径）或在线浓缩时，检出限可达10-12g/L。1.3 选择性好 IC法分析无机和有机阴

5、、阳离子的选择性主要由选择适当的分离和检测系统来达到的。由于IC的选择性，对样品的前处理要求简单，一般只需做稀释和过滤。1.4 可同时测定多种离子化合物 与光度法、原子吸收法相比，IC 的主要优点是只需很短的时间就可同时检测样品中的多种成分。1.5 分离柱的稳定性好、容量高 IC中苯乙烯/二乙烯苯聚合物是应用最广的填料。这种树脂的高pH稳定性允许用强酸或强碱作淋洗液，有利于扩大应用范围。2 离子色谱系统的组成 IC系统的构成主要由流动相传送部分、分离柱、检测器和数据处理单元四个部分组成。 分离柱是离子色谱的最重要部件之一。高效柱和特殊分离柱的成功研制是离子色谱迅速发展的关键。而对于抑制型检测器

6、，抑制器是关键部件，高的抑制溶量、低的死体积，能自动连续工作，不用有害的化学试剂是现代抑制器的主要特点。一个理想的检测器，对不同的样品，在不同浓度及各种淋洗条件下均能准确、及时、连续地反应色谱峰的变化。为实现上述要求，检测器应具备较高的灵敏度、较宽的定量检测范围、较好的选择性和重现性。离子色谱常用的检测方法可以分为两类：即电化学法和光学法。3 离子色谱的分离方式 按照分离机理，离子色谱可分为高效离子交换色谱（HPIC）、离子排斥色谱（HPIEC）和离子对色谱（MPIC）三种。用于三种分离方式的柱填料的树脂骨架都是苯乙烯和二乙烯苯的共聚物。HPIC用低容量的离子交换树脂，HPIEC用高容量的树脂

7、，MPIC用不含离子交换基团的多孔树脂。下面仅以高效离子交换色谱来说明。高效离子交换色谱HPIC的分离机理主要是离子交换，是基于离子交换树脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的离子之间进行的可逆交换。依据不同离子对交换剂的不同亲合力而被逐渐分离，它是离子色谱的主要分离方式，用于亲水性阴、阳离子的分离。如以 NaOH为淋洗液分析水体中阴离子时，先用淋洗液平衡阴离子交换分离柱，再将样品带入，样品进入后，待测离子将阴离子交换树脂上OH-置换下来，并有选择地暂时保留在固定相上，随后，被保留的待测阴离子依据与树脂亲合力的差别而由弱到强逐渐被洗脱下来，从而达到分离的目的。4 与毛细管电泳分析法的比较 毛

8、细管电泳法从20世纪90年代初用于无机阴离子的测定，如无机离子的标样环境水样自来水造纸厂废水尿液雨水中无机离子及土壤中农药等物质的分析，90 年代中期开始用于土壤无机阴离子分析曾有研究者实验发现，以铬酸钠为背景电解质 以十六烷基三甲基溴化铵（为电渗流改性剂紫外检测法为检测手段的毛细管电泳法测定土壤水提取液中氯离子硫酸根硝酸根的方法，测定结果有一定的精确性但是，与离子色谱相比，由于两者测定机理的不同，毛细管电泳对土壤无机阴离子测定虽然快速试剂消耗和费用低，精确性却较低；毛细管电泳只能对与背景电解质淌度相近的离子实现较准确的测定，因此各离子测定的精确性有差异；而离子色谱测定的精确性与离子的出峰顺序

9、无关。5 离子色谱法分离机理 离子色谱法是借物质在离子交换柱上迁移的差异而分离物质，以电化学或光电检测器检测的一种分析技术，IC属于高效液相色谱,作为一门新的分析技术，近年来发展迅速，特别是用于阴离子的分析是一个突破，解决了分析化学中多组分同时测定问题，是目前水中多种阴离子检测的首选方法。 IC法分为高效离子交换色谱(HPIC)、离子排斥色谱(HPIEC)、和离子对色谱(MPIC)。HPIC的分离机理主要是离子交换，HPIEC为离子排斥，而MPIC则基于吸附和离子对的形成。其中HPIC主要用于分析亲水性的阴阳离子，是利用不同待测离子对固定相亲和力的差别来实现分离的其固定相采用离子交换树脂，树脂

