离子色谱法2016

1、离离 子子 色色 谱谱 法法 郑郑 秀秀 玉玉 离子色谱法（离子色谱法（ion chromatographyion chromatography简称简称ICIC）是是19751975年由美国年由美国DOW ChimicalDOW Chimical公司的公司的Small, StevensSmall, Stevens和和BaumanBauman创立的一种离子分离分析技术。他们用低容量创立的一种离子分离分析技术。他们用低容量薄壳型阳离子或阴离子交换树脂作为分离柱中的固定薄壳型阳离子或阴离子交换树脂作为分离柱中的固定相，强电解质溶液作流动相（也叫淋洗液），以电导相，强电解质溶液作流动相（也叫淋洗液），

2、以电导检测器为通用检测器。当淋洗液将试样带到分离柱时，检测器为通用检测器。当淋洗液将试样带到分离柱时，由于各种离子对离子交换树脂的亲合力不同，因此它由于各种离子对离子交换树脂的亲合力不同，因此它们分离开并依次被洗脱下来。们分离开并依次被洗脱下来。 F- C l- NO3- SO42- HPO42-淋洗液淋洗液 样品样品（F-C l-NO3-SO4-HPO42-)F- C l- NO3- HPO42- SO42-电导检测器电导检测器分离柱分离柱一、离子色谱（IC）的分类 离子对色谱离子对色谱 离子交换色谱离子交换色谱 离子排斥色谱离子排斥色谱 离子交换色谱：阳离子和阴离子与固定相形成弱离子离子交

3、换色谱：阳离子和阴离子与固定相形成弱离子键。利用离子之间对离子交换树脂的亲和力差异而进键。利用离子之间对离子交换树脂的亲和力差异而进行分离。行分离。 离子色谱是高效液相色谱的一种，是分离离子型成份离子色谱是高效液相色谱的一种，是分离离子型成份的所有色谱方法的统称。的所有色谱方法的统称。 离子交换色谱是离子色谱中最重要的分离方式。离子交换色谱是离子色谱中最重要的分离方式。固定相固定相离子交换剂离子交换剂 是一类带有离子交换功能基团的固体颗粒（即离子交是一类带有离子交换功能基团的固体颗粒（即离子交换树脂），其结构是在交联的高分子骨架上结合可解离的换树脂），其结构是在交联的高分子骨架上结合可解离的无

4、机基团。阳离子交换剂和阴离子交换剂的树脂骨架基本无机基团。阳离子交换剂和阴离子交换剂的树脂骨架基本都是苯乙烯都是苯乙烯/二乙烯基苯的共聚物。二乙烯基苯的共聚物。苯乙烯苯乙烯-二乙烯基苯树脂二乙烯基苯树脂阳离子交换剂阳离子交换剂阴离子交换剂阴离子交换剂苯乙烯二乙烯基苯固定相组成固定相组成: :l l、树脂载体树脂载体: : 一般为苯乙烯一般为苯乙烯/ /二乙烯基苯，聚甲基丙烯酸酯，二乙烯基苯，聚甲基丙烯酸酯，硅酸盐硅酸盐 / / 硅胶，羟乙基甲基丙烯酸酯硅胶，羟乙基甲基丙烯酸酯 ( (HEMA)HEMA)。 2 2、间隔基、间隔基: : 烷基链。烷基链。 3 3、承载离子交换的基团。一般地，阳离

5、子色谱的功能团为磺、承载离子交换的基团。一般地，阳离子色谱的功能团为磺酸基团，阴离子色谱的功能团为季铵盐基团酸基团，阴离子色谱的功能团为季铵盐基团。流动相（淋洗液）流动相（淋洗液）: :用于解吸和运载样品用于解吸和运载样品阳离子的流动相有：硝酸，酒石酸，酒石酸阳离子的流动相有：硝酸，酒石酸，酒石酸 / 吡啶二羧酸，吡啶二羧酸，酒石酸酒石酸 / 柠檬酸，磷酸二柠檬酸，磷酸二 氢钾，草酸氢钾，草酸 / 乙二胺乙二胺 / 丙酮。丙酮。常用的阴离子色谱的流动相为：碳酸盐常用的阴离子色谱的流动相为：碳酸盐/碳酸氢盐，氢氧化碳酸氢盐，氢氧化钾，硼酸盐。钾，硼酸盐。目前，实验室所用的阴离子色谱的淋洗液为目前

