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1、 离子色谱分析方法的开发步骤水合能高和疏水性弱的离子，如 Cl-或 K ，最好用 HPIC 分离。水合能低和疏水性强的离子，如高氯酸(ClO4-) 或四丁基铵，最好用亲水性强的离子交换分离柱或 MPIC 分离。有一定疏水性也有明显水合能的 pKa 值在1与7 之间的离子，如乙酸盐或丙酸盐，最好用 HPICE 分离。有些离子，既可用阴离子交换分离，也可用阳离子交换分离，如氨基酸，生物碱和过渡金属等。 很多离子可用多种检测方式。例如测定过渡金属时，可用单柱法直接用电导或脉冲安培检测器，也可用柱后衍生反应，使金属离子与 PAR 或其它显色剂作用，再用 UV/VIS 检测。一般的规律是：对无紫外或可见
2、吸收以及强离解的酸和碱，最好用电导检测器;具有电化学活性和弱离解的离子，最好用安培检测器;对离子本身或通过柱后反应后生成的络合物在紫外可见有吸收或能产生荧光的离子和化合物，最好用 UV/VIS 或荧光检测器。若对所要解决的问题有几种方案可选择，分析方案的确定主要由基体的类型、选择性、过程的复杂程度以及是否经济来决定。表5-3和表5-4 总结了对各种类型离子可选用的分离方式和检测方式。 离子色谱柱填料的发展推动了离子色谱应用的快速发展，对多种离子分析方法的开发提供了多种可能性。特别应提出的是在 pH0-14的水溶液和100%有机溶剂(反相高效液相色谱用有机溶剂)中稳定的亲水性高效高容量柱填料的商
3、品化，使得离子交换分离的应用范围更加扩大。常见的在水溶液中以离子形态存 在的离子，包括无机和有机离子，以弱酸的盐(Na2CO3/NaHCO3,KOH、NaOH) 或强酸(H2SO4、甲基磺酸、HNO3 、HCl) 为流动相，阴离子交换或阳离子交换分离，电导检测，已是成熟的方法，有成熟的色谱条件可参照。对近中性的水可溶的有机“大”分子(相对常见的小分子而言) ，若待测化合物为弱酸，则由于弱酸在强碱性溶液中会以阴离子形态存在，因此选用较强的碱为流动相，阴离子交换分离;若待测化合物为弱碱，则由于在强酸性溶液中会以阳离子形态存在，选用较强的酸作流动相，阳离子交换分离;若待测离子的疏水性较强，由于与固定
4、相之间的吸附作用而使保留时间较长或峰拖尾，则可在流动相中加入适量有机溶剂，减弱吸附，缩短保留时间、改善峰形和选择性。对该类化合物的分离也可选用离子对色谱分离，但流动相中一般含有较复杂的离子对试剂。此外，对弱保留离子可选用高容量柱和弱淋洗液以增强保留，对强保留离子则反之。表5-3、表5-4列出了离子色谱中常用的两种主要检测器: 电化学检测器(包括电导和安培)和光学检测器。在水溶液中以离子形态存在的离子，即较强的酸或碱，应选用电导检测器。具有对紫外或可见光有吸收基团或经柱后衍生反应后(IC中较少用柱前衍生)生成有吸光基团的化合物，选用光学检测器。具有在外加电压下可发生氧化或还原反应基团的化合物，可
5、选用直流安培或脉冲安培检测。对一些复杂样品，为了一次进样得到较多的信息，可将两种或三种检测器串联使用。 2 色谱条件的优化 2.1 改善分离度 (1)稀释样品 对组成复杂的样品，若待测离子对树脂亲合力相差颇大，就要作几次进样，并用不同浓度或强度的淋洗液或梯度淋洗。若待测离子之间的浓度相差较大，而且对固定相亲合力差异较大，增加分离度的最简单方法是稀释样品或做样品前处理。例如盐水中 SO42-和 Cl-的分离。若直接进样，在常用的分析阴离子的色谱条件下，其色谱峰很宽而且拖尾，30min 之后 Cl-的洗脱仍在继续，表明进样量已超过分离柱容量。在这种情况下，在未恢复稳定基线之前不能再进样。若将样品稀
