离子色谱法测定饮用水中F-、Cl-、NO3-和SO42-四种阴离子含量实验报告.doc

实验报告离子色谱法测定饮用水中 F-、Cl-、NO3- 和SO42- 四种阴离子含量1、 实验目的1、了解饮用水中的主要无机阴离子以及检测饮用水中无机阴离子的意义。2、 掌握离子色谱仪的工作原理及其使用方法。3、 掌握离子色谱图谱的数据分析方法。二、实验原理1、离子色谱的分离与检测原理采用阴离子交换树脂为分离柱，阴离子与色谱柱上的交换基团进行交换，若交换基团是CO32-，于是有以下的交换过程 由于不同的阴离子和固定相 R 的作用力不同，导致不同离子在色谱柱中的保留时间不同，从而使样品得到分离。 淋洗液带着被分离的阴离子通过抑制器，使与之配对的阳离子全部转换成 H+。例如淋洗液Na2CO3+NaHCO3 通过抑制器转换为H2CO3 溶液降低基底电导，样品NaCl 和Na2SO4通过抑制器后，变成HCl 和H2SO4，提高样品电导，再进入电导检测器。利用HCl 和H2SO4的电导响应，得到色谱峰。2、分析原理利用被测样品的电导对浓度的线性关系，配制一系列已知浓度的标准溶液，分别做出各离子工作曲线，然后通过检测待测样品中各离子的电导响应值从而推算出其浓度。三、实验仪器与试剂1、仪器1）戴安ICS1500：自制电自生抑制器，国产NJ-SA-4A-1289阴离子色谱柱（4.6250mm，北京：中科院生态研究中心），LabNet 1600色谱工作站。2）自组装离子色谱仪：Shimazhu LC-10A高压泵，高压六通阀，自制电自生抑制器，国产NJ-SA-4A-1289阴离子色谱柱，LabNet 1600色谱工作站。2、试剂1）F-、Cl-、NO3- 和SO42- 标准溶液 称取0.2210gNaF、0.1648g 纯NaCl、0.1371gNaNO3和0.1479gNa2SO4溶于100 ml 水中，得到1000 g mL-1 的F-、Cl-、NO3- 和SO42- 标准溶液。2） 淋洗液 已配置好的 2.0 mmol L-1 Na2CO3 + 2.0 mmol L-1 NaHCO3 淋洗液3）实际水样分析用实验室的自来水作为实际未知水样（约含F- 0.4 g mL-1、Cl- 8.5 g mL-1、NO3- 7.9 g mL-1、SO42- 18.1 g mL-1）进行分析。4、 实验步骤从 F-、Cl-、NO3- 和SO42- 标准溶液中移取溶液到50 ml 容量瓶中，配制成如下3 个浓度的工作系列溶液：F-Cl-NO3-SO42-0.10.20.60.80.51.003.004.005.0010.030.040.02） 工作曲线的绘制 分别注入标准工作系列溶液分析，绘制离子色谱工作曲线。3）水中F-、Cl-、NO3- 和SO42- 检测将未知水样注入离子色谱仪分析，利用保留值定性、工作曲线定量，计算水样中F-、Cl-、NO3- 和SO42- 的含量。5、 数据处理与记录1、 绘制工作曲线并计算其相关系数1） F- 工作曲线：y=355.21+16448x r=0.99982) Cl- 工作曲线：y=213.13+11148x r=0.99993) NO3- 工作曲线：y=1658.3+6431.9x r=1.00004) SO42- 工作曲线：y=2670.6+8180.4x r=1.00002、 通过工作曲线，计算自来水中F-、Cl-、NO3- 和SO42- 的含量1） 平行实验1根据待测样品中各离子的电导响应值及其相应的工作曲线，仪器自动计算出自来水中各离子的含量为：F- =0.34 g mL-1 Cl- =12.57 g mL-1 NO3- =13.85 g mL-1 SO42- =27.63 g mL-12) 平行试验2同样，根据待测样品中各离子的电导响应值及其相应的工作曲线，仪器自动计算出自来水中各离子的含量为：F- =0.37 g mL-1 Cl- =？g mL-1 NO3- =14.07 g mL-1 SO42- =27.76 g mL-1 Cl- 数据缺失，可根据其峰面积及其工作曲线手动进行计算，将y=142371.8 代入到Cl- 的工作曲线 y=213.13+11148x 中，得到 x=12.76，故Cl- =12.76 g mL-1将两次平行实验所测的结果求平均值，得到自来水中各离子的平均含量分别为： F- =0.35 g mL-1 Cl-=12.66 g mL-1 NO3-=13.96 g mL-1 SO42-=27.69 g mL-16、 思考题1、 饮用水中阴离子含量对人类健康有何影响？