4色谱-HPIC

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用于有机酸、氨基酸等分析,以及从有机物中分 离无机组分
3. 流动相离子对色谱(MPIC)——吸附和离子对的形 成
用于疏水性阴、阳离子以及金属络合物等的分离, 如Fe(CN)63-,BF4-,SCN-,I-,ClO4-等
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•离子色谱系统
进样阀
泵 淋 洗 液
预 柱 分 析 柱
将电解质溶液置于施加电场的两个 电极间,溶液导电,其电导值(电阻 R的倒数)1/R与电极截面积A、两极 间距离L和各离子电导的总和∑Cii 之间有以下关系:
电极
电极
1/R=1/1000· A/L ·∑CiI
Ci为离子的当量浓度,i为离子的 当量电导
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•紫外-可见光度检测器
光度检测器具有以下优点: 选择性好 通用性好(直接、间接、柱后衍生化法) 线性范围广(105) 基本原理——Beer-Lambert定律 要求淋洗液中离子应具有低的值,而样品离子 应具有高的值
K是选择性系数, K值越大,样品离子的保留时 间越长。其值受多种因素影响
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•影响离子洗脱顺序的因素
离子电荷:样品离子的价数越高,对离子交换树 脂的亲和力越大。SCN-例外,其离子半径大, 可极化,与阴离子交换树脂间有很强的吸引力 离子半径:电荷数相同的离子,离子半径越大 (易极化),对树脂的亲和力越大,保留时间 越长
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•离子交换过程
A-+R-N+R3-HCO3- R-N+R3-A- + HCO3 淋洗离子 淋洗离子 M++R-SO3--H+ R-SO3-- M+ + H+ 淋洗离子 淋洗离子
K=
[R4N+· A-][HCO3-] [A -][R4N+· HCO3-]

350 39 50 74 73 62 53 60 55 68
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•抑制作用举例
用NaOH为淋洗液,抑制前
淋洗液NaOH:50+198=248 样品 NaCl :50+76=126 抑制后 淋洗液NaOH →H2O,电导由248 →0 样品 NaCl →HCl,电导由126 →426
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•抑制反应和抑制柱
离子色谱法的基础是抑制柱反应。它是构成离 子色谱的高灵敏度和选择性的重要因素,也是 选择分离柱、抑制柱和淋洗液时必须考虑的重 要因素 抑制反应——在离子色谱中所用淋洗液是离子 型水溶液,用电导检测器检测时,淋洗液信号 强,掩盖了样品离子产生的信号,即本底高、 样品信号小,信噪比小,难以识别样品离子所 产生的信号
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•离子的选择性系数
在阴离子交换树脂上,阴离子的选择性系数(KAB)次序:
ClO-4>I->HSO-4>SCN->CCl3COO->CF3COO=NO-3=Br- >NO-2 =CN->Cl->BrO-3>OH- >HCO-3 >H2PO-4 >IO-3 >CH3COO->F 在阳离子交换树脂上,阳离子的选择性系数(KAB)次序: Th4+>Fe3+>Al3+>Ba2+>pb2+ >Sr2+ >Ca2+ >Co2+ >Cu2+ >Zn2+=Mg2+ >Mn2+ >Ag+ > Cs+ >K+ > NH+4 > Na+ > H+ > Li+
SO3-
SO3-
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•阴离子交换树脂
树脂核与阳离子相 同,核外是一层磺 化层,其作用是提 供一个以离子键结 合的表面。最外层 为粒度均匀的单层 季铵化阴离子胶乳 微粒
-N+R3
+
-N+R3
3-
-N R3 SO 33SO SO + -N R3 + 3-N R3 SO SO3椭性固 体核 33- -N+R 3 SO SO + -N R3 SO3SO33+ SO -N R3 + -N R3 -N+R3 -N+R3
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•离子色谱固定相(离子交换剂)
作为离子色谱固定相的离子交换剂是一类带有 离子交换功能基的固体微粒,其结构是在高分 子骨架上结合可解离的无机基团,在离子交换 反应中,离子交换剂的本体结构不发生明显变 化,仅由其带有的离子与外界同电性离子发生 等当量数的离子交换 色谱柱填充剂有:有机聚合物载体和无机载体 两种,前者应用广泛,如由苯乙烯-二乙烯基苯 共聚物制得的离子交换树脂填料;无机载体一般 为硅胶