6、释10倍之后再进样就可得到 Cl-与痕量 SO42-之间的较好分离。对阴离子分析推荐的最大进样量，一般为静态柱容量的30%，超过这个范围就会出现大的平头峰或肩峰。 表5-3分离方式和检测器的选择(阴离子) 分析离子分离方式检测器 无机 阴离子亲水性强酸 F-、Cl-、NO2-、Br-、SO32- 、NO3-、PO43-、SO42-、ClO- 、ClO2-、ClO3-、BrO4-、低分子量有机酸阴离子交换电导、UV SO32-离子排斥安培 砷酸盐、硒酸盐、亚硒酸盐阴离子交换电导 亚砷酸盐离子排斥安培 弱酸 BO32-、CO32-离子排斥电导 SiO32-离子交换、离子排斥柱后衍生,VIS 疏水性
7、 CN-、HS-(高离子强度基体) BF4- 、S2O32-、SCN-、ClO4-、I- 离子排斥 阴离子交换、离子对安培 电导 缩合磷酸剂 多价螯合剂未络合 已络合阴离子交换 阴离子交换柱后衍生,VIS 电导 金属络合物 Au(CN)2-、Au(CN)4- 、Fe(CN)64- 、Fe(CN)63-EDTA-Cu 离子对 阴离子交换电导 电导 有机 阴离子羧酸一价脂肪酸，C5芳香酸离子对/阴离子交换电导，UV 一至三价一元、二元、三元羧酸 无机阴离子 羟基羧酸、二元和三元羧酸 醇阴离子交换 离子排斥电导 电导 磺酸烷基磺酸盐、芳香磺酸盐离子对，阴离子交换电导，UV 醇类 C6离子排斥安培 表
8、5-4分离方式和检测器的选择(阳离子) 分析 离 子分离方式检测器 无机阳离子 Li 、Na 、K 、Rb 、Cs 、Mg2 、Ca2 、Sr2 、Ba2 、NH4 阳离子交换电导 过度金属 Cu2 、 Ni2 、 、Zn2 、Co2 、 Cd2 、Pb2 、Mn2 、Fe2 、Fe3 、Sn2 、Sn4 、Cr3 、V4 、V5 、UO2 、 Hg2 Al3 Cr6 (CrO42-)阴离子交换/阳离子交换 阳离子交换 阴离子交换柱后衍生 VIS 电导 柱后衍生 VIS 柱后衍生 VIS 镧系金属 La3 、Ce3 、Pr3 、Nd3 、Sm3 、Eu3 、Gd3 、Tb3 、Dy3 、Ho3
9、 、Er3 、Tm3 、Yb3 、Lu3 阴离子交换、阳离子交换柱后衍生 VIS 有机阳离子低分子量烷基胺，醇胺，碱金属和碱土金属阳离子交换电导、安培 高分子量烷基胺，芳香胺，环己胺，季胺，多胺阳离子交换，离子对电导、紫外、安培 (2)改变分离和检测方式 若待测离子对固定相亲合力相近或相同，样品稀释的效果常不令人满意。对这种情况，除了选择适当的流动相之外，还应考虑选择适当的分离方式和检测方式。例如，NO3-和 ClO3-，由于它们的电荷数和离子半径相似，在阴离子交换分离柱上共淋洗。但 ClO3-的疏水性大于 NO3-，在离子对色谱柱上就很容易分开了。又如 NO2-与 Cl-在阴离子交换分离柱上
10、的保留时间相近，常见样品中 Cl-的浓度又远大于 NO2-，使分离更加困难，但 NO2-有强的 UV 吸收，而Cl-则很弱，因此应改用紫外作检测器测定 NO2-，用电导检测 Cl-，或将两种检测器串联，于一次进样同时检测 Cl-与 NO2-。对高浓度强酸中有机酸的分析，若采用离子排斥，由于强酸不被保留，在死体积排除，将不干扰有机酸的分离。(3)样品前处理 对高浓度基体中痕量离子的测定，例如海水中阴离子的测定，最好的方法是对样品作适当的前处理。除去过量 Cl-的前处理方法有：使样品通过 Ag 型前处理柱除去 Cl-，或进样前加 AgNO3到样品中沉淀 Cl-;也可用阀切换技术，其方法是使样品中弱
