离子色谱讲座

高效离子色谱的性能特点及其在化工、环境、生化等领域的应用青岛盛瀚色谱技术有限公司2009年2月目录一离子色谱概述二离子色谱的基本原理及特点三可分析的样品及其处理四离子色谱的应用一离子色谱概述1色谱的由来2离子色谱的定义和发展3离子色谱的优点4离子色谱与其它色谱的关系

1色谱的由来色谱（Chromatogrphy）是由俄国植物学家Tswett（茨维特）于1903年提出的，他在一根细长的玻璃管中装入碳酸钙粉末，然后将植物绿叶的石油醚萃取液倒入管中，萃取液的色素就被吸附在管上部的碳酸钙上，再由纯净的石油醚洗脱这些被吸附的色素，于是在碳酸钙上形成了一圈一圈的色带，这些色带被称为色谱。经过许多年的发展，“色谱”一词已涵盖许多技术领域。新型固定相发展，和气体、液体以及超临界流体作为可动相的使用，色谱逐渐成为最为有效的分离分析手段。离子色谱是色谱技术的一个分支。2离子色谱的定义和发展离子色谱〔IC〕是高效液相色谱的一种。是以分析离子为主的一种液相色谱方法。现代IC的开始源于H.Small及其合作者的工作，他们于1975年发表了第一篇IC论文，采用第二根柱-抑制柱来提高分析的灵敏度，同年商品化仪器问世。1979年Fritz等人提出了另一种分离分析无机阴离子的方法，不采用抑制柱，即非抑制型离子色谱。早期的离子色谱主要用于阴离子分析，现在在无机和有机阴、阳离子及高极化分子分析起到了重要的作用。体现在：离子色谱在对元素不同价态的分析及在线浓缩富集和基体消除方面有其优势。在强碱性介质中，单糖和低聚糖以阴离子方式存在，用安培检测器，直接进样检测浓度可达pmol/L。离子色谱可用于氨基酸分析，无须衍生，用安培检测器，检测浓度可达pmol/L。采用多维分离柱（离子交换、离子对、反相分离机理），可同时分离离子型和非离子型化合物。淋洗液在线发生器-只加水模式（KOH）3离子色谱的优点1快速、方便对常规的7种阴离子(F-、

Cl-

、Br-

、NO2-

、NO3-

、SO42-、

PO43-)，6种常见的阳离子(Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+)分析时间小于10min。2灵敏度高分析浓度为ug/L～mg/L，最低可达10-12g/L。3选择性好4可同时分析多种离子化合物分离柱的稳定性好，容量高苯乙烯/二乙烯苯填料高PH及有机溶剂稳定

离子色谱液相色谱气路（氮气或氦气）对用NaOH流动相，用于保护流动相以免同空气接触。其它系统可以不用气路，用量少。一般无，但ELSD和MS需要，用量大。流路系统全peek材料，耐强酸强碱和一般反相有机试剂特殊金属材料为主，耐有机溶剂，不耐强酸强碱流动相以强酸强碱为主，兼反相系统，不能用于正相。流动相种类少正反相系统兼离子交换。种类相对较多。试剂要求对去离子水要求极高，大于17.8mΩ,成本很高。有机试剂也要考虑离子杂质，至少HPLC级。水要求相对较低，大于10mΩ，成本不高。要求HPLC级试剂。色谱柱通用性较差，样品对柱子有很强的选择性，品牌少选择余地小，价格高。通用性强，品牌多选择余地大，价格相对较低。抑制器有二种：单柱法（无）和双柱法，灵敏度高用电导时，测定阴离子可以需要。检测器以电导为主，可以用PAD、UV、FU、MS等以紫外为主，其它的有FU、DAD、RI、PAD、ELSD、MS、ED等分析对象早期以阴离子为主，现可以分析无机、有机阴阳离子，也可分析极性的有机物，糖及生物大分子等。分子对象范围较小，以离子化合物为主。可以分析部分无机物，但灵敏度低。以有机物为主，选择不同的柱子可以分子各种大小分子。分析对象范围大。4离子色谱与液相色谱的区别二离子色谱的基本原理及特点1离子色谱的柱填料及类型2离子色谱的基本原理3抑制器的基本工作原理及发展4淋洗液的组成5

离子色谱的检测方式1离子色谱的柱填料及类型

一些天然化合物如沸石和微晶高岭土，可以无机离子交换剂。HPLC中在硅胶表面键合离子交换剂（SAX，SCX型），其特点是耐压。但PH范围窄，2-8。HPIC中采用苯乙烯-二乙烯苯共聚的离子交换树脂。其特点是交换迅速，在宽PH范围内稳定，有较好的机械强度，但柱效比硅胶柱低。薄壳型阴离子交换树脂的结构5µmSO-3SO-3SO-3SO-3SO-3SO-3SO-30.1mmDiameterLatexCoreIonExchangeSurfaceR3N+R3N+N+R3N+R3N+R3R3N+R3N+N+R3N+R3R3N+R3N+N+R3N+R3R3N+R3N+N+R3N+R3离子色谱的柱类型阴离子交换柱阳离子交换柱离子排斥柱多维色谱柱糖柱氨基酸柱、DNA柱、蛋白柱2离子色谱的基本原理离子色谱是高效液相色谱的一种模式，其定义同高效液相色谱。经典的离子交换色谱与现代离子色谱(HPIC)，在进样方式，分离类型和检测系统上，有较大的区别。HPIC以离子交换机理为主，以电导为主要检测器，主要检测对象早期为无机阴阳离子，后应用到其它领域。抑制器是一个重要的部件，可大大提高灵敏度。慢中等快Temporalcourse淋洗液色谱分离示意图A.

高效离子交换色谱法（HPIC）：分离是基于发生在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。这种分离方式可用于有机和无机阴离子和阳离子的分离。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。离子色谱的分离方式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可动相的组成和浓度。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络和物的分离。D.其它分离方式3抑制器的基本工作原理及发展

SuppressionTimeLineFibersuppressioncommercializedMicroMembraneSuppressorsintroducedAutoRegen®introducedSRS®-IAutoSuppression®introduced2-mmMicroMembraneSuppressorsintroducedSRS-IIintroduced1981198519871991199219971975SRS-ULTRASuppressorsintroduced19982000MMSIIISuppressorsintroduced抑制器发展的四个阶段1树脂填充式抑制器（1975）不能连续工作，死体积大2管状纤维膜抑制器（1981）可连续工作，容量中等，机械强度较差3平板微膜抑制器（1985）可连续工作，高容量。可进行梯度洗脱4自身再生抑制器（1992）通过电解水产生所需离子，平衡快，背景低，可在40%反相有机溶剂中使用。

1提高待测离子的电导值：

提高灵敏度Na+,Cl-H+,Cl-2降低背景电导(淋洗液):

减少噪音Na+,HCO3-H2CO3Na+,OH-H2O抑制器的作用阴离子抑制器淋洗液(Na2CO3)分析柱HF,HCI,H2SO4inH2CO3NaF,NaCl,

Na2SO4inNa2CO3废液H2O无抑制器CounterIonsSTimeSTime有抑制器废液H2OH+Na+样品F,CI,SO42---FSO42CI---FSO42CI---阳极阴极OH-

电极－电极＋离子交换膜离子交换膜淋洗液格网再生液格网再生液格网自分离柱

至检测池排放

检测池或再生液瓶自动再生连续抑制器的结构Y+Na+

X-:

样品中的阴离子Y+:

样品中的阳离子H2OH2OOH-Na+Y+H2ONa+Y+

X-

Na+CO32-(样品,淋洗液)H+H++CO32-H++X-

至检测器H2CO3H+X-H+

+O2H2OH2

+OH-H2ONa+OH-,H2H2O,O2废液废液电极（－）电极（＋）纯水或来自检测器的流体

H+H+H+H+阳离子交换膜阳离子交换膜抑制器的工作原理(阴离子)H2OH2OH+

+O2H2OH2

+OH-H2O废液/气体废液H2OSO42-Y+

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

H+

至检测器H2OY+OH-X-:

样品中的阴离子Y+:

样品中的阳离子电极（＋）电极（－）阴离子交换膜阴离子交换膜纯水或来自检测器的液体

抑制器的工作原理(阳离子)

淋洗液泵

进样阀

柱抑制器检测池废液反压管电源循环再生模式流程图

溶離液泵柱废液废液纯水电源加压进样阀抑制器

检测池反压管外加水模式流程图

溶離液泵柱废液废液再生液加压进样阀抑制器检测池化学再生模式流程图4淋洗液的组成1阳离子硫酸、甲基磺酸、盐酸、硝酸2阴离子

B4O72-

、OH-

、HCO3-

、CO32-3有机改性剂甲醇、乙腈、异丙醇4糖及氨基酸

NaOH、NaAc5离子色谱的检测方式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分为直流安培，脉冲安培，积分安培紫外－可见光度法紫外直接吸收或可见光光度法测定选择性强可进行柱后衍生荧光法

HPLC质谱检测法三高效离子色谱仪的组成1泵2流动相3进样阀4色谱柱5抑制器6柱箱7检测器8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检测器数据采集和处理进样器电导池(安培池)四可分析的样品及其预处理1碱金属和碱土金属，短链有机胺2无机阴离子3小分子有机酸4单糖、双糖及线性寡糖5极性及非极性有机化合物离子色谱送样的注意点1注明须测化合物的结构2被测组分的大致浓度3如果是水溶液注明酸碱性，固体则注明溶解性3被测组分是常量还是微量4其它可能存在的干扰离子5是否存在有机化合物样品的预处理首先弄清被测组分的浓度，高浓度的样品极易损伤色谱柱高浓度有机物及基体中微量无机离子的测定应采用特殊方法处理样品一般储存在塑料瓶（聚丙稀，PP）中，注意样品稀释的空白过滤样品中除去颗粒物用0.45μm

或0.22μm

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.降低干扰物的浓度.去除干扰物预处理柱，超滤固相萃取・液相萃取・离心・盐析在线柱处理样品处理的方法OnGuardAg:Ag型阳离子交换树脂除卤素Cl-OnGuardH

: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准备进样萃取１萃取２固相萃取

02468101214Retentiontime(min)010mS02468101214Retentiontime(min)010mS１２３４５６７１３５６７处理前

OnGuard-Ag处理后1.Ｆ－

2.Ｃｌ－

3.ＮＯ２－

4.Ｂｒ－

5.ＮＯ３－

6.ＨＰＯ４２－

7.ＳＯ４２－

六离子色谱在环境、化工、生化等领域的应用

目前离子色谱的应用已经渗透到众多领域。应用的范围从分析水中常见阴阳离子和有机酸，发展到分析极性有机化合物以及生物样品中的糖（单糖、寡糖）氨基酸、肽、蛋白质等。环境分析是离子色谱的重要应用领域，主要是样品中阴阳离子以及对环境有害物质的分析，特别是价态和形态的分析。着重在饮用水，生活污水和工业废水的分析。

90年代以来，微电子行业发展很快，对半导体制造中使用的超纯水的分析，是IC应用的一个重要方面。另外核电厂、火力发电厂的水质分析也离不开离子色谱。在食品和饮料分析中，有机酸、阴阳离子、胺和糖等分析已十分广泛。电力冷却水/HPW

锅炉蒸汽中的杂质食品/饮料酒/饮料/糖果

饮料中有机酸造纸./纸浆纸浆液・处理水

张纸和液体中的离子农业肥料