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【分享】离子色谱基础知识及原理介绍

  • 问无止境!
    2010/06/29
  • 私聊

离子色谱(IC)

  • 离子色谱(Ion Chromatography,简称IC)是由经典的离子交换色谱发展起来的新型液相色谱分析技术,具有快速、灵敏、选择性好、且可同时测定无机或亲水性有机阴、阳离子等多种组分的特点。IC已被广泛用于环境、电力、半导体、生物、医药、化工等多个领域,目前离子色谱作为色谱的一个大类,在色谱领域的应用和使用量,在高效液相色谱气相色谱之后,列第三位。近年来IC的发展速度迅速,超过了高效液相色谱气相色谱的发展速度。

    阳离子交换柱用于分离阳离子样品,阴离子交换柱用作分离阴离子样品。缓冲溶液作为洗脱液,经泵输送入色谱柱后,其阳离子或阴离子最终将色谱柱中所有可交换的离子置换出来,同时由检测器转换为恒定的信号——基线。然后,进样少量样品,样品离子即被树脂柱所接受,并与等同数量的洗脱液离子交换。如果样品中所有离子的浓度大于洗脱液的离子浓度,那么在柱顶端的总离子浓度就将增加,这就产生了一个脉动,当它沿着柱移动并通过电导检测器时即得到一个正峰;反之,则获得负峰。进样后,洗脱液离子继续不断地经泵输入色谱柱,对树脂的可交换部位与样品离子进行竞争,并且使样品离子沿着柱子移动。由于样品离子对交换树脂有不同的亲和能力,因而不同的样品离子沿柱以不同的速度移动,最后完成分离。

    一般情况下,离子交换色谱分离时淋洗液的背景电导比较高。现代离子色谱技术,采用一些新技术,可以使离子色谱的淋洗背景降低,并使被测样品的电导值提高,从而有效提高分析灵敏度。 
    离子色谱主要分为抑制型离子色谱和非抑制型离子色谱两大类。

    A)抑制型离子色谱(Suppressed IC)又称为双柱型离子色谱Double Column ICSCIC):由H.Small等最早提出,后作为美国Dionex公司专利并生产。其原理为:由于离子交换分离的洗脱液几乎都是强电解质,其电导一般要较待测离子高二个数量级,会完全掩盖待测离子的信号。为提高检测灵敏度,采用在分离柱后串联抑制柱的办法,可使洗脱液转变成低电导组分。具体方法就是采用弱酸盐作为淋洗液(OH-,碳酸盐和硼酸盐等),通过抑制器后,将它们转化为对应的弱酸(H2O,碳酸和硼酸等),以降低来自洗脱液的背景电导。另外也可将样品离子转变成相应的酸或碱,以增加其电导。

    最初的抑制柱内填充与分离柱填料相反电荷的离子交换树脂。当分析阴离子时,要用苯乙烯系列的强酸型(H+)树脂装柱;而分析阳离子时,则用苯乙烯系列的强碱型(OH-)树脂装柱。抑制柱须定期再生。抑制技术的发展经历了树脂填充型、微膜型、平板膜型、电化学自再生型抑制器等过程,使离子色谱抑制更为方便、有效。


    对于阳离子来说,分离柱装有阳离子交换填料,抑制单元则为羟基阴离子交换剂,洗脱液中典型的是H+,通过抑制单元后转变为H2O。抑制型离子色谱仪虽然价格昂贵,使用也较复杂,但灵敏度比较高,随着部分专利逐渐到期,大多数离子色谱将采用这种技术。

    抑制型离子色谱因为对淋洗液的背景电导进行抑制,因此这种离子色谱灵敏度比较高,可以测定检测下限比较低,可以测定ng/ml,甚至ng/L级含量的阴、阳离子,对于阴离子分离所采用的淋洗通常为氢氧化物、碳酸盐或硼酸盐等弱酸盐的稀溶液,也可以采用两性离子。阳离子分离通常采用酸或含苯胺类化合物,背景电导通常为1~20μS
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  • 问无止境!

