【必学】离子色谱入门课程—分离原理

赵敏 0 2021-09-10

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离子色谱

离子色谱仪是离子检测的重要设备，其结构简单，操作方便，是我们必须学会如何使用的一种仪器，在学习使用操作之前，清晰理解它的分析原理和一些常识性知识是非常必要的，这可以帮助我们更好的学习使用离子色谱仪。

在学习离子色谱仪原理之前，我们首先要知道什么是离子色谱 ?离子色谱仪的定义是什么？

定义

利用色谱技术（用于分析的一种分离技术）测定离子型物质（在水溶液中电离，具有正/负电荷的元素）的方法。ＩＣ主要分离极性和部分弱极性的化合物。

阴离子：Ｃｌ^－，ＮＯ²^－，ＳＯ_４^２－，ＣｒＯ_４^２－

阳离子：Ｎａ^＋，ＮＨ_４^＋，Ｃａ^２＋，Ｆｅ^３＋

构成

离子色谱系统主要由：进样部分（样品环）、分离部分（离子交换分离）和检测部分（电导检测）构成。

看完离子色谱的基本构成，

接下来看看我们最重要的分离原理。

分离原理

离子色谱的分离机理主要是离子交换，有3种分离方式，它们是高效离子交换色谱（HPIC）、离子排斥色谱（HPIEC）和离子对色谱（MPIC）。3种分离方式各基于不同分离机理。HPIC的分离机理主要是离子交换，HPIEC主要为离子排斥，而MPIC则是主要基于吸附和离子对的形成。

1 离子交换色谱

高效离子交换色谱，应用离子交换的原理，采用低交换容量的离子交换树脂来分离离子，这在离子色谱中应用最广泛，其主要填料类型为有机离子交换树脂，以苯乙烯二乙烯苯共聚体为骨架，在苯环上引入磺酸基，形成强酸型阳离子交换树脂，引入叔胺基而成季胺型强碱性阴离子交换树脂，此交换树脂具有大孔或薄壳型或多孔表面层型的物理结构，以便于快速达到交换平衡，离子交换树脂耐酸碱可在任何pH范围内使用，易再生处理、使用寿命长，缺点是机械强度差、易溶易胀、受有机物污染。

硅质键合离子交换剂以硅胶为载体，将有离子交换基的有机硅烷与基表面的硅醇基反应，形成化学键合型离子交换剂，其特点是柱效高、交换平衡快、机械强度高，缺点是不耐酸碱、只宜在pH2-8范围内使用。

离子交换色谱是最常用的离子色谱。

2 离子排斥色谱

它主要根据Donnon膜排斥效应，电离组分受排斥不被保留，而弱酸则有一定保留的原理，制成离子排斥色谱主要用于分离有机酸以及无机含氧酸根，如硼酸根碳酸根和硫酸根有机酸等。它主要采用高交换容量的磺化H型阳离子交换树脂为填料以稀盐酸为淋洗液。

3 反相离子对色谱

目前离子对色谱的保留机理还未完全弄清楚，仅处于理论假设阶段。现在提出的能够阐述离子对色谱保留机理的理论（或模式）主要有离子对形成理论、离子相互作用理论和动态离子交换理论。

1.生成离子对－待测离子与离子对试剂生成中性““离子对”分布于固定相与流动相之间，其分离类似传统的反相分离。

2.动态离子交换－离子对试剂的疏水部分吸附于固定相形成动态的离子交换表面，其分离机理类似于离子交换。

3.离子间相互作用－除包括以上两种分离机理和固定相表面双电层结构的分离机理。

离子色谱仪使用的注意事项

1、淋洗液

淋洗液作为系统的流动相，其品质对分析结果有重要影响。流动相的脱气是离子色谱分析过程中的一个重要环节。输液泵的扰动或色谱柱前后的压力变化以及抑制过程都可能导致流动相中溶解的气体析出，形成小气泡。这些小气泡会产生很多尖锐的噪声峰，较大的气泡还可能引起输液泵流速的变化，因此对流动相要进行脱气处理。