6、，实验室所用的阴离子色谱的淋洗液为1.7mmol/L碳酸碳酸氢纳（氢纳（NaHCO3）和）和1.8mmol/L碳酸纳（碳酸纳（Na2CO3）的混合）的混合液。液。目前，实验室所用的阳离子色谱的淋洗液为目前，实验室所用的阳离子色谱的淋洗液为1.35mmol/L硫硫酸。酸。（1 1）阳离子交换色谱）阳离子交换色谱: : 固定相固定相 = =阳离子交换剂阳离子交换剂 ( ( 例如：例如：R-R-SOSO3 3) )；流动相流动相 = =离子型离子型液体液体 ( ( 例如：例如：H H2 2SOSO4 4 水溶液水溶液) )。 Li Li+ +,Na,Na+ +,NH,NH4 4+ +,K,K+ +,

7、Ca,Ca2+2+,Mg,Mg2+2+（2）阴离子交换色谱）阴离子交换色谱: 固定相固定相 =阴离子交换剂阴离子交换剂 ( 例如：例如：R-NR3+)； 流动相流动相 =离子型液体离子型液体 ( 例如：例如：Na2CO3 水溶液水溶液)。离子交换色谱法分离的无机阴离子如下表：离子交换色谱法分离的无机阴离子如下表：类别类别阴离子阴离子卤素卤素F-、Cl- 、 Br- 、 I-卤素含氧酸根卤素含氧酸根ClO- 、 ClO2- 、 ClO3- 、 BrO3- 、 IO3-含氧磷化物含氧磷化物PO23- 、 PO33- 、 PO43- 、 P2O34- 、 P3O105- 、 P4O136- 硫化物硫

8、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-非金属含氧阴离子非金属含氧阴离子 AsO2- 、 AsO43- 、 SeO32- 、 SeO42-金属含氧阴离子金属含氧阴离子MO42- 、 WO42- 、 CrO42-二、离子色谱（IC）基本原理阳离子分离机理：阳离子分离机理：固定相和流动相竞争待测组份。固定相和流动相竞争待测组份。 待测组份：待测组份：NaNa+ + 淋洗液为淋洗液为H H2 2SOSO4 4阴离子分离机

9、理：阴离子分离机理： 待测组份：待测组份： ClCl- - 淋洗液淋洗液: : NaHCONaHCO3 3水溶液水溶液三、电导检测三、电导检测样品中的样品中的组份在分离柱分离后，通过检测器检测和定量组份在分离柱分离后，通过检测器检测和定量。电导检测器电导检测器: :电导检测器就是测量溶液中离子的电导率。电导检测器就是测量溶液中离子的电导率。水溶液电导率单位常用水溶液电导率单位常用uS/cmuS/cm。1RcK*R = 电阻电阻 Kc = 电导池常数电导池常数 1/cm = 电导电导 1/ or S四、抑制与非抑制 1 1、单柱离子色谱（非化学抑制型离子色谱）、单柱离子色谱（非化学抑制型离子色谱

10、）洗脱液洗脱液泵泵注射阀注射阀分离柱分离柱检测器检测器图图：非化学抑制的：非化学抑制的792 Basic IC连接示意图连接示意图2 2、双柱离子色谱（化学抑制型离子色谱）、双柱离子色谱（化学抑制型离子色谱）抑制器抑制器洗脱液洗脱液泵泵注射阀注射阀分离柱分离柱检测器检测器离子色谱通用的检测器是电导检测器，离子色谱淋洗液为强电离子色谱通用的检测器是电导检测器，离子色谱淋洗液为强电解质的酸碱溶液。由于淋洗液的电导値高，而被测物的浓度又解质的酸碱溶液。由于淋洗液的电导値高，而被测物的浓度又大大小于流动相电解质的浓度，这样难以测量由于样品离子的大大小于流动相电解质的浓度，这样难以测量由于样品离子的存在

