课件-第六章-离子色谱分析法

一、基本原理二、离子色谱仪三、离子色谱分析技术四、离子色谱在环境分析中的应用第六章离子色谱分析法2022/11/24一、基本原理第六章离子色谱分析法2022/11/231什么是离子色谱(IonChromatography,简称IC)

?

利用色谱技术测定离子型物质的方法

色谱:用于分析的一种分离技术离子型物质:在水溶液中电离，具有+或–电荷的元素阴离子：Ｃｌ－，ＮＯ2－，ＳＯ４２－，ＣｒＯ４２－阳离子：Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Ｆｅ３＋2022/11/24什么是离子色谱(IonChromatography,简称I2传统离子交换色谱存在着两个难于解决的问题：(1)需要高浓度淋洗液洗脱且洗脱时间很长；(2)洗脱后的组分缺乏灵敏、快速的在线检测方法。

气相色谱(气－固分离，流动相为载气)

液相色谱(液－固分离，流动相为液体)ＨＰＬＣ(主要分离非极性的有机化合物)ＩＣ(主要分离极性和部分弱极性的化合物)色谱2022/11/24传统离子交换色谱存在着两个难于解决的问题：气相色谱(气3解决措施：采用交换容量非常低的特制离子交换树脂为固定相；细颗粒柱填料，高柱效；采用高压输液泵；低浓度淋洗液；在分离柱后，用另外一支抑制柱来消除淋洗液的高本底电导；采用电导检测器检测流出组分。快速分离分析微量无机离子混合物；各种抑制装置及无抑制方法的出现，发展迅速。2022/11/24解决措施：2022/11/234（1）分析速度快

可在数分钟内完成一个试样的分析；（2）分离能力高

在适宜的条件下，可使常见的各种阴离子混合物分离；例：使用双柱法，在十几分钟内，可使七种阴离子完全分离。（3）分离混合阴离子的最有效方法（4）仪器流路采用全塑件，玻璃柱，耐腐蚀离子色谱法的特点2022/11/24（1）分析速度快（2）分离能力高（3）分离混合阴离子的最5离子色谱法的类型（一）离子交换色谱法分离原理

树脂上可电离离子与流动相中具有相同电荷的离子及被测组分的离子进行可逆交换而分离。应用应用最广泛的离子色谱方法，主要用于分析阴阳离子，凡是在溶剂中能够电离的物质通常都可以用离子交换色谱法来进行分离。分析物质无机离子、有机酸、氨基酸、多肽及核酸。2022/11/24离子色谱法的类型（一）离子交换色谱法2022/11/236以阴离子的分离为例说明一下离子交换色谱的分离过程。在色谱柱中，填充了无数的离子交换剂作为离子分离的固定相，固定相上吸附了很多阳离子。充满色谱柱的流动相为某种盐的溶液，在没有样品进入时，流动相中的阴离子和固定相的阳离子保持平衡。样品中含有两种待分离阴离子，基中体积较大的A与固定相的正电荷作用力较大，而体积较小的B作用力小。在样品进入色谱柱后，阴离子A、B与流动相阴离子一同前进，三种离子不断的交替占据与固定相阳离子相吸的位置；样品阴离子A与正电荷的作用力较大因而移动较慢，而B移动较快，从而实现了分离。最终，因为流动相阴离子的数量有绝对优势，所以样品阴离子A、B都分别流出色谱柱，但在不同时间流出色谱柱。对在不同时间流出色谱柱的样品离子进行检测，就可以知道样品组分的种类与含量。2022/11/242022/11/237慢中等快淋洗液2022/11/24慢淋洗液2022/11/238分离阴离子0246810121416Retentiontime(min)08mSF-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-2022/11/24分离阴离子0246810121416Retentionti9分离阳离子02468101214Retentiontime(min)01234Na+NH4+K+Mg2+Ca2+µS2022/11/24分离阳离子02468101214Retentiontime10离子色谱法的类型（二）离子排斥色谱法分离原理基于溶质和固定相之间的Donnan排斥作用的离子色谱法。在固定相与流动相的界面存在一个假想的Donnan膜，游离状态的离子因受固定相表面同种电荷的排斥作用而无法穿过Donnan膜进入固定相，在空体积（排斥体积）处最先流出色谱柱。而弱离解性物质可以部分穿过Donnan膜进入固定相，离解度越低的物质越容易进入固定相，其保留值也就越大。于是，不同离解度的物质就可以通过离子排斥色谱法得以分离。