10、上分布有固定的带电荷基团和可游离的平衡离子当待测物质电离后产生的离子可与树脂上可游离的平衡离子进行可逆交换。6 导数原子吸收光谱法（1） 导数原子吸收光谱法的提出和原理 常规原子吸收法已广泛应用于水中金属元素的测定，但对于一些痕量元素，普通原子吸收法的灵敏度已不能满足测量要求，需采用溶剂萃取离子交换固体吸附树脂吸附共沉淀等手段对待测元素进行预富集，这些操作麻烦费时，且要接触一些有毒的试剂有文献提出了一种灵敏的导数原子吸收新技术，并通过试验，考察了导数原子吸收光谱法（DFAAS）工作曲线的线性，并对导数吸收光谱法和常规原子吸收光谱法（FAAS）的信噪比灵敏度检出限和精密度进行了比较，认为导数原子

11、吸收光谱法更佳HD-1型导数测量仪是一种电子式微分器，其输出和输入信号之间存在着严格的导数关系，即当输入信号变化率为零时，导数测量仪的输出维持在基线上；当输入信号变化率不为零时，导数测量仪有相应的极性输出，输出信号的大小正比于输入信号的变化率大小为提高微分单元的灵敏度和获得理想的输出幅度，要通过交流放大和直流放大，然后再进行微分导数测量仪输出的电信号。 将导数测量仪接于光谱仪器（AAS/AES）与双笔记录仪之间，由记录仪可同时得到常规光谱信号和导数光谱信号根据火焰光度信号火焰原子吸收信号冷原子吸收信号氢化物原子吸收信号原子捕集/流动注射原子吸收信号的导数模型和导数测量仪输出的电信号强度表达式，

12、分别得到了其导数原子光谱信号动力学方程。当仪器条件和溶液条件不变时，导数火焰光度信号火焰原子吸收信号和氢化物原子吸收信号的导数模型中的a，b，c，d，冷原子吸收信号的导数模型中的k1，k2，k3，F，D，L和原子捕集/流动。注射原子吸收信号的导数模型中的均为某一确定值 如果选定相应导数峰值时间为测定导数吸收值的时间，则t亦为常数 如果导数测量仪的条件也被选定，则导数测量仪输出的电信号强度表达式中的RC，m，B为一常数因此，导数原子光谱信号动力学方程即可简化为：D = Du + Dd = 1A0 + 2A0 = KCD为原子光谱信号的上峰和下峰的峰高之和（Du + Dd），以导数吸光度表示 1和

13、2分别对应于上峰和下峰，是与仪器条件和溶液条件及导数测量条件有关的常数。当溶液条件原子化条件及导数测量条件选定后，导数吸光度与溶液浓度之间呈线形关系，即可利用标准溶液进行校准而实现定量测定。（2）常规法和导数法信噪比的比较 在常规原子吸收法中，为了提高灵敏度，常使用标尺扩展，但这种扩展是以吸光度为基础，在吸收信号得到放大的同时，噪声也被放大，信噪比非但不能提高，有时还会降低，这是不可取的在测量条件下，吸喷0.5 g/ml铜标准溶液，分别考察常规法和导数法的信噪比，结果是当测定同一浓度的溶液时，导数吸收值较常规吸收值（标尺扩展10倍）可提高2 10倍，信噪比可提高8倍左右由此可见导数吸收光谱法具