11、而产生微小电导的变化。抑制器的作用是降低淋洗液的电存在而产生微小电导的变化。抑制器的作用是降低淋洗液的电导，相应地提高被测离子的检测灵敏度。导，相应地提高被测离子的检测灵敏度。图图：化学抑制的：化学抑制的792 Basic IC连接示意图连接示意图抑制器抑制器: :有三根高容量、长寿命和易操作的微填充抑制柱，一根有三根高容量、长寿命和易操作的微填充抑制柱，一根在流路，一根用硫酸再生，一根用去离子水冲洗在流路，一根用硫酸再生，一根用去离子水冲洗 。其抑制柱填料为与分离柱型号相反的离子交换剂。如：分离阴其抑制柱填料为与分离柱型号相反的离子交换剂。如：分离阴离子时，分离柱内填充碱性阴离子交换剂，抑制

12、柱用强酸性高离子时，分离柱内填充碱性阴离子交换剂，抑制柱用强酸性高容量的阳离子交换剂作填料。容量的阳离子交换剂作填料。阴离子非抑制阴离子非抑制例：例：分离柱：分离柱内填充碱性阴离子交换剂分离柱：分离柱内填充碱性阴离子交换剂R-NR3+ 待测样品：待测样品： NaCl, 待测组分：待测组分：Cl- 淋洗液淋洗液: NaHCO3水溶液水溶液做样时，从分离柱出来的是样品和淋洗液，所测的电导率是做样时，从分离柱出来的是样品和淋洗液，所测的电导率是样品和淋洗液的电导率之和。样品和淋洗液的电导率之和。 色谱峰的电导率色谱峰的电导率 = 洗脱液洗脱液 样品样品走淋洗液时，走淋洗液时，分离柱内填充碱性阴离子交

13、换剂分离柱内填充碱性阴离子交换剂R-NR3+上结上结合合HCO3-离子，淋洗液不断冲洗柱子，当基线走平后离子，淋洗液不断冲洗柱子，当基线走平后 背景电导率背景电导率 = 洗脱液的电导率洗脱液的电导率阴离子抑制阴离子抑制 例：例：分离柱：分离柱内填充碱性阴离子交换剂分离柱：分离柱内填充碱性阴离子交换剂R-NR3+ 待测样品：待测样品： NaCl, 待测组分：待测组分：Cl- 淋洗液淋洗液: NaHCO3水溶液水溶液 走基线时，从分离柱中流出的淋洗液，到抑制柱中时发生如下反应：走基线时，从分离柱中流出的淋洗液，到抑制柱中时发生如下反应：做样时，在抑制柱中发生如下反应：做样时，在抑制柱中发生如下反应

14、：R-SO3 H+ + Na+ + Cl R-SO3 Na+ + H+ + Cl （信号增加）（信号增加） R-SO3 H+ + Na+ + HCO3R-SO3 Na+ + H2O + CO2 （背景电导率降低）背景电导率降低）背景电导率背景电导率 = 水水 +CO2高背景电导率高背景电导率低灵敏度的阴离子低灵敏度的阴离子高灵敏度的阳离子高灵敏度的阳离子成本低成本低低背景电导率低背景电导率高灵敏度的阴离子高灵敏度的阴离子(检测限低检测限低 2-4 个数量级个数量级)高灵敏度的阳离子高灵敏度的阳离子成本高成本高非抑制抑制五、仪器设备介绍 792 792 标准型离子色谱仪：标准型离子色谱仪：IC