分离过程中，流动相的作用是改变溶液的pH值，如HCl、H2SO4、HNO3等。应用适用于从强酸中分离弱酸，以及弱酸的相互分离。2022/11/24离子色谱法的类型（二）离子排斥色谱法2022/11/2311离子色谱法的类型（三）离子抑制色谱法分离原理通过控制流动相pH值，使弱酸性或弱碱性溶质的离解得到抑制，以未离解的分子状态在固定相上分配或吸附，从而达到保留与分离的液相色谱方法。

分离过程中，流动相的作用是改变溶液的pH值，如HCl、H2SO4、HNO3等。应用适用于从强酸中分离弱酸，以及弱酸的相互分离。2022/11/24离子色谱法的类型（三）离子抑制色谱法2022/11/2312离子色谱法的类型（四）离子对色谱法分离原理是将与被分析离子带相反电荷的离子(配对离子或反离子)加到流动相中，与溶质离子结合形成弱极性离子对，此离子对在流动相中不易离解而迅速转移到键合相中，进而在固定相和流动相间进行分配，最终实现分离的一种色谱模式。

应用适于分析表面活性剂离子等。2022/11/24离子色谱法的类型（四）离子对色谱法2022/11/2313分离的方式离子排斥：离解常数和疏水性离子对(RP)：对离子对试剂的亲和力

离子对化合物的疏水性离子抑制(RP)：在特定pH下的疏水性离子交换：离子价态和离子半径分离的方式离子排斥：离解常数和疏水性14二离子色谱仪2022/11/24二离子色谱仪2022/11/2315流动相储罐泵保护柱分析柱抑制器色谱工作站流路离子交换分离抑制电导检测器数据采集和仪器控制进样器电导池2022/11/24流动相储罐泵保护柱分析柱抑制器色谱工作站流路离子交换分离抑制162022/11/242022/11/2317色谱柱、淋洗液的温度淋洗液的浓度与组成淋洗液的流速淋洗液中的杂质影响色谱分析的各种条件2022/11/24色谱柱、淋洗液的温度影响色谱分析的各种条件2022/11/218淋洗液

泵色谱柱检测器

泵液分离

检测

记录F-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-进样阀抑制器检测池进样

进样

----样品环进样

分离----

离子交换分离

检测----

电导检测

(抑制型)2022/11/24淋洗液泵色谱柱检测器泵液分离检测记录F-NO3-SO19检测方式电导检测具有电导性化合物的通用型检测器离子色谱最常用的检测器电化学(安培法)

在特定的条件下可对某些化合物直接进行氧化还原反应紫外－可见光度法

紫外直接吸收或可见光光度法测定选择性强

可进行柱后衍生荧光法

HPLC2022/11/24检测方式电导电化学(安培法)2022/11/2320抑制器安装在电导池之前提高待测离子的电导率：

提高灵敏度

Na+,

Cl-

H+,

Cl-

降低背景电导(淋洗液):

减少噪音

Na+,

HCO3-

H2CO3Na+,

OH-

H2O2022/11/24抑制器安装在电导池之前Na+,OH-H2O221Y+Na+

X-:

样品中的阴离子Y+:

样品中的阳离子H2OH2OOH-Na+Y+H2ONa+Y+

X-

Na+CO32-(样品,淋洗液)H+H++CO32-H++X-

至检测器H2CO3H+X-H+

+O2H2OH2

+OH-H2ONa+OH-,H2H2O,O2废液废液电极（－）电极（＋）纯水或来自检测器的流体

H+H+H+H+阳离子交换膜阳离子交换膜电化学自再生抑制器的工作原理（阴离子）2022/11/24Y+Na+X-:样品中的阴离子H2OH2OOH-Na+Y22抑制器的作用废液BackGround：Na2CO3/NaHCO3

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

(700μS)～～RetentiontimeConductivityHFHClHNO3H3PO4H2SO4RetentiontimeBackGround：H2CO3(15μS)Conductivity抑制器的作用废液BackGround：Na2CO3/23三离子色谱分析技术1去离子水制备技术2分离方式及检测方式的选择

3定量方法2022/11/24三离子色谱分析技术1去离子水制备技术2022/11/2324离子色谱使用的水与试剂纯度尽可能高高纯水：电阻率≧17MΩ、0.22μm滤膜过滤：JISK0557(Waterusedforindustrial waterandwastewateranalysis)

