（分析化学专业论文）含磷化合物的离子色谱法研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 离子色谱作为一种实用的色谱技术，近年发展相当迅速。特别是近十年来， 电解部件的不断发明与更新，“只加水”离子色谱技术的完善，使得离子色谱的 应用范围进一步扩大，并且应用起来更加方便。本论文主要是对免试剂离子色谱 在弱电离物质特别是含磷化合物的测定应用方面做了初步的探索和相关研究。 论文第一章较为系统地阐述了离子色谱抑制电导检测的数学基本理论，离子 色谱电解部件( 淋洗液发生器、电解抑制器，c r _ t c 等) 的发展历程和离子色谱 法测定含磷化合物等三个大方面。 在借鉴和总结前人工作的基础上，论文第二章初步讨论了一种新的预处理方 法加速溶剂萃取( a s e ) 在含磷化合物提取测定方面的应用。把a s e 技术和 离子色谱结合，对油菜籽中的植酸和食品中的添加剂多聚磷酸进行了萃取和测 定，并将该萃取方法与传统的萃取方法进行了比较，体现了a s e 在萃取方面的优 越性，实验也对相关的离子色谱方法进行了优化。 研究中也采用免试剂离子色谱技术对其它不常见的一些含磷化合物进行了 测定，建立了相对应的离子色谱方法。对牙膏中的单氟磷酸根和甘油磷酸根一次 同时分离测定。同时建立了某些氧化膦类化合物( 2 羧乙基苯基次膦酸，苯基亚 磷酸和苯基膦酸) 离子色谱方法，展开对抗肿瘤药物伊班磷酸钠的测定和色谱行 为考察。实验结果表明，在所选定的不常见含磷化合物的测定上，所建立的离子 色谱方法，可靠、简便，具有实际的应用意义。 关键词离子色谱，含磷化合物，甘油磷酸根，氧化膦，伊班磷酸钠 j l i 渐江大学硕士学位论文 w l lg r e a td c v e l o p m e mi nt l l e s ey e a r s ，i o nc h r o m a t o g r a p h y ( i c ) h a sb c e na p r a c t i c a lc 岫a t o 掣a p h yt e c h n o l o g y e s p e c i a l l yi n 也e l a s td e c a d e ，“也r e c e n t d e v e l o p m e n ti ne l e c 仃o l 州cd e v i c e s ，r e a g e n t 舶ei ct e c h n o l o 肼也ea p p l i c a t i o no fi c h 嬲b e e nb e c o m em o r e 、i d c l y 趾dm o r ee a 瞎i l y 1 nt h ec h a p t e ro n e ，t h eg e n e r a lr e s p o n s ee q u a t i o nf o rc o n d u c t i v i t yd e t c c t i o n ，r e c e m d e v e l o p m e n t si ne l e c n d l y t i cd e 、，i c e sf o ri o nc h r o m 舢d g r a p h ya i l dd e t e n n h a t i o no f p h o s p h o m ss p e c i e sb yi cw e r ed e s c r i b c di nd e t a i l i nt l l es e c o n ds e c t i o n ，an e w h n do f e x t r a c t i o nt e c h n o l o g y - a c c e l e m t e ds o l v c l l t e x t i o n ( a s e ) w a sd i s c u s s e da n du s e d p o l y p h o s ph a _ t e s ，al 【i n do f f b o da d d i t i v e si n m e a t ，a 1 1 dp h y t i ca c i di np l 趾tw e r ee x 仃i l c t e db ya s e ，a n dt l l e nd e t e r i i l i n c db yi c w h a t sm o r e ，m ee x 仃a c t 主o nr a t e sw e r ec o m p 删诵t ho t l l e rc o m m o ne ) 【订a c t i o n m e t h o d s i nm es e c d o n ，蛐a l y t i c a lm e 协o d st od e t c n i n cs o m eu n c o n l m o np h o s p h o m s s p e c i e si nd i 丘b r c n ts 锄p l e s w e r ea l s op r o p o s e d am e t l l o df o rm es i i n u l t a n e o l l s d e t