    第1楼2010/06/29

    B、非抑制型离子色谱(Unsuppressed IC)又称为单柱离子色谱(Single Column ICSCIC):由美国衣阿华州立大学J.S.Fritz教授等人提出,它是一种不用抑制器,直接用电导等电化学检测器测定阴离子和阳离子的液相色谱方法。其特点是:采用足够低交换容量的分离柱,以及很稀浓度的洗脱液。进行阴离子分析时,树脂的交换容量为0.0050.10Meq/g,典型的洗脱液是1.0×10-44.0×10-4mol/L的苯甲酸、羟基苯甲酸或邻苯二甲酸的钠盐或钾盐,这些洗脱液都足够稀,从而使背景电导率相当低;大部分样品阴离子的当量电导比洗脱液阴离子要高,因此,样品浓度即使低至mg/L级也能测得。

    进行阳离子分析时,采用低容量的阳离子交换柱,与电导检测器或者其它类型的检测器相连。可以采用稀酸溶液作为洗脱液,对分离二价阳离子时也可用乙二胺盐溶液,而对二价过渡金属阳离子可以用弱的络合试剂,如乙二胺酒石酸盐等作为洗脱液。在强络合离子(Fe3+Al3+)的样品溶液中加入络合试剂(如EDTA或磺基水扬酸盐)能获得更好的选择性。由于各种碱金属离子的当量电导均比洗脱液中的H+的当量电导小(H+的摩尔电导为350mS/当量,Li+Na+K+分别为395074)。同样,二价阳离子和过渡金属离子也较乙二胺盐阳离子的当量电导小,因此样品峰相对于洗脱液的背景电导要小而呈负峰。由于两者之间当量电导的差异很大,因此检测灵敏度很好,特别是用酸作为洗脱液时更是如此。

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  • 问无止境!

    第2楼2010/06/29

    单柱型离子色谱价格便宜,使用方便,但由于背景电导与抑制型离子色谱相比,往往比较高,影响了检测下限,线性范围也相对窄一些,目前已经很少采用。
    离子色谱中最常用的检测器包括:电导检测器、分光光度检测器、荧光检测器、电化学检测器、质谱检测器以及原子吸收或发射光谱检测器。

    A、电导检测器:是IC中使用最广泛的检测器。其作用原理是用两组电极测量水溶液中离子型溶质的电导,由电导的变化确定洗脱液中被分离组分的浓度。此检测器的死体积小,若采用抑制电导法,IC体系通常可获得极低的背景电导,适于使用二极式电导检测器,其灵敏度可达10-9g/L,线性动态范围达104。在单柱型离子色谱中,洗脱液的背景电导常高达5mS/cm以上,极化效应严重,必须用五极式电导检测器,其敏感度可达10-9g/L,线性动态范围为103

    电导率大小与离子运动速度有关,温度升高使液体的粘度降低,从而加速离子的运动,导致电导率增加。通常,温度每升高一度,电导率将增加1.7%左右,因此需采用绝热恒温或温度补偿等措施,以提高仪器对环境温度变化的适应性。

    B、紫外-可见分光光度检测器:是HPLC中最通用的检测器,特点:(1)选择性好;(2)通用性强;(3)灵敏度高,噪声水平可低至2×10-6吸光度单位,其灵敏度达10-10g/ml,因而可以用于有紫外吸收的离子分析;(4)线性动态范围达105(5)与电导检测器相比,受温度影响较小。

    C、安培检测器:可以分为直流安培检测器和脉冲安培检测器,主要用于测定易氧化还原的物质,具有灵敏度高,选择性好的特点,直流安培检测可以用于测定氰、硫离子和有机芳香胺、酚等化合物,而脉冲安培检测器(包括脉冲安培和积分脉冲安培)主要用于分离和检测糖类、氨基酸和脂肪胺类化合物及有机含硫化合物

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  • 面对面想你

    第4楼2010/06/30

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  • 吃不坏

    第5楼2012/01/12

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  • xiao-y-show

    第7楼2012/03/04

    的确把基础知识 说全了。
    我刚入门,认真看了一下。

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  • johnsonxiao

    第8楼2012/03/05

    楼主可以把这个弄成WORD版本发上来哦

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