：淋洗液脱气（真空和搅动）试剂：尽可能使用优级纯：配标准的试剂应预先干燥离子色谱使用的水与试剂纯度尽可能高高纯水：电阻率≧1725样品处理过滤样品中除去颗粒物用0.45μm或0.22μm滤膜用高纯水冲洗滤膜，以减少沾污稀释待测物浓度较高时，应预先稀释.降低干扰物的浓度.去除干扰物预处理柱，超滤固相萃取・液相萃取・离心・盐析在线柱处理2022/11/24样品处理过滤2022/11/2326Conc.ofstandard标准响应值定量计算根据标样制作校正曲线.以此为标准计算样品中的待测离子0.005.0010.015.020.0浓度（ppm)0.005.00e+51.00e+61.50e+62.00e+62.50e+6响应样品响应值Conc.ofsample2022/11/24Conc.ofstandard标准响应值定量计算根据标样27一、基本原理二、离子色谱仪三、离子色谱分析技术四、离子色谱在环境分析中的应用第六章离子色谱分析法2022/11/24一、基本原理第六章离子色谱分析法2022/11/2328什么是离子色谱(IonChromatography,简称IC)

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利用色谱技术测定离子型物质的方法

色谱:用于分析的一种分离技术离子型物质:在水溶液中电离，具有+或–电荷的元素阴离子：Ｃｌ－，ＮＯ2－，ＳＯ４２－，ＣｒＯ４２－阳离子：Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Ｆｅ３＋2022/11/24什么是离子色谱(IonChromatography,简称I29传统离子交换色谱存在着两个难于解决的问题：(1)需要高浓度淋洗液洗脱且洗脱时间很长；(2)洗脱后的组分缺乏灵敏、快速的在线检测方法。

气相色谱(气－固分离，流动相为载气)

液相色谱(液－固分离，流动相为液体)ＨＰＬＣ(主要分离非极性的有机化合物)ＩＣ(主要分离极性和部分弱极性的化合物)色谱2022/11/24传统离子交换色谱存在着两个难于解决的问题：气相色谱(气30解决措施：采用交换容量非常低的特制离子交换树脂为固定相；细颗粒柱填料，高柱效；采用高压输液泵；低浓度淋洗液；在分离柱后，用另外一支抑制柱来消除淋洗液的高本底电导；采用电导检测器检测流出组分。快速分离分析微量无机离子混合物；各种抑制装置及无抑制方法的出现，发展迅速。2022/11/24解决措施：2022/11/2331（1）分析速度快

可在数分钟内完成一个试样的分析；（2）分离能力高

在适宜的条件下，可使常见的各种阴离子混合物分离；例：使用双柱法，在十几分钟内，可使七种阴离子完全分离。（3）分离混合阴离子的最有效方法（4）仪器流路采用全塑件，玻璃柱，耐腐蚀离子色谱法的特点2022/11/24（1）分析速度快（2）分离能力高（3）分离混合阴离子的最32离子色谱法的类型（一）离子交换色谱法分离原理

树脂上可电离离子与流动相中具有相同电荷的离子及被测组分的离子进行可逆交换而分离。应用应用最广泛的离子色谱方法，主要用于分析阴阳离子，凡是在溶剂中能够电离的物质通常都可以用离子交换色谱法来进行分离。分析物质无机离子、有机酸、氨基酸、多肽及核酸。2022/11/24离子色谱法的类型（一）离子交换色谱法2022/11/2333以阴离子的分离为例说明一下离子交换色谱的分离过程。在色谱柱中，填充了无数的离子交换剂作为离子分离的固定相，固定相上吸附了很多阳离子。充满色谱柱的流动相为某种盐的溶液，在没有样品进入时，流动相中的阴离子和固定相的阳离子保持平衡。样品中含有两种待分离阴离子，基中体积较大的A与固定相的正电荷作用力较大，而体积较小的B作用力小。在样品进入色谱柱后，阴离子A、B与流动相阴离子一同前进，三种离子不断的交替占据与固定相阳离子相吸的位置；样品阴离子A与正电荷的作用力较大因而移动较慢，而B移动较快，从而实现了分离。最终，因为流动相阴离子的数量有绝对优势，所以样品阴离子A、B都分别流出色谱柱，但在不同时间流出色谱柱。对在不同时间流出色谱柱的样品离子进行检测，就可以知道样品组分的种类与含量。2022/11/242022/11/2334慢中等快淋洗液2022/11/24慢淋洗液2022/11/2335分离阴离子0246810121416Retentiontime(min)08mSF-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-2022/11/24分离阴离子0246810121416Retentionti36分离阳离子02468101214Retentiontime(min)01234Na+NH4+K+Mg2+Ca2+µS2022/11/24分离阳离子02468101214Retentiontime37离子色谱法的类型（二）离子排斥色谱法分离原理基于溶质和固定相之间的Donnan排斥作用的离子色谱法。在固定相与流动相的界面存在一个假想的Donnan膜，游离状态的离子因受固定相表面同种电荷的排斥作用而无法穿过Donnan膜进入固定相，在空体积（排斥体积）处最先流出色谱柱。而弱离解性物质可以部分穿过Donnan膜进入固定相，离解度越低的物质越容易进入固定相，其保留值也就越大。于是，不同离解度的物质就可以通过离子排斥色谱法得以分离。