e 兀i l i n a t i o no fo r g l n i ca c i d s ，o r g 越ca i l i o n sa n di n o 唱a n i ca 嫩o n si n 让1 es 拼l p l eo f c o r n m e r c i a lt o o t h p a s t ew 觞s t i l d i e d c h r o m a t o 聊h yc o n d i t i o n sf l 0 rs o m ep h o s p h o n i c a c i d s 趴di b a l l d m n a t ed e 咖i n a t i o nw e r ea l s o 咖d i e d o p t i m i z e d 删”i c a l c o n d i t i o n s 、e r ef h “h e rv a l i d a t e di nt e m so f a c c u r a c y ，p r e c i s i o n 趾dt o 词u n c e r t a i n t y 锄dm er e s u l t ss h o w e d 也er e l i a b i l i t yo f t l l ei cm e t l l o d s 1 嫡啊o r d s i o nc h r o m a t o 鲫h y p h o s p h o m ss p e c i e s ，出y c e r o p h o s p h a t e ，p h o s p h o n i c a c i d s i b a n d r o n a t e 浙江大学硕士学位论文 第一章文献综述 第一节抑制电导检测理论基础 离子色谱有多种分离模式，包括离子交换色谱，离子排斥色谱，离子对色谱， 螯合离子色谱等。本论文主要讨论应用最广的离子交换色谱( i e c ) 。离子交换 色谱一个重要的特点就是样品溶液中的离子与分析柱的离子交换位置之间直接 的离子交换。当待测离子到达检测器时，流动相中将含有一定浓度的待测离子， 同时，离子交换树脂上可离解的离子将会相应减少。该取代过程可以用个转移 比例t r 来衡量，取代1 m o l 待测离子所要的离子交换数。在i e c 中，t r 可以大 致用两者的电荷比来表示： 豫：丑( 1 ) z 对于高电荷的离子，z 通常不是它的常见电荷数，往往是较低的电荷值，因 为位阻的问题，并非所有的离子化成份都能和固定相作用。这个是i e c 中最为 重要的一个概念l ”。 电导检测对于无机阴离子的分析具有两个非常大的优点，首先所有的离子均 能导电因此电导检测是离子色谱中通用型的检测器。其次，电导检测器相对来说 简单，易于操作和维护掌握。在离子色谱中，电导检测的应用是非常广泛的，在 离子色谱的相关文献资料中，大概有6 0 的文献资料选用电导检测2 1 。尽管电导 检测是离子色谱中经常使用的检测手段，淋洗过程当中电导g 的变化方程还是经 常讨论的一个方向。 离子色谱中的电导检测原理可以通过离予交换色谱的分离模式来进行讨论【2 ， 3 1 。先从最简单的例子入手，待测成份和淋洗成份都完全电离，背景电导，洗脱 成份流出液电导和测得的电导变化表达式如下： 矿暑g 浙江大学硕士学位论文 = 塑半+ 菩e g = 吒。一。= 紫e ( 4 ) 其中e 是淋洗液，s 是待测成份，g 矗。是待测成份洗脱液电导，g 。咖删是背景 电导，g 是洗脱待测成份时的电导变化，k 是电导常数，九是极限离子电导，c 是总浓度。以上三个方程可以计算出多种情况下的电导变化，只要丸已知。 如果待测成份和淋洗液组分不完全电离的情况，在以下三个假设下： ( 1 ) 与离子交换树脂结合的只有s 。 ( 2 ) 尽管样品为h s 和s 的混合体，但是所有的待测成份都将以s 的形式与固定 相结合。 ( 3 ) 淋洗液髓和e _ 在淋洗过程中均起相同作用。 我们可以得到以下这个方程： g _ 钆屯研。= 阻笠等警生坚心( 5 ) 从上式我们可以得知，首先电导信号和待测成份的浓度。成正比，同时随着 淋洗液中的待测成份的电离强度妇的增加而增加。第二，当淋洗液和待测成份为 同一物质时，方程等于o ，第三，在非抑制的电导检测中，电导信号随后的减少 而增加。 通过方程( 5 ) 我们来计算一下，假设1o i i l g l 的c l 进样，通过色谱分离柱后， 浓度稀释5 倍，变成2 m g ，l ，假设电导检测池的电导常数为1 c m 1 ，对于不同的淋 洗液，我们可以得到表1 1 1 中数据，结果显示使用强碱n a o h 电导改变值g 要 比弱酸盐的要小，为了得到比较好的信噪比，如果使用非抑制电导检测，常用的 淋洗液是弱电解物质的盐溶液。 浙江大学硕士学位论文 表1 1 1 不同淋洗液条件下的l o m 叽氯离子的电导响应值2 3 a 通过方程( 2 ) 计算所得 6 通过方程( 4 ) 计算所得 。通过方程( 1 0 ) 计算所得 电导检测作为离子色谱的最为常用的检测器，它本身有一个问题，即对淋洗 液会产生很高的检测信号，这就使得它难以识别淋洗时样品离子所产生的信号。 