答：氟是促进牙抗龋能力的最主要元素，氟与钙、磷代谢有密切的关系，少量氟化物能加速骨骼和牙组织矿化成分中磷灰石的形成，增加其稳定性，缺氟可以引起钙磷代谢的障碍，易犯臼齿病，但如长期饮用氟离子含量高于1mg/L 的水则易犯斑齿病；氯离子在人类生存活动中具有重要的生理作用；硝酸盐是有氧环境中各种形态含氮化物中最稳定的氮化合物，人类摄入硝酸盐后经肠道中微生物作用转变成亚硝酸盐而出现中毒；水中少量的硫酸盐对人体健康无影响，但超过250mg/L则会有致泻作用。 2、 化学分析法是如何测定 F-、Cl-、NO3- 和SO42- 的含量？答：对于 F-、Cl- 和 SO42- 可以直接通过简单的化学滴定法进行检测，分别用含Ca2+、Ag+ 和 Ba2+ 的溶液进行滴定，根据消耗滴定液的量即可求出相应的 F-、Cl- 和 SO42- 的量；而NO3- 不能用简单的化学方法进行检测，可以用电化学分析的方法，如离子选择法测定其含量。3、 讨论离子色谱与高效液相色谱之间关系？答：从色谱分离原理上看，离子色谱也是一种高效液相色谱分析技术，但在仪器构造上两者又存在着差异：a. 离子色谱一般采用酸、碱及盐的水溶液作为流动相，因此通常离子色谱采用耐酸碱腐蚀的非金属材料作为整个系统材料，而高效液相色谱由于一般采用有机溶剂作淋洗液，因此多数还是采用金属泵体；b. 离子色谱又分为抑制型和非抑制型，而目前被广泛应用的抑制型离子色谱，采用了抑制器，而普通高效液相色谱没有类似装置；c. 离子色谱与高效液相色谱的检测器也不同，一般情况下高效液相色谱采用紫外-可见光度检测器；而离子色谱最通用的是电导检测器。 4、 淋洗液的组成对离子的保留时间和响应值有何影响，为什么会有这种影响？答：离子交换选择系数决定溶质从固定相上取代淋洗液离子的程度，当淋洗离子与固定相之间相互作用的程度改变时，保留和选择性也在改变。影响互相作用的主要因素包括淋洗液和溶质的水合焓和水合熵、极化度、电荷数、大小和结构。抑制型IC中淋洗离子的选择只限于通过抑制反应之后能够生成低电导的化合物。对阴离子的测定，淋洗液阴离子必须容易质子化，成为一种弱电离的酸；淋洗液阴离子必须能在一个合理的时间从固定相洗脱溶质。离子交换分离是基于淋洗离子和样品离子之间对树脂有效交换容量的竞争，为了得到有效的竞争，样品离子和淋洗离子对固定相应有相近的亲和力。另外，与淋洗液阴离子对应的阳离子必须能在抑制器与H+交换。分析阳离子时电荷相反，淋洗液阳离子必须容易羟基化并生成一个弱电离的碱；阳离子淋洗液必须能在一个合理的时间从固定相洗脱溶质离子，与淋洗液阳离子相对应的阴离子必须能在抑制器与OH-交换。能达到上述条件的阴离子淋洗液包括氢氧化物、硼酸盐、碳酸盐（CO32-/HCO3-）、酚盐和两性离子，钠离子是较适合的阳离子，常用它们的钠盐。抑制型IC中，Na2CO3/NaHCO3混合溶液是目前应用最广的淋洗液，两者都容易质子化形成弱电导的碳酸，可简单地改变CO3- 和HCO3- 的比例或浓度来得到不同的选择性。5、抑制器的工作原理是什么？答：抑制器主要起两个作用，一是降低淋洗液的背景电导，二是增加被测离子的电导值，改善信噪比。图8-4-2说明了离子色谱中化学抑制器的作用。图中的样品为阴离子F-、Cl-、SO42-的混合溶液，淋洗液为NaOH。若样品经分离柱之后的洗脱液直接进入电导池，则得到图中右上部的色谱图。图中非常高的背景电导来自淋洗液NAOH，被测离子的峰很小，即信噪比不好，一个大的系统峰（与样品中阴离子相对应的阳离子）在F- 峰的前面。而当洗脱液通过化学抑制器之后再进入电导池，则得到图8-4-2 中右下部的色谱图。在抑制器中，淋洗液中的OH- 与H+ 结合生成水。样品离子在低电导背景的水溶液中进入电导池，而不是高背景的NaOH溶液；被测离子的反离子（阳离子）与淋洗液中的,Na+ 一同进入废液，因而消除了大的系统峰。溶液中与样品阴离子对应的阳离子转变成了H+ ，由于电导检测器是检测溶液中阴离子和阳离子的电导总和，而在阳离子中，H+ 的摩尔电导最高，因此样品阴离子A- 与H+ 之摩尔电导总和也被大大提高。6、 离子色谱可以使用技术、可以用于水中阴离子和阳离子的同时测定吗？答：可以，离子色