2、分离柱

分离柱柱体材料为PEEK（聚醚醚酮）。分离相由聚乙烯醇颗粒组成，粒径为9?m，表面有季铵基团。这种结构可保证高度的稳定性，并对可穿过内置过滤板的极细颗粒具有很高的容耐性，适用于水分析的日常测试任务。

为保护分离柱不受外来物质侵害（这些物质会对分离效率产生影响），对淋洗液、也对样品作微孔过滤（0.45μm 过滤器），并通过吸液过滤头吸取淋洗液。分离柱堵塞会导致系统压力上升，分离能力变差会导致保留时间波动、样品重复测量平行性差。分离柱接入系统时，需要先冲洗10分钟以上再接检测器，冲洗时出口向上，便于将气泡赶出。

分离柱的保存：短时间不用，可直接将柱子两端盖上塞子，放在盒中保存。阴离子柱长时间不使用（1个月以上），应保存到10mmol/LNa2CO3中。

分离柱的再生：

（1）低价亲水性离子的污染：

a）用超纯水进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗15分钟）

b）用10倍浓的淋洗液进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗60分钟）

c）用超纯水进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗15分钟）

d）用淋洗液进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗60分钟）

（2）高价亲水性离子的污染：

a）用超纯水进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗15分钟）

b）用5%的乙腈进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗10分钟）

c）用100%的乙腈进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗60分钟）

d）用50%的乙腈进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗10分钟）

e）用超纯水进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗30分钟）

f）用淋洗液进行冲洗（在0.5ml/min流速下冲洗60分钟）

3、高压泵

高压泵是离子色谱仪的动力源，其作用是将流动相输入到分离系统，使样品在分离柱中完成分离过程。离子色谱用的高压泵应具备下述性能：流量稳定、耐腐蚀、压力波动小、更换溶剂方便、死体积小、易于清洗和更换溶剂。高压泵工作正常的情况下，系统压力和流量稳定，噪音很小，色谱峰形正常。

4、抑制器

抑制器由3个抑制元件组成，这些元件应用于循环回路中的抑制作用，可利用硫酸进行再生及用纯净水进行冲洗，分析流路外再生，可彻底去除有害物质。采用微填充床抑制器，其优为点：平稳提供H+，基线噪音低，适合各种浓度分析，耐高压、耐有机溶剂、耐重金属，耐腐蚀，噪音低，只有0.2-0.5nS。

抑制器要避免在未通液体时空转。淋洗液或再生液流路堵塞、抑制器饱和均会造成系统压力突然上升、背景电导率过高等问题。若经过较长时间后，抑制元件受到污染，平常使用的再生溶液无法再将其彻底清除干净，将导致基线大幅上升。

5、检测器

所有的离子化合物（有机离子、无机离子、强酸和强碱）以及可被解离的化合物（弱酸和弱碱）的水溶液都能够导电。电导检测器是以离子色谱流动相中电导的变化作为定量依据的。电导检测器测量双铂电极两端间的电导，离子在该双铂电极两端间迁移：阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移，从而测量溶液的电阻。电导与电阻成反比。电导检测器具有极好的温度稳定性，这样便可保证测量条件的重现性。

由于离子色谱仪是精密仪器，其日常维护与保养对于仪器的使用寿命及监测精度都有着重要的影响，因此离子色谱仪要经常用淋洗液冲洗色谱柱，防止分离柱堵塞、流动相有气泡的产生，在进行分析前要确保样品已经进行前处理，以保障仪器安全。离子色谱法具有选择性好、灵敏、快速、简便，可同时测定多组分，基于上述优点，离子色谱法已在环境监测领域得到广泛应用。因此了解一些关于仪器日常维护的知识，遇有故障时能够正确地判断并及时排除是十分重要的。

责任编辑：展源

审　　核：何发

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