15、泵在线过滤进样阀排气阀MSM抑制器蠕动泵检测器分离柱六、影响色谱分析的各种条件 色谱柱色谱柱的选择的选择 淋洗液的温度淋洗液的温度 淋洗液的浓度与组成淋洗液的浓度与组成 淋洗液的流速淋洗液的流速 淋洗液中的杂质淋洗液中的杂质（一）离子色谱柱选择（一）离子色谱柱选择 1. 1. 阴离子色谱柱阴离子色谱柱 抑制型阴离子色谱及非抑制阴离子色抑制型阴离子色谱及非抑制阴离子色谱柱谱柱2. 2. 阳离子色谱柱阳离子色谱柱3. 3. 有机酸离子色谱柱有机酸离子色谱柱4. 4. 糖类离子色谱柱糖类离子色谱柱（二）（二）淋洗液温度淋洗液温度对分离的影响对分离的影响0 02 24 46 68 8101012121

16、414202025253030353540404545温度(）保留时间(min)F F- -ClCl- -NONO2 2- -BrBr- -NONO3 3- -HPOHPO4 42-2-SOSO4 42-2-（三）（三）淋洗液组成淋洗液组成和和浓度浓度对分离的影响对分离的影响1 1）提高淋洗液浓度，缩短保留时间）提高淋洗液浓度，缩短保留时间 例如例如:NaOH:NaOH与与NaNa2 2COCO3 3/NaHCO/NaHCO3 3, ,NaOH的的pH値在値在12以上，用以上，用NaOH作淋洗液时，磷酸以作淋洗液时，磷酸以PO43-存在，在存在，在SO42-后出峰。常用后出峰。常用Na2CO3

17、/NaHCO3的的pH値在値在9-10，磷酸以，磷酸以HPO42-存在，在存在，在SO42-前出峰。前出峰。2）改变淋洗液组成比例，改变组分保留时间）改变淋洗液组成比例，改变组分保留时间3)不同的淋洗液有不同的选择性。不同的淋洗液有不同的选择性。5）淋洗液加入适当有机溶剂，改变组分保留时间）淋洗液加入适当有机溶剂，改变组分保留时间4 4）水和试剂的纯度对分析结果影响）水和试剂的纯度对分析结果影响 3）加入适当络合物，对一些特定离子有较好分离效果）加入适当络合物，对一些特定离子有较好分离效果加入适量丙酮加入适量丙酮：（四）（四）淋洗液的流速淋洗液的流速对分离的影响对分离的影响 流速的影响（4.0

18、 mM NaHCO3 /1.4 mM Na2CO3） 七、离子色谱的样品前处理七、离子色谱的样品前处理 样品预处理目的：保护分离柱，改善谱图。样品预处理目的：保护分离柱，改善谱图。处理目标：使待测组分在溶液中呈离子形态；处理目标：使待测组分在溶液中呈离子形态；消除干扰组分。常用处理方法：消除干扰组分。常用处理方法： 1 1、 稀稀 释释 2 2、 过过 滤滤 3 3、 固固 相相 萃萃 取取 4 4、 消消 解解 5 5、 燃燃 烧烧 6 6、 萃萃 取取（一）样品稀释（一）样品稀释阴离子分析阴离子分析：l l 稀释剂：水、淋洗液稀释剂：水、淋洗液l l 淋洗液稀释的优点：可以减小系统峰淋洗液

19、稀释的优点：可以减小系统峰l l 对于低含量分析（对于低含量分析（ 0.5 0.5 mg/L)mg/L)，建议用淋洗液稀释建议用淋洗液稀释通常，也可以用水加浓淋洗液进行稀释通常，也可以用水加浓淋洗液进行稀释阳离子分析阳离子分析：l l 稀释剂：稀释剂：c c（HNO3HNO3）=1 mmol/L=1 mmol/Ll l 稀释后应当稀释后应当pH=3pH=3左右（可以用左右（可以用pHpH计检查）计检查）样品的处理应当在塑料容器中进行（玻璃中的样品的处理应当在塑料容器中进行（玻璃中的NaNa离子会被硝酸溶离子会被硝酸溶出）出）何时需要稀释？何时需要稀释？1、当待测离子浓度大于、当待测离子浓度大于

