离子色谱

离子交换色谱系统中的主要部分：
1.分离柱
2.检测器
3.抑制器
1.分离柱
柱填料是由苯乙烯-二乙烯基苯共聚物制得的离子交换树脂。 共聚物基球与浓硫酸反应制成带有磺酸基团的强酸型阳离 子交换树脂；经氯甲基化反应后其苯环上接上氯甲基，再 与三甲胺反应即可接上季胺基团，得到强碱型阴离子交换 树脂。
分析柱技术涵盖了阴离子、阳离子、过渡金属、有机酸、 氨基酸、糖、蛋白质、多肽、核酸等分析的广阔领域。 IonPac CS12A（碱金属和碱土金属） IonPac AS14A 、IonPac AS11-HC、 IonPac AS19（有机和 无机阴离子） CarboPac PA20、Carbo(氨基酸)
离子交换剂（固定相）
2.检测器
有两大类：电化学检测器（电导、安培）
光学检测器（紫外-可见、荧光）。
电导检测器主要用于有机和无机阴离子和阳离子 的测定； 安培检测器用于糖类、氨基酸的检测；
紫外检测器主要用于多价阴离子、硅、过渡金属、 重金属和稀有元素的测定；
荧光检测器主要用于氨基酸的分析。
阳离子、阴离子对固定相亲和力（保留时间）大小的 顺序： 碱金属的亲和力顺序为：Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+ 碱土金属的亲和力顺序为：Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+ 卤素离子的亲和力顺序为：I->>Br->Cl->F对无机和有机阴离子，一般是有机阴离子和一价无机 阴离子先出峰，二价和三价的无机阴离子和有机酸后 出峰，价数越高保留越强，出峰时间越长。（在特殊 情况下，出峰顺序会发生变化）。 常见无机阴阳离子的出峰顺序： F-、Cl-、NO2-、 SO42-、Br- 、NO3-、PO43Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+
4.可同时分析多种离子化合物。 5.分离柱的稳定性好、容量高：柱填料在广的PH范围 内和对有机试剂的稳定性，广的应用范围及对复杂基 体分析的可行性。
离子色谱的应用
离子色谱法已经广泛地用于环境、食品、材 料、工业、生物和医药等许多领域。
环境：
１．饮用水:卤素含氧酸（氯气消毒饮用水、饮 料及制面包产生致癌三卤甲烷、溴酸盐）、亚 硝酸盐和硝酸盐的测定。 ２．生活污水和工业废水：多聚磷酸盐、铬、 重金属离子(Fe2+/Fe3+、Cr3+/Cr6+ 、Sn2+/Sn4+ )、 氰化物。 ３．大气飘尘与降水：二氧化硫、氮氧化物、 湿沉降中阴阳离子的浓度分布
免化学试剂（RFIC) ICS-2000离子色谱仪
ICS3000型多功能离子色谱
离子交换色谱基本原理
HPIC的分离机理主要是离子交换，是基于离子交换树 脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离 子之间进行的可逆交换，依据这些离子对交换剂（固 定相）有不同的亲和力而被分离，这是离子色谱的主 要分离方式，用于亲水性阴、阳离子的分离。
离子色谱流程
淋洗液
色谱柱
检测池
F-
ClNO2-
进样阀
抑制器
Br-
NO3-
SO42HPO42-
泵
检测器
泵液
进样
分离
检测
记录
离子交换的分离方式
流动相：
阴离子交换：弱酸的盐、碱（Na2CO3/NaHCO3, KOH、NaOH） 阳离子交换：强酸（H2SO4、甲基磺酸） 检测方式：电导检测 可测定的离子：最佳的应用是在不同基质中对常见阴离 子（F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、SO42-、PO43-等），和 常见阳离子（Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+等） 及一些碳水化合物（低分子量有机酸）。
在离子交换进行的过程中，样品离子与淋洗离子竞争 固定相上的电荷位置，当固定相上的离子交换位置被 样品离子置换时，由于样品离子与固定相电荷之间的 库仑力不同，即亲和力不同，因此被固定相保留的程 度不同。这种样品离子在淋洗液和树脂之间的置换， 具有不同的选择性过程，是离子交换作为一种分离离 子方法的关键，将使样品离子以不同的速度流出柱子。
OH-
CI -
SO42 -
S
废液 阴离子抑制器 H2 O
H+
Na+
时间 经过抑制 CIFS 时间
SO42 -
H2 O
正极
负极
HF, HCI, H2SO4 in H2CO3
12943
阳极
废液
Na+, X-
在 NaOH 淋洗液中
废液