s m a l l 等人提出了简单而巧妙的解决方法是选用弱酸的碱金属盐为分离阴离子的 淋洗液，无机酸为分离阳离子的淋洗液。分离阴离子时使淋洗液通过置于分离柱 和检测器之间的一个氢型( r ) 强酸性阳离子交换柱，这样阴离子淋洗液中的弱酸 盐被质子化生成弱酸，从而使淋洗液本身的电导大大降低。 最为简单的抑制方式就是将淋洗液通过氢型的阳离子交换柱，抑制反应如 下： r e s i n 日+ + ，口+ 上，c g 一 r e s i n 一 厂口+ + 打，c q ( 6 ) r e s i n 日+ + 腑+ + c r ；= = r e s i n 一 b + + 日+ + ( y 一( 7 ) 可以看到，淋洗液背景电导将会大大减少，而待测组分中n 矿( n = 5 0 s c m 2 e q l l i v 1 ) 转变为h + ( n = 3 5 0 s c m 2 e q u i v 1 ) ，大大提高了电导率。使用抑 制器后，一般可以使强酸或强碱的信噪比提高一个数量级以上。对于某些弱酸、 弱碱由于检测是在抑制后的中性p h 下进行，灵敏度不如强电解质高，但与非抑 制的电导检测相比，信噪比的改善还是明显的。其实，抑制反应并不仅局限于酸 碱中和反应，儿是能降低淋洗液背景电导的反应都可以归到这类。如螯合反应， 沉淀反应等等，但是需要特别地设计抑制器和操作问题。 浙江大学硕士学位论文 我们假设琳冼顿组分中的l i j 高于a 有对应的弱酸h a ，通过抑制器后淋洗液 转变为h a 形式，h a 的电离平衡常数为 = 皆 如果全部转变为h a 的话，那么抑制器后流出液的电导贡献主要来自于h + ，a 。， s 一。但是抑制反应不可能完全的，肯定也会存在部分n a + 在对电导有贡献。 瓯矿坠凹二型竺： 骐竺：丛圈坐蛐( 9 ) ”愀一1 萨i 一w 考虑理想状态下的反应，抑制反应完全，没有钠离子，弱酸h a 也不电离， 即抑制后溶液中没有a 。，简化后的方程( 9 ) 就成为一种理想状态下的方程。 = 菩e ， 4 浙江大学硕士学位论文 第节离子色谱中电解仪器部件的发展 1 、淋洗液发生器的发展历程h 正如第一章里所讨论的，在抑制型i c 中，n a o h 或k o h 是分析阴离子的理 想淋洗液。在实际应用中，氢氧化钠淋洗液不仅本身含有杂质( 如氯离子，氯酸 根，碳酸根等) ，在分析过程中要通过特定的处理防止c 0 2 进入n a o h 淋洗液以 防止碳酸根引起的不稳定的色谱基线，重现性不好，甚至c o ，5 的强的淋洗能力 也会将强保留组分洗脱下来出现鬼峰。手工配制氢氧化钠淋洗液较为繁琐，要先 制各除去二氧化碳的去离子水，从预先制备的5 0 高浓度的氢氧化钠的水溶液 中移取后稀释，操作复杂费时。离线的氢氧化钠淋洗液流动相的应用受到一定程 度上的限制。这就在很大程度上推进在线氢氧根电解部件的发展。 1 1 淋洗液发生器的雏形 早在上个世纪5 0 年代，s p i e 毋e r ，c o r ) ，e l b l 和s m a l l l 6 就分别作了相关的研究， 在一种钠型( n n 的强酸型阳离子交换树脂两端加上电极，使发生电解反应。在 柱子的出口处可以得到n a o h 溶液( 图1 2 1 ) 。他们的开创性的想法和相关研究 对以后的离子色谱淋洗液发生器的诞生产生了很重要的影响。 去裔予水 钠型田离子交换树腊 图l - 2 一l 早期的n a + 强酸性阳离于交换树脂柱电解装置 极 n a 0 h 浙江大学硕士学位论文 1 2 高容量的r 供应柱 这种装置中( 图1 - 2 2 ) ，阳离子是k 十，钾离子源是由一个比较大k + 供应柱 提供的。柱子的出口是铂金阳极，通过一个t 型的转接器和一个阳离子交换接 口到小的高压k o h 产生柱。高容量的k + 供应柱主要是由一个长的磺酸性k + 型 的阳离子交换柱床和一个短的羧酸性k + 型的阳离子交换柱床组成。后者的目的 是为了进一步交换未及时交换的一，提高k + 的利用率。这个装置的缺点是再生 比较困难，使用周期不长，同时为了增大k + 容量，只能不断地增大k + 供应柱的 体积。 图1 2 _ 2 高容量k + 供应柱k o h 发生器 1 3 流经r 源贮备罐 为了改变k + 供应柱容量的问题，一种新的装置又被提出( 图1 2 3 ) ，钾离 子源是由一个。溶液罐提供，并处于外置状态，可以源源不断地添加到k 十离子 供应柱。这种设计有一个好处，那就是只要外加的贮备罐中有足够的k 十，那么 就可以有较长的使用时间，并且罐中的钾离子液体可以更换新的。 6 渐江大学硕士学位论文 图1 2 - 3 k + 源外置的k o h 发生器 1 4 高容量的r 电解液贮备罐碉 其基本原理( 图1 2 _ 4 ) 是在氢氧化钾电解池中置入的微形铂金电极( 正极) 电解水产生的氢离子( h + ) ，推动电解池中的钾离子( k + ) 通过阳离子交换膜， 进入置入铂金阴极的淋洗液发生舱，与阴极电解水产生的氢氧根( o r ) 结合生 成i c 的淋洗液氢氧化钾( k o h ) 。离子交换膜的功能除了允许阳离子( 或阴离 子) 通过之外，还隔离常压区( 电解池) 与高达2 1 0 大气压的高压区( 泵一分离 柱一检测器) 。