11、保留的组分和90% 以上的 Cl-进入废液，只让10% 左右的 Cl-和保留时间大于 Cl-的组分进入分离柱进行分离。 (4)选择适当的淋洗液 离子色谱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应有相近的亲合力。下面举例说明选择淋洗液的一般原则。用 CO32-/HCO3-作淋洗液时，在 Cl-之前洗脱的离子是弱保留离子，包括一价无机阴离子、短碳链一元羧酸和一些弱离解的组分，如 F-、HCOO-、CH3COO-、AsO2-、CN-和 S2-等。对 HCOO-、CH3COO-、与F-、Cl-等的分离应选用较弱的淋洗离子，常用的弱淋洗离子有 H
12、CO3-、OH-和B4O72-。由于 HCO3-和 OH-易吸收空气中 CO2，CO2 在碱性溶液中会转变成CO32-，CO32-的淋洗强度较 HCO3-和 OH-大，因而不利于上述弱保留离子的分离。B4O72-亦为弱淋洗离子，但溶液稳定，是分离弱保留离子的推荐淋洗液。中等强度的碳酸盐淋洗液对高亲和力组分的洗脱效率低。对离子交换树脂亲合力强的离子有两种情况，一种是离子的电荷数大，如 PO43-、AsO43-和多聚磷酸盐等;一种是离子半径较大，疏水性强，如 I-、SCN-、S2O32-，苯甲酸和柠檬酸等。对前者以增加淋洗液的浓度或选择强的淋洗离子为主。对后一种情况，推荐的方法是在淋洗液中加入有机
13、改进剂(如甲醇、乙腈和对氰酚等) 或选用亲水性的柱子，有机改进剂的作用主要是减少样品离子与离子交换树脂之间的非离子交换作用，占据树脂的疏水性位置，减少疏水性离子在树脂上的吸附，从而缩短保留时间，减少峰的拖尾，并增加测定灵敏度。 在离子色谱中，可由加入不同的淋洗液添加剂来改善选择性，这种淋洗液添加剂只影响树脂和所测离子之间的相互作用，而不影响离子交换。对与树脂亲合力较强的离子，如一些可极化的离子，I-和 ClO4-，以及疏水性的离子，苯甲酸和三乙胺等，在淋洗液中加入适量极性的有机溶剂如甲醇或乙腈，可缩短这些组分的保留时间并改善峰形的不对称性。为了减少样品离子与树脂之间的 非离子交换作用，减少树脂
14、对疏水性离子的吸附，在阴离子分析中，可在淋洗液中加入对氰酚。如测定1%NaCl 中的痕量 I-和 SCN-时，加入对氰酚占据树脂对 I-和 SCN-的吸附位置，从而减少峰的拖尾并增加测定的灵敏度。IC 中，一价淋洗离子洗脱一价待测离子，二价淋洗离子洗脱二价待测离子，淋洗液浓度的改变对二价和多价待测离子保留时间的影响大于一价待测离子。若多价离子的保留时间太长，增加淋洗液的浓度是较好的方法。 2.2 减少保留时间 缩短分析时间与提高分离度的要求有时是相矛盾的。在能得到较好的分离结果的前提下分析的时间自然是越短越好。为了缩短分析时间，可改变分离柱容量、淋洗液流速、淋洗液强度，在淋洗液中加入有机改进剂和用梯度淋洗技术。 以上方法中最简便的是减小分离柱的容量，或用短柱。例如用3500mm分离柱分离 NO3-和 SO42-，需用18min，而用3250mm 的分离柱，用相同浓度的淋洗液只用9min。但 NO3-和 SO42-的分离不好，若改用稍弱的淋洗液就可得到较好的分离。 大的进样体积有利于提高检测灵敏度，但导致大的系统死体积，即大的水负峰，因而推迟样品离子的出峰时间。如在 Dionex 的 AS11柱上用 NaOH 为淋洗液，进样量分别为25L 、250L 和750L 时，F-的保留时间分别为