分离过程中，流动相的作用是改变溶液的pH值，如HCl、H2SO4、HNO3等。应用适用于从强酸中分离弱酸，以及弱酸的相互分离。2022/11/24离子色谱法的类型（二）离子排斥色谱法2022/11/2338离子色谱法的类型（三）离子抑制色谱法分离原理通过控制流动相pH值，使弱酸性或弱碱性溶质的离解得到抑制，以未离解的分子状态在固定相上分配或吸附，从而达到保留与分离的液相色谱方法。

分离过程中，流动相的作用是改变溶液的pH值，如HCl、H2SO4、HNO3等。应用适用于从强酸中分离弱酸，以及弱酸的相互分离。2022/11/24离子色谱法的类型（三）离子抑制色谱法2022/11/2339离子色谱法的类型（四）离子对色谱法分离原理是将与被分析离子带相反电荷的离子(配对离子或反离子)加到流动相中，与溶质离子结合形成弱极性离子对，此离子对在流动相中不易离解而迅速转移到键合相中，进而在固定相和流动相间进行分配，最终实现分离的一种色谱模式。

应用适于分析表面活性剂离子等。2022/11/24离子色谱法的类型（四）离子对色谱法2022/11/2340分离的方式离子排斥：离解常数和疏水性离子对(RP)：对离子对试剂的亲和力

离子对化合物的疏水性离子抑制(RP)：在特定pH下的疏水性离子交换：离子价态和离子半径分离的方式离子排斥：离解常数和疏水性41二离子色谱仪2022/11/24二离子色谱仪2022/11/2342流动相储罐泵保护柱分析柱抑制器色谱工作站流路离子交换分离抑制电导检测器数据采集和仪器控制进样器电导池2022/11/24流动相储罐泵保护柱分析柱抑制器色谱工作站流路离子交换分离抑制432022/11/242022/11/2344色谱柱、淋洗液的温度淋洗液的浓度与组成淋洗液的流速淋洗液中的杂质影响色谱分析的各种条件2022/11/24色谱柱、淋洗液的温度影响色谱分析的各种条件2022/11/245淋洗液

泵色谱柱检测器

泵液分离

检测

记录F-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-进样阀抑制器检测池进样

进样

----样品环进样

分离----

离子交换分离

检测----

电导检测

(抑制型)2022/11/24淋洗液泵色谱柱检测器泵液分离检测记录F-NO3-SO46检测方式电导检测具有电导性化合物的通用型检测器离子色谱最常用的检测器电化学(安培法)

在特定的条件下可对某些化合物直接进行氧化还原反应紫外－可见光度法

紫外直接吸收或可见光光度法测定选择性强

可进行柱后衍生荧光法

HPLC2022/11/24检测方式电导电化学(安培法)2022/11/2347抑制器安装在电导池之前提高待测离子的电导率：

提高灵敏度

Na+,

Cl-

H+,

Cl-

降低背景电导(淋洗液):

减少噪音

Na+,

HCO3-

H2CO3Na+,

OH-

H2O2022/11/24抑制器安装在电导池之前Na+,OH-H2O248Y+Na+

X-:

样品中的阴离子Y+:

样品中的阳离子H2OH2OOH-Na+Y+H2ONa+Y+

X-

Na+CO32-(样品,淋洗液)H+H++CO32-H++X-

至检测器H2CO3H+X-H+

+O2H2OH2

+OH-H2ONa+OH-,H2H2O,O2废液废液电极（－）电极（＋）纯水或来自检测器的流体

H+H+H+H+阳离子交换膜阳离子交换膜电化学自再生抑制器的工作原理（阴离子）2022/11/24Y+Na+X-:样品中的阴离子H2OH2OOH-Na+Y49抑制器的作用废液Bac