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•常用淋洗液
分离阴离子用的淋洗液——弱酸的碱金属盐或碱溶 液(例 NaOH,Na2CO3/NaHCO3溶液) 分离阳离子用的淋洗液——甲烷磺酸溶液、无机酸 溶液(例 HCl,HNO3溶液) 分离过渡金属离子常用的淋洗液——添加有机络合 剂的淋洗液(例 EDTA,酒石酸盐,柠檬酸盐,乳 酸盐,-羟基异丁酸盐等) 通过增加或减少洗脱液中酸碱溶液的浓度可以改变 洗脱液的洗脱能力,也可在洗脱液中加入适当比例 的甲醇、乙腈等有机改性剂,以改善色谱峰峰形
阴离子(Cl-)分析:氢氧化钠或碳酸盐为淋洗液
分 析 柱 Na OH Na+Cl+ -
抑 制 柱 R-Na+
R-H+
H2O HCl
阳离子( Na+ )分析:盐酸为淋洗液
分 析 柱
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HCl NaCl
抑 R-OH制 柱 R-Cl-
H2O NaOH
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•抑制柱作用原理
在抑制柱上发生了两个重要的反应: 淋洗液中碱或酸变成了水 被测离子变成了响应的酸或碱 抑制柱起了两个重要作用: 将样品离子转变成响应的酸碱后,检测灵敏 度大大提高 将淋洗液转变成水或很弱的酸,使本底大大 降低 以上两个作用同时改善了信噪比,提高了检 测灵敏度
抑 制 柱
采用全塑料系统, 无脉冲双往复泵, 用微处理机控制 泵速和温度补偿, 可在pH0~14范 围内使用
检 测 器
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•离子色谱的塔板理论与分离度
离子色谱法属于高效液相色谱法的一种, 其色谱峰迁移和扩展可用柱色谱理论进行 描述。用理论板数N来衡量柱效: N=5.54(tR/w0.5)2=16(tR/w )2 N=L/H 分离度的表示方法以及与柱效的关系均与 高效液相色谱相同
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•对各种离子选择系数估计的一般原则
高价离子 当量体积较小的离子 极化度较大的离子 与固定相相互作用较 强的离子 与淋洗液中其它成分 相互作用弱的离子 以上离子有较大的选 择性系数
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同价离子,浓度相同 时,随原子量增加与 树脂的亲和力增加, 因为离子的水合离子 半径随着原子量增加 而降低 不同价态离子,价态 高的离子亲和力强
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•淋洗液
淋洗液必须具备两个必要条件
能从分离柱树脂置换被测离子 能发生抑制柱反应,反应产物为电导很 低的弱电解质(pKa﹥6)或水 制备洗脱液的去离子水应经过纯化处理, 电阻率一般大于18.2MΩ,使用的洗脱液需 经脱气处理
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•常见阴离子淋洗液
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•抑制柱
Small等人提出了一个办法,在分离柱和检测器之 间加一个柱子,如果分离阴离子,则加一个H+型强 酸性阳离子交换树脂柱;若分析阳离子,子被中和,降低了本底电导值。这种柱称为抑制柱
本底
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•抑制柱作用原理
淋洗液 Na2B4O7 淋洗离子 淋洗液强度 B4O72最弱 抑制产物 H3BO3
NaOH
NaHCO3 Na2CO3 NaNO3
第四章
离子色谱
姚彤炜
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一、概述
离子色谱(ion chromatography,IC)是由 经典的离子交换色谱发展而成的一种液相色 谱技术。利用物质在离子交换柱上迁移的差 异而达到分离,用于亲水性阴阳离子的测定
1975年Small等人在分析柱后接一根抑制柱来 扣除背景电导(即淋洗液离子),采用通用 而灵敏的电导检测器检测 ,使离子交换色谱 第一次能够快速分离和测定常见无机和有机 阴离子。后来就把这种方法称为离子色谱法
2010年版中国药典收载了离子色谱法
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•离子色谱分离方式
根据分离机理不同,IC的分离方式可分为: 1. 高效离子色谱(HPIC)——离子交换