淋洗液的浓度与外加电流成正比，与泵的流速( 泵入的高纯水) 成反比。所需要浓度的淋洗液不再经过泵前的管道和阀门以及泵头。直接进入分 离柱，不仅操作简便，无污染，而且带来另一个突出的优点，使液相色谱中梯度 ( 浓度梯度) 淋洗非常简单。常规梯度淋洗的完成需要用两个或多个高压泵，或 者用四通比例阀泵前低压混合。“只用水”作梯度淋洗也只需点击鼠标。所产生的 k o h 溶液的浓度由加到k + 电解槽和k o h 发生室上的电流和通过k o h 发生室 的水的流速决定。 电解反应如下， 2 k + + 2 h 2 0 + 2 e 2 k o h + h 2 2 0 h 2 e _ h ：o + 三o ： 浙江大学硕士学位论文 瓣 去离千 钾离平源 p t 阳极 x 0 h 图l 2 - 4 高容量的k o h 发生器 k o h 淋洗液发生器以高容量的k 十电解液贮备罐作为k + 离子来源，相对于 其他形式的电解k o h 发生器有以下几个优点。第一，该装置非常简单并连接在 色谱泵的出口，只需要一条流路，泵入去离子水。第二，它的使用费用要比k + 型的阳离子交换树脂作为k + 来源的的淋洗液发生器造价低，它使用的是钾盐或 氢氧化钾的溶液作为k + 来源。第三，可以补充新的钾离子电解液。第四，钾离 子的使用比率高，达到l o o 。 2 、抑制器的发展历程i ，l 抑制的概念是h s m a l l 在1 9 7 5 年提出来的，最早的抑制器是树脂填充的抑 制柱1 1 0 ，1 。树脂填充的抑制柱是抑制器发展的第一个阶段，它开创了一个新的 时代，使得离子色谱的应用得到扩展的可能性，但是它也有非常大的缺点，如不 能连续工作，需要停机再生，另一个缺点是死体积较大，对于弱酸阴离子测定存 在非常大的问题。虽然树脂填充的抑制器是第一代抑制器，利用它可以更好的了 解抑制器的工作原理。第二个阶段是管状纤维膜抑制器( 图1 2 5 ) ，1 9 8 1 年商 品化，它不需要停机再生，可连续工作，缺点是它的中等抑制容量和机械强度较 浙江大学硕士学位论文 差【”。 圈1 2 - 5 管状纤维膜抑制器工作示意图 第三个阶段是1 9 8 5 年发展起来的平板微膜抑制器( 图1 2 6 ) ，不仅可以连 续工作，还有较高的抑错4 容量，能够满足梯度淋洗的要求。这种抑制器可以形象 地用三明治结构来形容，两片再生液和一片淋洗液通道为磺化的离子交换网屏， 期间为薄的阳离子交换膜。淋洗液在中间网屏通道，再生液在上下两片网屏通道， 它们都沿网屏长度方向通过网屏但方向相反，抑制器的结构设计使网屏和膜之间 紧密接触，无层流现象。由于它开创了连续再生高容量，可用于梯度淋洗，有力 地扩大了离子色谱的应用范卧乃】。 第四个阶段是上世纪9 0 年代开展起来的自动再生抑制器( 图1 - 2 7 ，图 1 2 7 ) ，是在平板微膜抑制器的基础上发展起来的，这种抑制器不需要外加再生 液，而是通过电解产生的h + 或o h 。来提供抑制要求，那么它具有平衡时间快， 背景噪音低，坚固耐用，并可在高达4 0 的有机溶剂存在的情况下正常使用 【1 4 - l6 1 。 当直流电压旋加于阳、阴极之间时，在电场作用下，发生以下电解反应： 1 阳极：3 d _ 2 凰d + + 去0 2 + 2 p 上 阴极： 2 b d + 2 p 一2 0 日一+ 且 9 浙江大学硕上学位论文 图1 - 2 _ 6 微膜抑制器的“二文治”结构 图1 2 - 7 自动再生连续工作型抑制器结构图 o 浙江大学硕士学位论文 图l _ 2 _ 8 阴离子自动再生连续工作型抑制器工作原理图 在2 0 0 1 年，美国d i o n e x 公司商品化了另外一种新型抑制器，连续电解再生 柱状抑制器( a e s ) ( 图1 2 9 ) 。该抑制器4 1 0 i 衄，由六个阳离子交换整体 柱片和五个流路分配片组成。他们相互交替安放形成三明治结构与a s r s 相比， 它的电极要宽很多。所以，所旌加的电压可以很高，由于电流是在a e s 中是在 两个电极之间贯流的，所以抑制器可以迅速地起到抑制作用，快速启动。a e s 抑制器克服了仪器老式柱状抑制器的缺点，从而可以快速再生，小的死体积，低 噪音，连续工作柱容量不下降。 图l - 2 9 a e s 结构图 浙江大学硕士学位论文 3 、连续再生捕获柱i 埔l 连续再生捕获柱( c o 埘加o u s l yr e g e n e r a t e d 仃印c o l u 衄，c r - t c ) 是自动淋洗 发生器相结合使用的耐高压电再生捕获柱。它能长时间的工作而不需要经常的化 学再生，与淋洗液发生器相结合使用时，能连续去除淋洗液中的杂质离子，从而 带来较低的背景电导和梯度淋洗中稳定的背景。 连续再生捕获柱分为阴离子捕获柱( c r a t c ) 和阳离子捕获柱( c r c t c ) 两种，分别应用在k o h 淋洗液发生器和甲烷磺酸淋洗液发生器上。捕获柱除去 杂质离子的同时，电解反应也同时把交换树脂再生。所以，它不需要额外的离线 的化学再生，可以连续使用而不需要更换。我们着重介绍阴离子捕获柱的工作原 理。 阴离子捕获柱的工作示意图见图l 一2 - 1 0 ，阴离子捕获柱由一个在淋洗液出口 处有一电极的阴离子交换床构成。