离子色谱法原理及应用.ppt

离子色谱法原理及应用 内容提要 一离子色谱法定义及分离方式二离子色谱仪的组成三影响保留的因素四样品前处理方法五离子色谱在环境监测中的应用 一离子色谱法的定义及分离方式 离子色谱 IC 是高效液相色谱 HPLC 的一种 是分析阴离子和阳离子的一种液相色谱方法 离子色谱的分离机理主要是离子交换 分离方式有3种 高效离子交换色谱 HPIC 离子排斥色谱 HPIEC 和离子对色谱 MPIC 其中 HPIC用低容量的离子交换树脂 分离机理主要是离子交换 HPIEC用高容量的树脂 分离机理主要为离子排斥 MPIC用不含离子交换基团的多孔树脂 分离机理主要基于吸附和离子对的形成 A 高效离子交换色谱法 HPIC 分离是基于流动相和键合在基质上的离子交换基团之间的离子交换过程 也包括部分非离子的相互作用 这种分离方式主要用于有机和无机阴离子和阳离子的分离 离子交换功能基为季铵基的树脂用作阴离子分离 为磺酸基和羧酸基的树脂用作阳离子分离 B 高效离子排斥色谱 HPICE 分离是基于固定相和被分析物之间三种不同的作用 Donnan排斥 空间排斥和吸附作用 这种分离方式主要用于弱的有机和无机酸及醇类的分离 C 离子对色谱法 MPIC 分离是基于被分析物在分析柱上的吸附作用 分析柱的选择性主要取决于流动相的组成和浓度 流动相除了加入有机改性剂之外 还需加入离子对试剂 这种分离方式可用于表面活性阴离子和阳离子以及过渡金属配合物的分离 D 其它分离方式 二离子色谱仪的组成 1贮液罐2输液泵3进样器4分离柱5抑制器6检测器 电导 紫外 7色谱工作站 离子色谱系统示意图 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 安培 检测器 数据采集和仪器控制 进样器 光检测器 电导池 安培池 紫外可见 荧光 二极管阵列等 由示意图知 离子色谱仪的构成与HPLC相同 主要由输液系统 进样系统 分离系统 检测系统和数据处理系统构成 不同之处是IC的流动相要求耐酸碱腐蚀以及在可与水互溶的有机溶剂 甲醇 乙腈 中不溶胀的系统 即所有管路 接头 阀门等都用耐酸碱腐蚀的聚醚醚酮 PEEK 材料的全塑IC系统 离子色谱与液相色谱的区别 1 色谱柱 离子交换色谱柱的填料是阴 阳离子交换剂 是在有机高聚物或硅胶上接枝有机季胺或磺酸基团 阴离子交换柱用于分离阴离子 阳离子交换柱用于分离阳离子 离子对色谱中现在最常用的是反相离子对色谱 它使用反相色谱中常用的固定性如ODS 2 流动相 淋洗液 流动相通常用缓冲溶液 有时加入适量与水互溶的有机溶剂 甲醇或乙腈 1阳离子硫酸 甲基磺酸 盐酸 硝酸 高氯酸溶液2阴离子B4O72 OH HCO3 CO32 3有机改性剂甲醇乙腈异丙醇 抑制型电导检测阴离子交换色谱常用流动相 淋洗剂Na2B4O7NaOHNaHCO3NaHCO3 Na2CO3H2NCH R COOH NaOHRNHCH R SO3H NaOHNa2CO3 抑制产物H3BO3H2OCO2 H2OCO2 H2OH3N CH R COO RNH2 CH R SO3 CO2 H2O 淋洗强度很弱弱弱中等强度中等强度中等强度强 在抑制过程中容易转变成弱电解质 3 离子色谱的检测器 离子色谱的检测器分为两个类 即电化学检测器和光学检测器 电化学检测器包括电导 抑制型和非抑制型 安培检测器 直流安培 脉冲安培和积分安培检测器 光学检测器包括紫外 可见和荧光 1 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主要用于测定无机阴 阳离子和部分极性有机物 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 比如I S2 CN 糖类 氨基酸等分为直流安培 脉冲安培 积分安培 紫外 可见光度法和荧光法紫外直接吸收或可见光光度法测定选择性强如NO2 Br NO3 可进行柱后衍生 如铬酸盐 过渡金属 稀土金属等以及有机污染物的检测 其它检测方式 质谱检测法IC MS IC ICP MS 4 离子色谱的抑制器 工作原理 选用弱酸的碱金属盐 碳酸盐 碳酸氢盐等 为分离阴离子的淋洗液 无机酸 盐酸或硝酸 为分离阳离子的淋洗液 当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 H 型强酸性阳离子交换树脂填充柱 分析阳离子时 则通过OH 型强碱性的阴离子交换树脂柱 这样 阴离子淋洗液中的弱酸盐被质子化生成弱酸 阳离子淋洗液中的强酸被中和生成水 从而使淋洗液本身的电导大大降低 抑制器的作用 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 三是消除反离子峰对弱保留离子的影响 抑制器的发展抑制器的发展经历了四个阶段 第一阶段 树脂填充的抑制器 最早的抑制器 第二阶段 管状纤维膜抑制器第三阶段 平板微膜抑制器第四阶段 自身再生抑制器 具有高的抑制容量 快的平衡时间 不需化学再生液 它是在平板微膜抑制器的基础上发展起来的 与平板微膜抑制器都称为微膜抑制器 抑制容量高 满足梯度洗脱的要求 三影响保留的因素 1 淋洗液流速和分离柱长度增加淋洗液流速 可缩短保留时间但不能改变分离度 增加分离柱的长度 保留时间也增加 2 固定相的选择固定性选择主要有三个因素 固定相的组成 离子交换位置的类型和离子交换位置的结构 3 流动相的选择流动相影响分离选择性的因素主要有 淋洗液的组成 浓度和pH值 非离子型淋洗液改进剂和温度 增加淋洗液的浓度 可以缩短保留时间 而且淋洗离子浓度的增加使二价溶质离子保留时间的减少明显大于一价溶质离子保留时间的减少 因此 改变淋洗液浓度以改变一价和二价离子之间分离的选择性是IC中普遍使用的方法 4 溶质本身的性质包括电荷数 价态 离子半径 极化程度 疏水性和酸碱的强度 一般情况是溶质的电荷数越大 保留越强 如SO42 NO3 离子半径越大 保留越强 如F SO42 过滤样品中除去颗粒物用0 45 m或0 22 m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 对于废水经处理后或分析物浓度高时 先至少稀释100倍 再进样 降低干扰物的浓度 去除干扰物有机物含量高时 用有机溶剂进行萃取去除干扰 固相萃取柱 C18 离子交换树脂柱等 去除有机物和金属处理后经0 45 m滤膜过滤 四样品处理的方法 C18小柱 去除有机污染物OnGuardAg Ag型阳离子交换树脂除卤素Cl OnGuardH 手动填充 H型阳离子交换树脂除阳离子OnGuardA HCO3型阴离子交换树脂除阴离子OnGuardRP 二乙烯基苯聚合物去除疏水性物质如表面活性剂OnGuardP 聚乙烯 吡硌烷酮聚合物去除苯酚 染料OnGuardBa Ba型阳离子交换树脂去除硫酸根 预处理柱 五离子色谱在环境中的应用 离子色谱在环境监测中主要应用于无机阴离子 甲酸 乙酸及碱金属阳离子和铵离子的分析 针对每种具体方法 建议多关注干扰部分和注意事项部分 考点较多 无机阴离子分析 原理 当水样随淋洗液通过阴离子分离柱时 由于各组分对低容量强碱性阴离子树脂的亲和力不同而分开 被分离的阴离子在流经抑制柱 强酸型阳离子树脂 时被转变为高电导的酸 淋洗液则转变为弱电导的酸或水 用电导检测器测量生成的酸型阴离子 注意事项 1 当水负峰干扰F 或Cl 测定时 可利用淋洗液配制样品和标准溶液 使样品和标准溶液含有相同的淋洗液浓度来消除水负峰的干扰 2 不被色谱柱保留或弱保留的阴离子 如乙酸 甲酸 干扰F 或Cl 测定时 可改用弱淋洗液 硼酸钠 进行洗脱或利用梯度淋洗 3 水样采集后应尽快分析 否则应在4 下保存 一般不加保存剂 4 对于污染严重的样品 用预处理柱 阳离子交换柱 可有效去除水样中的油溶性有机物和重金属离子 同时对所测定无机阴离子不发生吸附 5 保留时间相近的两种离子 因浓度相差太大而影响低浓度阴离子测定时 可用加标的方法测定低浓度阴离子 6 在每个工作日或淋洗液改变时或分析20个样品后 都要对校准曲线进行校准 若任何一个离子的响应值或保留时间大于预期值的 10 时 必须用新的校准标样重新测定 如果其测定结果仍大于 10 时 则需要重新绘制该离子的校准曲线 7 离子色谱法所用去离子水的电导率应小于0 5us cm 并用微孔滤膜过滤 环境空气中甲醛分析 原理 甲醛经活性炭富集后 在碱性介质 NaOH 中用过氧化氢 H2O2 将甲醛氧化成甲酸进行分析 注意 1 当乙酸