用于无机阴阳离子、羧酸化合物(甲酸、乙酸、酒 石酸、草酸等)、碳水化合物、胺类化合物分析
2. 高效离子排斥色谱(HPICE)——离子排斥
较好的色谱仪部件和被测组分的自动检测
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•离子色谱的应用
离子色谱自1975年问世以来,已有了惊人的发 展。目前离子色谱已广泛应用于环境、水文地 质、能源、化工冶金、半导体、食品、饮料、 生命科学等有关领域
主要用于无机阴阳离子、有机酸、糖醇类、氨 基糖类、氨基酸、核酸、蛋白质、糖蛋白等物 质的定性和定量分析。在超纯分析、价态和形 态分析方面,离子色谱法显示出独特的优越性
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二、高效离子色谱(HPIC)
HPIC 的分离机制是离子交换,是离子色 谱法的主要分离方式,用于亲水性阴阳 离子的测定。根据是否采用抑制柱又可 分为: 抑制型离子色谱 非抑制型离子色谱(单柱离子色谱)
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•阳离子交换树脂
SO 使用薄壳型树脂,树脂 SO3 3 SO 核是椭性而疏水的苯乙 3 SO3烯/二乙烯基苯的共聚 SO 3 椭性固 SO3 物,核的表面是磺化层, 体核 SO 3 磺酸功能基以共价键与 SO3树脂核共聚物相连 SO3-
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•检测器
通用检测器(总体性能检测器)——对所有 离子都有响应。
例 电导检测器
选择性检测器(溶质专一性检测器)——只 对某些离子有响应。 例 紫外-可见检测器,安培检测器
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•电导检测器
电导检测器是离子色谱中使用最广泛的检测器,可 用于各种离子的检测,对分子物质如水、醇或未解 离的弱酸分子没有响应,检测池体积小
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•水溶液中离子的极限当量电导
阴离子
OH- F- Cl- Br- NO3- HCO3- SCN - SO42- CO32- PO43-
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198 54 76 78 71 45 66 50 72 69
阳离子
H+ Li+ Na+ K+ NH4+ Ag+ Mg2+ Ca2+ Cu2+ Fe3+
-N+R3
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•离子交换机理
淋洗液中含有一定量与树脂的离子电荷相反的 平衡离子。在离子交换过程中,流动相连续提 供平衡离子,与树脂以离子对的形式处于平衡 状态,保持体系的电荷平衡 当样品离子进入色谱柱后,就与平衡离子交换, 由于样品离子对树脂的亲和力,使样品离子在 树脂上有一个短暂的停留,样品离子的亲和力 不同,在柱中停留时间不同,迁移速度也不同, 经一定时间后达到分离
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•离子色谱(IC)在性能上的改进
采用高效离子交换树脂和色谱柱——树脂具
有均匀的粒度,直径约为5~50m,离子交换 剂是球形有机树脂或带有键合离子交换相的多 孔二氧化硅材料,交换柱内径为2~5mm,柱 长为10~ 25 cm
样品体积小——一般进样量为50 l,采用定
量管进样。测定的样品浓度范围是ppm~ppb级
例 卤素的洗脱顺序为:F- → Cl - → Br - →I – 碱金属的洗脱顺序为:Li+ → Na+ → K+
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•影响离子洗脱顺序的因素
淋洗液pH:影响多价离子的分配平衡
提高淋洗液pH,可使磷酸根从一价变为三 价。因此在不同pH时,其洗脱的顺序不同
树脂种类:离子交换树脂的交联度、功能基及 其亲水性的大小等对离子分离的选择性起了 很大作用 对于疏水性强的离子不宜用疏水性柱,因为 保留时间太长,应选用亲水性强的柱
2016/8/9
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•两种检测器串联使用
紫外光度检测器和电导检测器串联使用,可灵 敏地检测一些对电导不敏感的组分,也可更有 效地确定复杂样品定性的正确性 紫外检测器与抑制型电导检测器串联使用时, 紫外检测器可放在抑制柱前或后。当波长小于 220nm 时,应把比色池放在抑制柱后,以消除 淋洗液的干扰
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