阴离子交换膜在淋洗液中间将阴阳电极分开。 碱性淋洗液中的杂质阴离子被阴离子交换床所保留并流向阳极，阴极所连续产生 的氢氧根不断地使阴离子交换床再生，与此同时阳极氢离子与杂质阳离子形成弱 酸从淋洗液中除去。 酗l _ 2 1 0c r a 1 工作示意图 4 、电解部件在离子色谱中的应用 离子色谱中，上述的电解淋洗液发生器( e g c ) ，连续再生捕获柱( c r t c ) ， 自动连续再生抑制器( a e s ，a s r s 等) 已经应用到常规的检测当中去，并大大地改 1 2 浙江大学硕士学位论文 进了离子色谱分离分析的方法。应用这几种部件的离子色谱型号也在快速地商品 化，并在中国市场中迅速普及开来。图1 2 1 l 就是该类仪器的一个块状示意图。 圈l 2 _ l l “只加水”离子色谱装置图 e g c 是安装在泵的出口处的，在整个淋洗过程中，只需要提供去离子水， 为了去除淋洗液中的杂质离子，在e g c 后面安装了c r t c 部件，淋洗液通过 c r t c 后经过除气装置到达六通阀，开始整个色谱的分离分析。如果使用的是 抑制电导检测，那么抑制器的废液回到c r t c 和除气装置，顺带把电解所产生 的气体带走。在所使用的淋洗液发生器中，由于淋洗液浓度是通过控制电解的电 流大小，流速来完成的，所以精确地控制电流可以很方便精确地控制所产生的淋 洗液浓度，从而带来了仪器非常好的日内和日问的重现性。在使用梯度洗脱时， 浓度的变化是通过改变电流的大小完成的，而不是使用比例阀来完成的，所以在 配制淋洗液发生器的离子色谱仪上，不需要配制多元泵，仅需要一元泵，这在费 用上大大降低了成本，同时操作上可以得到很好的重现性，死体积小。在检测的 灵敏度上面，淋洗液系统电解所产生的淋洗液纯度很高，杂质离子很少，同时抑 制后的k o h 淋洗液背景电导( 1 鹏 c m ) 要比碳酸根系统( 1 5 2 0 鹏c m ) 的低很多， 正如第一节所讨论的，背景电导低的情况下，信噪比将得到大大改善，从而在比 较大的程度上改善检测的灵敏度。 本论文第二章节中所使用的离子色谱i i c s 2 0 0 0 系统是经典常用的“只加水” 离子色谱仪，在弱电离物质含磷化合物的测定方面体现了上述的优点。 浙江大学硕士学位论文 第三节含磷化合物的离子色谱测定 l 、前言 磷是生物体内非常重要的元素，参与多种重要的生物和环境的转换过程。p ( ) 是环境当中最为丰富的磷元素，同时也极易为生物体吸收转化，所以经常 用作肥料。除此之外，磷酸盐和其他的含磷化合物被广泛地用在去垢剂和食品添 加剂中。但是过多地向环境中排放含磷化合物会造成过营养化，对水体环境等造 成破坏。所以，通过测定了解自然界和废水废物中的磷含量对控制水体环境等的 富营养现象是非常有意义的。 不同形态的磷对生物体和环境有不同的影响，同时对食品和植物分析当中的 各种价态的含磷化合物进行分离分析是非常重要的，在这个方面，离子色谱就表 现出非常突出的优点。 离子色谱发展到现在，对于常规的磷酸盐测定，在测定方法方面已经非常成 熟了，有些方法并且已经成为一个行业的标准或者测定的建议方法。但是随着离 子色谱这几年的发展，在电解仪器装置上面的配制，使得离子色谱的灵敏度，检 测限，选择性等有了很大的提高，越来越多的文献开始着眼于“只加水”离子色谱 测定该类化合物方法的建立。 2 、样品的前处理过程 总的来说，不管哪种样品前处理方法都是为了简化分离分析过程，提高检测 的选择性和灵敏度。但是随着仪器技术的逐步发展，使得前处理过程越来越简单， 甚至在某些样品方面，允许不用前处理，直接进样分析的方法。在含磷化合物的 形态测定当中，为了更好地测定目的物质，样品的前处理使用很频繁。在测定无 机非浓缩含磷化合物的时候，样品前处理主要目的是为了去除干扰阴离子和浓缩 磷酸盐。相对应地，在总磷的测定中。前处理消化是为了转变有机和无机浓 含磷化合物成为正磷酸盐。经过消化之后，为了进行色谱分析，还需要其它必要 的步骤进行处理。 1 4 浙江大学硕十学位论文 2 1 总磷测定消化过程 对于离子色谱磷酸盐类的测定，环境样品，食品和植物样品中总磷的测定 直是应用最为广泛的一个方面。由于样品中有多种形态的磷元素，总磷含量主要 以正磷酸盐表示，所以在进行离子色谱分析以前，所有的各种形态价态的无机有 机含磷化合物都要转变为正磷酸盐。对于无机含磷化合物，标准的处理方法是使 用硫酸一硝酸的混合溶液进行水解。有机含磷化合物一般采用氧化剂进行消解后 测定。 2 1 1 酸性过硫酸钾消解1 唧l 比较常用的方法是酸性过硫酸钾消解。在这种方法的消解的过程中将伴随着 过硫酸钾的降解，产生高浓度的硫酸根，这使得在进行离子色谱分离分析时必须 使用在线或离线的方法除去硫酸根。如果同时要测定总氮和总磷的话，过硫酸法 消解是最为常用和有效的，使用离子色谱测定该类样品，有一个很好的优点，那 就是一次进样一次色谱分析可以完成多种项目的测定。 在消解过程中可添加适量的碱，可以使容易干扰硝酸根测定的氯离子转变为 氯酸根，该方法特别适用于海洋样品的测定中。但是碱的量不能添加过多，过多 的碱会使得消解的溶液酸度过低，造成过过硫酸的消解效率降低，含磷化合物不 能定量地转变成为正磷酸盐【2 l 】。