14、有吸收信号强信噪比高的优点。（3）灵敏度精密度和检出限比较 在相同的仪器条件和溶液条件下考察常规和导数法的灵敏度精密度和检出限数据显示，导数法的灵敏度较常规有显著的提高，当使用5ml/min灵敏度档时，导数法测定铜镁锌钾的灵敏度比常规法可分别提高19.6，10，26.1和20倍。当使用2ml/min灵敏度档时，导数法较常规法可提高50倍 导数法的检出限低于常规法，当使用2ml/min灵敏度档时，铜镁锌钾的导数法检出限较常规法可分别改善11，8.1，5.3和9.6倍 导数法亦有良好的精密度，在低浓度测量时，既具有较高的灵敏度，又能保持良好的重性性，这是原子吸收法所无法比拟的在导数原子吸收法可行的

15、情况下，测定水样中的痕量元素的含量：以储备液和亚沸高纯水配制铁铜锰锌镉和铅的标准溶液，导数原子吸收法在测量水中痕量金属元素方面是一大突破，较之常规法有着明显的优势，信噪比灵敏度精密度高而检出限低。而离子色谱法是目前水中多种阴阳离子同时测定的首选方法，具有快速灵敏准确等特点 随着色谱技术的发展以及离子色谱联用技术的日益成熟，相信IC法在水质监测方面有更加广阔的应用前景。7 高效液相色谱原子吸收光谱联用技术 元素形态分析是21世纪现代分析科学中的一个重要研究领域是分析科学工作者目前面临的严峻挑战也是当代分析科学中的研究热点与前沿之一。单一的原子吸收光谱法不能直接提供元素形态方面的信息根据形态分析的

16、特点及试样的复杂性均要求采用化学分离与仪器检测相结合的技术。联用技术20世纪80年代以来形态分析方法研究有了很大发展。在文献报道中有人将形态分析方法归纳为三类即计算法直接特效检测和联用技术。根据形态分析的特点及试样的复杂性均要求采用化学分离与仪器检测相结合的技术、联用技术、色谱-原子吸收光谱联用综合了色谱的高分离效率与原子吸收光谱检测的专一性和高灵敏度的优点是分析元素形态最有效的方法之一。 高效液相色谱法是继气相色谱之后，上世纪70年代初期发展起来的一种新型分离分析技术，是在经典液相色谱法的基础上引入了气相色谱法的理论和技术，以高压输送流动相采用高效固定相及高灵敏度检测器发展而成的现代液相色谱

17、分析方法。高效液相色谱是和经典液相色谱没有本质的区别，不同点仅仅是现代液相色谱比经典液相色谱有较高的效率和实现了自动化操作。高效液相色谱法的最大优点在于高速高效高灵敏度高自动化。此外与气相色谱相比较高效液相色谱的应用更为广泛。高效液相色谱与原子吸收光谱联用技术可解决试样复杂性的问题。使HPLC-AAS成为元素形态分析的强有力的工具。8 离子色谱的应用 作为近20年来发展最快的技术之一，离子色谱的应用已渗透到众多领域。应用范围从分析水中常见阴、阳离子和有机酸，发展到分析极性化合物、氨基酸、糖、重金属和金属的不同氧化态。离子色谱在分析水质方面，除能对十三种常见阴、阳离子（F-、Cl-、Br-、NO

18、3-、NO2-、SO42-、PO43-、Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+）的快速分析外，还可对亚氯酸根、次氯酸根、氯酸根、溴酸根、溴化物等进行准确定量。同时，还可分析氰化物、不同价态的铬、二氧化硅、部分重金属和有机酸类。对于水处理中常用的混凝剂铝和铁的残留浓度也能准确测定。经过多年的应用，离子色谱已逐渐被国内外分析领域所接受，并被一些国际上有影响的机构确定为标准分析方法或推荐方法。它是一种很有发展前途的分析方法。9 参考文献1朱岩.离子色谱原理及应用，浙江大学出版社，20082魏复盛.水和废水监测方法（第四版）中国环境科学出版社，20023纪峰,等.DX-120离子色谱仪在水质检测中的应用,化学工程师,2010,(3),40-414梁申成.应