離子色譜的定性定量分析

張海鷗2021/4/91實驗目的：了解離子交換色譜的原理以及離子色譜儀的構造；學習離子色譜儀的基本操作；掌握利用離子色譜儀進行定量分析的方法。2021/4/92離子色譜的相關介紹（五個方面）實驗內容2021/4/93一.離子色譜簡介

包括：定義、分析對象、分離方式、檢測方式2021/4/94定義利用色譜技術測定離子態(tài)物質的方法

色譜:用于分析的一種分離技術

氣相色譜(氣－固分離，流動相為載氣)液相色譜(液－固分離，流動相為液體)ＨＰＬＣ(主要分離非極性的有機化合物)ＩＣ(主要分離極性和部分弱極性的化合物)離子態(tài)物質:在水溶液中電離，具有+或–電荷的元素陰離子：Ｃｌ－，ＮＯ2－，ＳＯ４２－，ＣｒＯ４２－陽離子：Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Ｆｅ３＋有機化合物：有機酸、有機堿等2021/4/95離子色譜分析的對象物質離子類別主要離子種類無機陰離子鹵素及簡單陰離子、酸根陰離子、陽離子的配陰離子無機陽離子堿金屬、銨離子、堿土金屬、過渡金屬、稀土元素有機陰離子有機酸、烷基硫酸、烷基磺酸、磷酸、多聚磷酸有機陽離子胺、醇胺、銨鹽、吡啶、生物堿、锍鹽天然有機物糖、醇、酚、醛、維生素生物物質有機磷化合物、氨基酸、肽、核酸、核甙酸、蛋白質、堿基、抗生素2021/4/96離子交換：離子價態(tài)和離子半徑離子交換色譜（HPLC）—基于流動相和固定相上的離子交換基團之間發(fā)生的離子交換過程。離子排斥——離子排斥色譜（Donnan排斥、空間排阻和吸附）離子對——離子對色譜（吸附）其他分離方式：離子抑制、反相離子色譜的分離方式2021/4/97離子色譜的檢測方式電導（電導法）

檢測具有電導性化合物的通用型檢測器離子色譜最常用的檢測器電化學(安培法)

在特定的條件下可對某些化合物直接進行氧化還原反應紫外－可見光度法

紫外直接吸收或可見光光度法測定選擇性強

可進行柱后衍生熒光法

HPLC2021/4/98二、離子色譜儀結構介紹2021/4/99離子色譜系統(tǒng)構成淋洗淮貯存罐泵保護柱分析柱抑制器裝置電導池色譜工作站淋洗液輸送離子交換分離抑制電導檢測數(shù)據(jù)采集和儀器控制樣品注射11811-022021/4/910淋洗液閥泄漏傳感器泵頭壓力傳感器進樣閥柱溫箱(可選件)抑制器電導池第二抑制器安裝架屏幕亮度調節(jié)旋鈕管路卡槽ICS2000內部結構圖2021/4/911ICS-2000流路圖2021/4/912離子色譜的基本構成樣品進樣：樣品環(huán)進樣分離：離子交換分離檢測：電導檢測（抑制型）

2021/4/913開始分析廢液樣品

淋洗液至分離柱進樣閥樣品裝樣廢液

淋洗液至分離柱定量環(huán)進樣（ＬＯＡＤ）（ＩＮＪＥＣＴ）樣品環(huán)2021/4/914抑制器安裝在電導池之前提高待測離子的電導率：

提高靈敏度Na+,Cl-H+,Cl-

降低背景電導(淋洗液):

減少噪音Na+,HCO3-H2CO3Na+,OH-H2O2021/4/915抑制器的作用廢液BackGround：Na2CO3/NaHCO3

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

(700μS)～～RetentiontimeConductivityHFHClHNO3H3PO4H2SO4RetentiontimeBackGround：H2CO3(15μS)Conductivity2021/4/916電導檢測器

測定溶液流過電導池電極時的電導率可檢測大部分離子型化合物溶液至檢測池電極

檢測池2021/4/917三、離子交換色譜分離機理色譜分離離子交換分離機理抑制器工作原理2021/4/918慢中等快色譜分離臨時性過程淋洗液2021/4/919ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－Ｃｌ－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋Ｃｌ－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ＣＯ３２－ＳＯ４２－ＨＣＯ３－Ｃｌ－ＳＯ４２－Ｃｌ－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－臨時過程離子交換分離機理ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ＨＣＯ３－ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－Ｃｌ－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋2021/4/920Y+Na+

抑制器的工作原理(陰離子)X-:

樣品中的陰離子Y+:

樣品中的陽離子H2OH2OOH-K+Y+K+Y+

X-

OH-(樣品,淋洗液)H++OH-H++X-

至檢測器H2OH+X-H+

+O2H2OH2

+OH-H2OK+OH-,H2H2O,O2廢液廢液電極（－）電極（＋）純水或來自檢測器的流體

H+H+H+H+陽離子交換膜陽離子交換膜2021/4/921H2OH2OH+

+O2H2OH2

+OH-H2O廢液/氣體廢液H2OSO42-Y+

X-H+MSA-(樣品e,淋洗液）OH-OH-MSA-SO42-X-OH-MSA-SO42-X-H+MSA-,O2H2O,H2H++OH-Y++OH-

H+

抑制器的工作原理(陽離子)

至檢測器H2OY+OH-X-:

樣品中的陰離子Y+:

樣品中的陽離子電極（＋）電極（－）陰離子交換膜陰離子交換膜純水或來自檢測器的液體

2021/4/922

四、離子色譜分析條件的選擇1.影響保留時間的參數(shù)：離子的性質2.流動相的選擇3.檢測條件的選擇2021/4/923一、影響保留的參數(shù)：離子的性質價態(tài)（Valency）尺寸（Size）極化程度（Polarisability）2021/4/924參數(shù)（1）：價態(tài)待測離子的價態(tài)越高，保留越強；例子：tms(NO3-)<tms(SO42-)例外：多價離子的保留如正磷酸鹽與淋洗劑的pH有關2021/4/925參數(shù)（2）：離子半徑離子半徑越大，保留越強；保留時間tms:F–<Cl–<Br–<<I–2021/4/926參數(shù)（3）：極化程度極化程度越強，保留時間越強tms(硫酸根)<tms(硫代硫酸根)原因：離子交換＋吸附2021/4/927二、流動相的選擇淋洗離子的種類和濃度淋洗液的pH值有機改進劑溫度2021/4/928淋洗液選擇的條件有一定的洗脫能力；化學、物理性質穩(wěn)定；與被測離子有一定的性質差異，電導檢測為電導差異；抑制電導檢測為抑制后電導的差異；紫外檢測為紫外吸收的差異；安培檢測為氧化還原能力的差異對檢測器響應值盡可能小如果被測物對檢測器沒有響應，則可以采用間接檢測法2021/4/929抑制型陰離子色譜的典型淋洗液四硼酸鈉(Na2B4O7)硼酸 (H3BO3)氫氧根 (NaOH)碳酸氫根(NaHCO3)碳酸根 (Na2CO3)

通常，作為淋洗劑使用的化合物在水溶液中的pH大于8時為陰離子，pH在5-8之間為中性分子，其陰離子對固定相親合力.與待測離子相近，這類化合物可作陰離子分析的淋洗液。

淋洗劑強度2021/4/930一般淋洗液的選擇情況價態(tài)越高，洗脫能力越強；離子半徑越大，洗脫能力越強；電離越強，洗脫能力越強；極化度越大，洗脫能力越強；對常規(guī)淋洗液硼酸根＜氫氧根＜碳酸氫根＜碳酸根2021/4/931淋洗液濃度對保留的影響淋洗液濃度與保留值呈對數(shù)線性關系；不同價態(tài)的被測離子，對數(shù)線性斜率不同；不同極化度和親脂性，淋洗液濃度對保留影響比較小。2021/4/932pH值對被保留的影響pH值提高，氫氧根濃度增加，一般情況保留減?。ㄅc淋洗液濃度對保留值影響一致）；對于弱酸、多元酸pH值提高，電離增加，保留時間反而增加。2021/4/933有機改進劑對保留的影響縮短保留時間，對疏水性離子影響更大；增加樣品的溶解度；改善疏水性和極化離子的色譜峰形；清洗被污染的色譜柱2021/4/934陽離子交換淋洗液的選擇淋洗液有足夠的電離，以提供陽離子的脫離；多價陽離子有更大的洗脫能力；洗脫離子半徑越大，洗脫能力越強；與被測離子有足夠大的電導差異；對抑制電導法，抑制后淋洗液背景電導足夠小淋洗液的背景較小較理想；酸或對應的弱堿對于有機胺類，加入有機改進劑，會減少保留時間并且改善峰形2021/4/935陽離子交換所用的淋洗液鹽酸硝酸硫酸甲磺酸吡啶－2,6－二羧酸2021/4/936檢測的條件電導檢測直接電導要求淋洗液與被測離子電導有差異抑制電導要求被測離子對應的酸或堿有一定的電離安培檢測易氧化還原，在淋洗液還沒有電解條件下，被測物施加電位下電解紫外可見淋洗液與被測離子電導有光學差異，或通過柱后衍生達到這個差異熒光檢測與紫外可見的差異2021/4/937抑制電導檢測條件抑制電導檢測靈敏度和檢測限取決于抑制器的好壞（而不是檢測器）；背景電導是影響檢測靈敏度和檢測限的最主要因素；檢測器恒溫和溫度補償有利于提高靈敏度和檢測限；2021/4/938提高檢測靈敏度的方法增大進樣量；但進樣量的增加需要不影響分辨、水負峰不影響和基線不干擾采用微孔型柱可以提高靈敏度內徑縮小一半，同樣的進樣量靈敏度增加4倍提高柱效，縮短保留時間，可以靈敏度2021/4/939五、離子色譜的應用2021/4/940離子色譜的應用

應用領域主要應用對象

環(huán)境大氣成分（粉塵、顆粒物、霧、酸氣）、酸雨、水質分析、空氣水質自動檢測食品生鮮、果菜、酒、飲料、純凈水分析、釀造過程監(jiān)控農業(yè)農藥、肥料、土壤、飼料、糧食、植物分析生物醫(yī)學血液、尿、輸液成分、臨床檢查、人體微量元素分析制藥植物藥材、礦物藥成分、制劑成分分析材料金屬材料、半導體材料、表面處理、超純水分析工業(yè)原料分析、產(chǎn)品質量控制、電解電鍍液解析、造紙化工原料和產(chǎn)品分析、反應過程監(jiān)控日化化妝品、洗滌劑、清潔劑、原料和產(chǎn)品成分分析2021/4/941實驗內容標準溶液的配置樣品的準備（0.22um或0.45um濾膜）儀器的操作練習及數(shù)據(jù)處理實驗報告的書寫2021/4/942標準儲備液(混標)的配置:選擇試劑、烘干、計算、稱量、溶解定容、儲存標準溶液的配置：根據(jù)需要稀釋標準儲備液，配置6-8個濃度梯度的標準溶液2021/4/943樣品的準備：0.22um或0.45um濾膜2021/4/944儀器的操作練習開機步驟：1．打開氮氣總閥，將分壓表調至0.2Mpa。再調節(jié)淋洗液瓶上分壓表的分壓至5~6psi。2．接通ICS2000主機電源，開啟電腦，雙擊屏幕右下角，點擊“star