但是值得注意的是，哪怕是使用了最为理想的 消解条件，还是得挑选合适的色谱分离条件，例如高容量的色谱分离柱来提高氯 酸盐和硝酸根的分辨率。 2 1 - 2 微波消解法2 2 ，2 3 l 近年来，发展比较迅速的是微波消解法，这种方法与传统的加热消解相比， 它具有更高的消解效率。微波是直接作用于溶液，可大大减小了温度的梯度和加 速加热的速率。使用微波过硫酸消解前处理，柱切换技术消除消解过程当中所产 生的硫酸根，很好地同时测定了废水中总氮和总磷含量，整个消解过程只需要 3 0 m i n 。 除了过硫酸钾，别的种类的氧化试剂也在考虑中，c o l i n 8 和g a r d i n e r 加入过 氧化氢溶液( 2 2 ) ，微波消解4 0 m i n ，对样品中总磷，总氮和总硫成功的进行 测定。还有研究人员发现，使用微波和u v 共同作用，不需添加任何氧化试剂， 浙江大学硕士学位论文 这种方法一个非常突出的优点，就是消解时间很短，只需要3 5 m i n 。但是这种 方法转换效率不是很高，所以，最好需要在样品中添加少量的氧化剂。但是没有 文献报道离子色谱法与该方法的联用。不使用微波加热，直接使用u v 照射，添 加2 2 的过氧化氢溶液，可以很好地将样品中的碳水化合物氧化消除。该法特 别适用与复杂样品的测定中，如植物粗提物，食用油，脂肪，牛奶等。 3 、干扰离子的消除 使用离子色谱测定真实样品中的磷酸根一直是分析界积极努力的一个方向， 因为存在基体干扰，样品中往往存在高浓度的干扰离子，如氯离子，硝酸根和硫 酸根等等。为了更好地进行离子色谱分离分析，较多的消除干扰的方法被提出来， 包括在线和离线多种。在上个世纪的9 0 年代初期，主要集中在离线方法的研究， 主要是离子交换树脂的研制。例如，接枝a 矿和b a 2 + 离子的离子树脂可以很成功 的去除样品中的氯离子和硫酸根【2 ”。尽管这些方法现在也在使用中，但是由于 不方便，不能重复使用，费用较高，越来越多的在线技术在迅速地取代它。值得 提出的是，离子色谱柱的发展也越来越迅速，有越来越多的高容量柱子推出，同 时梯度淋洗的技术也逐渐成熟，复杂样品中的待测成份的分辨率得到了提高，而 不需前处理去除干扰离子。 3 1 离线程序 离线处理对于液体样品来说，主要使过滤去除固体杂质，样品提取等常规步 骤，但是我们这里特指的是去除色谱分析测定中的其它高浓度的杂质离子。最简 单的方法就是样品稀释。样品稀释，浓度比例是不变的，但是柱子容量的过载就 得到大大地减小，以至于在一定的情况下提高分辨率和提高检测限。在海水和废 水等其它高氯样品的测定中，目前经常使用稀释的方法测定磷酸根和其他阴离 子。某些高浓度的金属阳离子会对磷酸盐的离子色谱测定产生一定影响。丁和牟 口5 l 研究了碱金属，碱土金属和三价阳离子在磷酸根离子色谱的测定方法，发现 影响最大的是三价金属离子，例如，在1 0m 扎f e 3 + 存在的情况下，会造成1 1 0 m l 磷酸峰面积的减少3 3 9 l 。相反，在a 1 3 + 同样浓度存在的情况下会造成磷 酸根峰面积稍微增加。在两种情况下，保留时间会减小。作者还发现调节p h = 2 会大大减小f e 3 + 的影响，或者在碱性的情况下面使三价金属离子沉淀下来也可以 很好的避免干扰。 1 6 浙江人学硕士学位论文 在高浓度的氯离子或其他强酸的阴离子存在的情况下，抑制电导检测中会造 成磷酸根的响应降低。这非常可能由于背景中高浓度的杂质离子存在的情况下， 磷酸根的弱酸性质造成的。在抑制器中，所有的阳离子为h 十所取代，当高浓度 的基体杂质阴离子洗脱下来的时候所伴随的交换下来的h + 不能为洗脱液中的阴 离子所中和，在这种情况下，磷酸根将会和h + 结合，从而造成响应降低。 3 2 在线程序 3 2 1 透析 利用在线透析装置除去复杂样品中的基体，如蛋白质，表面活性剂，微粒和 高分子量有机物质。在橄榄油厂废水中磷酸根和其他无机阴离子的测定中，一种 全自动在线微透析离子色谱联用仪器发展起来，在该方法中样品被泵入透析池 中，阴离子被水带入一个接收器中，透析出来的液体被转移到进样环中接受离子 色谱分析圆。 f i d i c ( f l o wi n j e c t i o nd i a l ”i s - i c ) 流动注射透析离子色谱联用技术测定阴 离子方法也被提出。在这种方法中，样品被注入到含有2 2m m o l ，ln a 2 c 0 3 和2 8 m m o l ln a h c 0 3 溶液中，接着流入到透析池中，透析液进入到离子色谱分析抑制 电导检测。f i d i c 比在线的透析离子色谱仪器有更好的优点，如更少的样品体 积更短的样品分析时间。由于上样量较少大大减小了透析膜的堵塞情况，此外， 该方法对磷酸根的检测限( o 3 7 m g l ) 比在线透析的要低( 0 9 7 m g ，l ) 。尽管要 比传统离子色谱方法检测限( o 0 8 m 叽) 要差一点 2 9 】。 3 2 2 柱切换 离子色谱已成为检测无机阴阳离子的最有力的分析手段，但在对i c 灵敏的 高浓度基体存在下痕量组分的测定始终是一个棘手的难题，为了解决这一难题， 离子色谱工作者提出了许多方法。但由于大量基体离子的存在，会引起柱效降低， 使待测离子谱带漂移和变宽，影响方法的精密度和灵敏度，甚至不能定性定量。 近年来，新的固定相的合成使许多复杂样品的分析成为可能，但他们往往只能适 用与某些特定样品的分析，缺乏通用性。柱切换技术被广泛应用于基体的消除。 一种柱切换技术使通过在选择性不同的色谱柱之间切换，即“核心切换”技术。通 过阀切换，当大量基体离子从第一根通过时，将其排入废液：当待测离子通过时， 浙江大学硕士学位论文 将其引入第二支色谱柱进行分析。由于大部分基体离子被排入废液，待测离子与 少量引入第二支色谱柱的基体离子可获得良好的分离。但是这种核心切换技术存 在两个问题，一个是系统压，一个系统中同时使用两支色谱柱，使得色谱系统压 很高，导致无法正常操作，同时在柱切换过程当中压力变化很大：另一个问题是 当大量基体离子存在时，待测离子的保留时间会发生变化，从而对切换时间窗的 缺点造成困难，从而限制了该法的应用【3 l 。 d a h l l o f ( 3 0 】等人应用柱切换技术来测定海水里的硝酸根和磷酸根，两种不同 浓度的n a 2 c o 妒i a h c 0 3 被用作淋洗液，使用比较弱的氯离子和其它阴离子分开， 过多的氯离子流向废液，强的淋洗液取代弱淋洗液，柱切换让所剩组分流向分离 柱。方法的线性和检测限较好，但是柱切换技术的重现性不佳是它的致命弱点。 牟世芬2 7 1 等人提出了一种简化的核心切换技术，用一根短的富集柱代替传 统的核心切换技术的第二支色谱柱，大大降低了系统压力和切换过程中的压力变 化。通过分析大量基体离子存在下痕量离子的保留行为，提出了针对不同样品采 用的不同策略。可直接通过待测离子标准溶液的保留时问缺点核心切换的时间 窗，从而大大简化该项技术的优化过程。 3 3 其它体系 固相微萃取是无机阴离子分析常用的检测手段之一，所以也可以用在磷酸盐 的预处理中。商品化的固相微萃取柱，管内接枝吡咯聚合物，该聚合物有离子化 能力所以可以充当阴离子交换树脂，大大提高了萃取效率，该法应用到自来水的 测定中，可以使得磷酸根的检测限达到耀儿级别。 对于浓酸浓碱溶液中的阴离子测定，以往都是使用离子交换树脂处理基体离 子，但离线处理存在玷污问题，难以得到稳定的空白。为了解决这个问题，可以 使用中和器来中和酸碱，中和器是由电化学自再生抑制器( e r i s ) 和中和池组 成，是一种降低高浓度酸碱基体的较为离线样品前处理方法，而且可以实现离子 色谱联用的全自动化【3 l a 4 、应用 i c 在含磷化合物的测定方面主要在于正磷酸盐的测定，此外，它也应用于 其它含磷化合物形态的测定。 l g 浙江大学硕士学位论文 4 1 磷酸根和总磷的测定 美国环保局方法e p a 3 0 0 o 于1 9 9 3 公布，是离子色谱测定水中的常规阴离子 的通用方法，至今也广为接受。方法以1 8m m o l ，l n a 2 c 0 3 1 7n u n o 儿n a h c 0 3 为淋洗液，a s 4 a 为分离柱，抑制电导检测，分离测定饮用水和环境中的磷酸根 和其它六种常规阴离子。随后，又公布了e p a 3 0 0 1 方法，是以a s 9 h c 分离柱， 9 o m m o l l n a 2 c 0 3 淋洗液。j a c k s o ne ta 1 【3 5 ，3 6 】比较了不同的碳酸根和氢氧根兼容 的色谱柱在水样品测定方面的优劣。实验结果发现，使用淋洗液发生器和a s l 7 柱，虽然磷酸根保留时间变长但是却有较高的柱容量。k a n l l a r k a r 刚使用i c f i a 的方法分析高浓度硫酸根基体中的磷酸根和其它两种营养元素( 硝酸根和氨) ， 在9 l o m g l 硫酸根存在的情况下，照常能基线分离，浓度比为1 ：2 2 0 0 。 在总磷的测定中，存在高浓度的其它非测定干扰离子的情况下，可以使用柱 切换等在线预处理技术( 3 、干扰离子的消除) 。 表1 3 一l 和表1 3 2 分别是常见的碳酸根体系和氢氧根体系电导检测的方法汇 总【3 2 1 。 4 2 有机膦 自然界和工业生产中，含磷化合物是非常重要的一部分。生物体内，膦酸糖 类物质起着非常重要的生物化学作用。除此之外，合成类有机膦( 烷基取代的磷 膦酸，烷基膦酸盐，双膦酸盐等) 也广泛地应用于杀虫剂，除草剂，杀菌剂和生 化武器中。测定它们在环境中的含量以及降解产物在环保和质量控制方面是非常 重要的，离子色谱在该方面也有所研究。 i c 应用较为成功的是自然界中的植酸，植酸的降解物，肌糖膦酸盐等。 离子色谱一柱后反应与分光光度法联用可用于测定植物食品中植酸含量的 方法。样品经三氯乙酸革取，阴离子浓缩柱富集植酸，然后进入阴离子交换柱进 行分配分离，以 i n 0 3 为流动相，将植酸洗提出来与柱后反应剂( o 0 2 f e c l 3 0 3 磺基水杨酸，呈紫红色) 作用。此时，试剂中的f e 被植酸中的p 0 4 3 。键合而去除， 因而产生褪色现象，最后进入流通比色池在5 0 0 n m 下测定其消光负值。本研究采 用标准加入法消除样品基体效应和系统误差，达到灵敏、精确测定的目的3 引。 另有报道用梯度淋洗，柱后衍生紫外吸收阴离子交换色谱的方法，分离和分 析植酸和其它肌醇磷酸。酸性淋洗，阴离子交换，保留机制可以把3 5 种肌醇磷 1 9 浙江大学硕士学位论文 酸( 包括同分异构体) 出峰2 7 种，并在6 5 m i l l 内完成【3 9 】。 同时利用植酸的离子化特性，用阴离子交换柱和电导检测，可以完成快速的 植酸测定。采用0 m n i p a cp a x 1 0 0 阴离子交换柱( 3 4 m m x 2 5 0 i 砌) 和0 m n i p a c p a x 1 0 0 ( 8 m m ) 预处理，阴离子抑制器( a s r s - i4 l i n ) ，氢氧化钠一水一异丙醇梯 度淋洗，在1 5 m i n 内完成分析，操作简单也避免了柱后衍生法引入操作误差【4 叭。 三四丁基膦酸( 强b u t y lp h o s p h a t c ，t b p ) ，一种膦酸类酯，是核工业中常用 的萃取剂，在使用的过程中它会降解成二四丁基膦酸和四丁基膦酸，这两种降解 产物都可以应用抑制电导检测解决，在色谱柱a s 5 和a s l l 的挑选上面，a s 5 有更好的分辨率，同时m b p 和d b p 的检测限分别可以到底2 0 p g l 和1 5 0 峙几。 有机膦酸( 甲基膦酸和乙基膦酸) 可以使用i c 分离蒸发光散射进行测定。 2 5m m o l l 碳酸氨淋洗液，i o l l p a ca s 4 a s c 色谱柱，高浓度的其它无机阴离子( 如 1 0 0 0 m 扎磷酸根) 不影响分离，检测限可达到1 蚓l 。 使用n a o h n a b 0 4 淋洗液，分离甲基膦酸，甲基丙基膦酸和其它杂质阴离 子，两种有机膦酸的检测限可以达到2 0 雌胆以下。 比较成熟常见的有机膦类离子色谱抑制电导检测方法见表1 3 1 【3 2 】。 表1 _ 3 1 磷酸根测定的碳酸根淋洗液体系文献 浙江大学硕士学位论文 a g l 2 a ，a s l 2 a i o n p a ca g 5 ，a s 5 n a 2 c o ) 0 - 3 m o 此 n a h c 0 3 2 2 m m 0 1 几 n a 2 c 0 3 2 8 m m 0 1 几 n a h c q 伯再生模式) a s r s 物提取物 磷酸腐蚀处 4 3 理铅管样品 n a 0 hg m d i c n t i o n p a ca s l of 5 0 _ j 2 4 唧o l ，l 1 0 n p a c a g l 5 ，a s l 5 a g l l a s l l i o n p a c a g l 6 a s l 6 a n a o h l 抑制电导 高浓度硝酸根样品 4 4 a m m s ( 4 m m ) e i e c l 蛐c a i 】y g c n e r a l c dk o h a e s ( 自再生模式)0 0 7 9 p 叽发电j 水样品 g r a d i e n t ( 7 - 4 0 m m o i 几1 n a o hg r a d i t s f 0 5 4 0m m o l ，l n a o h 、 e i c c 廿o l ”i c a i l y g e n e r a i e dk o h g m d i e n t ( 1 5 5 5m m o l n 0 a s r s u l t r a _ 2 咖 0 8 p 班 ( 外加水模式) a s r s - u 1 t r a 标准样品3 0 9 i 4 6 过氧化氢溶液 标准样品，地表水4 7 i o n p a c a s r s u l t r a - 4 m m 2 0m m o l 几n a o h 0 0 5 以纯净石英 4 8 a g l 7 ，a s l7 ( 自再生模式) 2 l m 脚 m _ 量 m 如 c 浙江大学硕上学位论文 表1 4 - 3 有机膦文献 对象色谱柱流动相检测类型样品文l 含磷无机睃：次磷 酸，亚磷酸，正磷 酸 抑制电导5 3 峙几( i p 0 2 - ) i o l l p a 6 1 7 电解k o h 发生器 a s s r - u l 缸( 外 3 1 耀几( h p 0 ，2 地热水 4 1 i o n p a ca s l 7 ( 0 、5 0 5r n m o l ，l 1 磷酸膦酸 b t s a o p 单氟磷酸盐，正磷i o i i p 踮a g l 4 酸盐i o l l p a s l 4 1 0 n p 多聚磷酸盐： a g l1 - h c ，a s h ( p 1 一p 4a n dp 3 m ) l l - h c i 5 m o l ，l n a 2 c 0 3 20 m m o l 几 n 赴c 0 3 2 5i m l ，l h a h c 0 ， 在线淋洗液发生 器或手工配制 k o hf 3 0 2 0 0 o l ，l 、 i o n p a c电解k o h 淋洗液 加水)3 4 肚g 几( 耶q 2 _ ) o 0 5p 叽( h p q l 含磷酸的气 抑制电导 抑制电导 a s r s ( 自再生 模式1 抑制电导 a s r s u l t r a