阴极
H2O, O2
H+
H + + O2 H2 O
H+ + OHH2 O H+ , X Na+
＋
Anion ＯＨ－ Ｆ－ Ｃｌ－ Ｂｒ－ ＮＯ３－ ＰＯ４３－ ＳＯ４２－
－
３５０ ３９ ５０ ７４ ７３ ５３ ６０
１９８ ５５ ７６ ７８ ７１ ８０ ８０
Total conductivity ＝
（
＋
） ＋
（
－
）
抑制器的两个主要作用： 1）降低淋洗液的背景电导 2）增加被测离子的电导值(增加灵敏度)，改 善信噪比。
离子色谱
2011年9月（研究生）
离子色谱的分离方式 根据三种不同分离机理，离子色谱可 分为以下三种： 离子交换色谱（HPIC） 离子排斥色谱（HPIEC） 离子对色谱（MPIC）
离子色谱系统的组成 IC系统的构成与HPLC相同，仪器由流动 相传送部分、分离柱、检测器和数据处 理四个部分组成。
ICS-1500离子色谱仪
甲烷磺酸(MSA) 取一定浓度的MSA配成储备液 ( 可以配制为1M的储备液)
保存
使用聚丙烯(PP)瓶，保存在暗处及 4 ℃左右. （ 通常可以保存6 个月） 淋洗液要经常更换
离子色谱的优点：
1.快速、方便：一般10min即可分别完成阴、阳离子 的剖面。
2.灵敏度高：直接进样可达ppb级，用浓缩柱可达ppt 级。 3.选择性好：已有多种成熟的固定相，以及选择性的 检测器。
食品和饮料：
1.无机阴离子：卤素含氧酸（饮料、面包、臭氧处理饮用 水的致癌物溴酸根）、硝酸根、亚硝酸根（肉制品护色剂、 防腐剂）、亚硫酸根（啤酒、酒类、食品、饮料防腐剂）、 碘和其它卤素（牛奶） 2.无机阳离子：钠钾（高血压）、镁钙（人体骨骼生长）
3.有机酸：脂肪酸（果汁、饮料、酒）、人工合成食用色 素
淋洗液的组成
样品离子和淋洗离子必须有相近的 亲和力，以便于分离和洗脱。 在离子色谱中，常用的淋洗液是阴 离子分析：氢氧化物、硼酸盐、碳酸盐 等。阳离子分析：硫酸、甲基磺酸等。 用不同的淋洗液有不同的选择性。
Cl-和SO42-对固定相具有不同的亲和力。 SO42-被较强地保留并且在Cl-之后洗脱。
大肠杆菌发酵液中无机和有机阴离子的分析
大肠杆菌发酵液中无机和有机阴离子的梯度分析
亚洲玉米螟昆虫(体与血)中的阳离子分析
波菜中无机和有机阴离子的分析
苹果汁发酵液中苹果酸的梯度分析
样品处理
• 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
NaOH , H2 H2 + OH -
H+ , X - in H2O
H2 O
H2 O
检测器
H2 O
水的电解反应：
阳离子交换膜
阳极：3H2O→2H3O++1/2O2（气）+2e- （水被氧化形成H+和氧气） 阴极：2H2O+2e-→2OH-+H2（气）（水被还原成OH-离子和氢气）
自动连续再生阴离子抑制器中电化学反应和离子移动
（表 阴 1 离 子分 ）离 方 式 和 检 测 器 的 选 择
表2 分离方式和检测方式的选择（阳离子）
对复杂离子采用梯度洗脱：
用戴安公司RFC-30淋洗液自动 发生器，可使ICS-1500离子色 谱升级为免试剂离子色谱RFIC 系 统 （ Reagent Free Ion Chromatography ） ， 对 原 有 的 恒流泵系统可以方便地实现梯 度淋洗。
4.胺和有机碱：阳离子与低分子量胺（致癌物质亚硝胺： 鱼、肉、鸡蛋），胆碱（甲基黄嘌呤类生物碱：咖啡因、 可可碱、茶碱。人体新陈代谢，婴儿食品、维生素配置）， 水溶性维生素，碳水化合物（糖类）
生化分析：
１．人体液中阳离子（ K+ 、Na+、Mg2+、Ca2+ ） 人血清中NO2-、NO3-
２．尿液中无机阴离子和有机酸（草酸、尿酸、 钠、氯分别指示尿结石、肾衰竭、高尿酸血症、 电解质失调、脱水），碘（诱导甲状腺疾病） ３．糖类化合物（动物、植物、微生物体内） ４．蛋白质（氨基酸）
自动连续再生阳离子抑制器的电化学反应和离子移动
抑制的结果
安装在电导池之前 提高待测离子的电导率：
提高灵敏度 Na+, ClH+, Cl减少噪音 Na+, HCO3Na+, OHH2CO3 H2O
降低背景电导 (淋洗液) :
极限摩尔电导值
（unit：μS/m equivalent）
Cation Ｈ＋ Ｌｉ＋ Ｎａ＋ Ｋ＋ ＮＨ４＋ Ｍｇ ２＋ Ｃａ２＋
淋洗液的配制与保存
阴离子淋洗液的配制
碳酸盐 (AS4A, AS12A, AS14 等.） 配 100x 浓度的淋洗液作为储备液，使用时用高纯水稀释 氢氧化钠 (AS10, AS11，AS15，16 等.) 配制50%(w/w) NaOH 储备溶液.使用时用高纯水稀释