20、100mg/L时要进行稀释；时要进行稀释；2、理想的直接进样范围：、理想的直接进样范围：0.550 mg/L;3、当阴阳离子总浓度大于、当阴阳离子总浓度大于1000 ppm时要稀释时要稀释;4、含量未知的样品、含量未知的样品:首先高度稀释首先高度稀释（二）（二）过过 滤滤l l 使用使用 0.45 0.45u um m过滤膜。可能的话，用过滤膜。可能的话，用0.20.2u um m过过滤膜滤膜; ;l l 为保护分离柱，所有样品过滤为保护分离柱，所有样品过滤（三）去除样品中的有机物（三）去除样品中的有机物 离子色谱最适合测定水溶液中的离子，若样品中含有离子色谱最适合测定水溶液中的离子，若样品中

21、含有有机物，即使微量的有机物，在柱子上不断积累，也会使有机物，即使微量的有机物，在柱子上不断积累，也会使柱子的性能逐渐变坏，分离度下降。一般是采取填充适当柱子的性能逐渐变坏，分离度下降。一般是采取填充适当吸附剂的吸附柱选择性地吸附有机物，用流经吸附柱的液吸附剂的吸附柱选择性地吸附有机物，用流经吸附柱的液体进行离子色谱测定。体进行离子色谱测定。 C18柱柱:对非极性、弱极性以及中等极性化合物具有广对非极性、弱极性以及中等极性化合物具有广泛保留，是目前固相萃取中应用最广的吸附剂。将含有目泛保留，是目前固相萃取中应用最广的吸附剂。将含有目标离子的水溶液通过标离子的水溶液通过C18柱，溶液中的弱极性干

22、扰物（比柱，溶液中的弱极性干扰物（比如脂肪、多环芳烃、邻苯二甲酸酯等）被吸附剂保留，从如脂肪、多环芳烃、邻苯二甲酸酯等）被吸附剂保留，从而得到纯净的离子溶液。而得到纯净的离子溶液。 离子色谱已成功地应用于许多领域的不同离子色谱已成功地应用于许多领域的不同类型的样品离子分析，包括有机和无机离子。类型的样品离子分析，包括有机和无机离子。对于简单基质中的离子，如江水、雨水等经过对于简单基质中的离子，如江水、雨水等经过过滤可直接测定。离子色谱涉及的领域有环境过滤可直接测定。离子色谱涉及的领域有环境监测（大气、水）石油化工（产品中杂质的分监测（大气、水）石油化工（产品中杂质的分析）、能源（电器用水中金属

23、腐蚀）、食品析）、能源（电器用水中金属腐蚀）、食品（饮料、添加剂）等许多学科领域发挥着越来（饮料、添加剂）等许多学科领域发挥着越来越重要的作用，已经成为许多常见离子分析的越重要的作用，已经成为许多常见离子分析的标准方法。但最常用的还是无机阴离子的分析。标准方法。但最常用的还是无机阴离子的分析。八、用八、用 途途案例一：人的尿液中草酸根和柠檬酸案例一：人的尿液中草酸根和柠檬酸根的测定根的测定用阴离子色谱法、电导检测器、化学抑制的方法用阴离子色谱法、电导检测器、化学抑制的方法测定人的尿液中的草酸根和柠檬酸根。测定人的尿液中的草酸根和柠檬酸根。柱子：柱子：6.1006.430 Metrosep A Supp 4-250淋洗液：淋洗液：5.0mmol/L的碳酸钠，的碳酸钠，1.0mmol/L的碳酸的碳酸 氢钠氢钠抑制器：抑制器：Metrohm Suppressor Module(MSM, 50mmol/L 硫酸硫酸)流速：流速：1.0mL/min进样量：进样量：20L结果草酸根mg/L柠檬酸根mg/L17.6452案例二：测定矿泉水中案例二：测定矿泉水中F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO43-、SO42-、I-使用阴离子色谱法、电导检测器、化学抑制的方法测使用阴离子色谱法、电导检测器、化学抑制的方法测定矿泉水中定矿泉水中F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO4