离子色谱讲座剖析

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1、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

2、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

3、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 - 、 PO4

4、3- ) ，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/Lmg/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,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（S

5、AX，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,SO-3,SO-3,SO-3,SO-3,SO-3,SO-3,SO-3,0.1 mm Diameter Latex,Core,Ion Exchange Surface,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(

6、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,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。

7、,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 Suppression Time Line,Fiber suppression commercialized,MicroMembrane Suppressors introduced,AutoRegen introduced,SRS-I AutoSuppression introduced

8、,2-mm MicroMembrane Suppressors introduced,SRS-II introduced,1981,1985,1987,1991,1992,1997,1975,SRS-ULTRA Suppressors introduced,1998,2000,MMS III Suppressors introduced,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

9、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- H2CO3 Na+, OH- H2O,抑制器的作用,阴离子抑制器,淋洗液 (Na2CO3),分析柱,HF, HCI, H2SO4 in H2CO3,NaF, NaCl, Na2SO4 in Na2CO3,废液,H2O,无抑制器,Counter Ions,S,Time,S,Time,有抑制器,废液,H2O,H+,Na+,样品 F , CI , SO42-,-,-,F,SO42,CI,-,-,-,F

10、,SO42,CI,-,-,-,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,X-: 样品中的阴离子 Y+: 样品中的阳离子,H2O,H2O,OH-,H2O Na+ Y+ X- Na+ CO32- (样品, 淋洗液),电极 （）,电极 （）,纯水或来自检 测器的流体,阳离子交换膜,阳离子交换膜,抑制器的工作原理 (阴离子),H2O,H2O,废液 / 气体,废液,H2O SO42- Y+ X- H+ MSA- (样品e, 淋洗液）,H+,X-: 样品中的阴离子 Y+: 样

11、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,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、NaAc,5 离子色谱的检测方式,电导

12、 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

13、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0.45m 或0.22m 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

14、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,On Guard Ag :Ag 型阳离子交换树脂 除卤素 Cl- On Guard H :H 型阳离子交换树脂 除阳离子 On Guard A :HCO3 型阴离子交换树脂 除阴离子 On Guard RP : 二乙烯基苯聚合物 去除疏水性物质如表面活性剂 On Guard P :聚乙烯吡硌烷酮聚合物 去除苯酚、染料 On Guard Ba :Ba 型阳离子交换树脂 去除硫酸根,预处理柱,准备,进样,萃取,萃取 ,固相萃取,Retention time (min),Retention time (min),处理前,OnGuard-Ag,处理后,1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. ,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，