离子色谱培训综合
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28
抑制与非抑制
– 抑制型离子色谱 –
背景电导率 = 水 = 0 色谱峰电导率 = 样品＋水
测量值 = 色谱峰电导率-水
= 色谱峰电导率
Det . Peak El .
Det . cSmpl *( ) c . Smpl . *( Smpl . El .) Smpl . El .
14
离子色谱的分离机制
固定相和流动相竞争待测组份 – 阴离子 分离机理–
15
离子交换色谱的分离机制
阴离子色谱
[淋洗液: Na2CO3/NaHCO3 (3.2/1.0 mmol/L) – 分离柱: Metrosep A Supp5-150]
16
离子色谱的分离机制
阳离子与固定相上碱性离子交换位 置发生反应。 阴离子与固定相上酸性离子交换位 置发生反应。
反相离子对分离机理
Ｈ ２Ｏ
(TBA+X-) ACN TBA+OHACN (TBA+X-) ACN TBA+OHACN (TBA+X-) ACN
ACN
Y X
+
-
固定相
TBA+ OH(TBA+X-) Y+ OHTBA+ OHY+ XACN
Ｈ ２Ｏ
流 动相 TBAOH／ACN／H2O 样品 Y+ X-
疏水相
阴离子 ： F－，Ｃｌ－，ＮＯ2－， Br－，ＮＯ3－，ＳＯ４２－
阳离子 ：
Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Mg2＋
4
什么是离子色谱
• 1975 由H.Small 等人.（Dow chemical)首次提出
用于测定氯离子和硫酸根
• 许多国家将离子色谱法作为标准方法
• 中国 ： GB 饮用天然矿泉水水检试方法, ； 工业循环冷却水中阴、阳离子的测试方法等… • 美国： USEPA （US Env. Protect Agency）， ASTM （America Society for Testing and Materials）， ＩＳＯ （International Organization for Standardization）
kDet cSmpl *( Smpl El )
测量样品离子和淋洗液离子电导率 的差值。
27
抑制与非抑制
– 抑制型离子色谱 –
抑制降低背景电导率。 抑制改变样品中的反荷离子。
在阳离子色谱中，采用阴离子交换剂 – 所有阴离子被OH取代 在阴离子色谱中，采用阳离子交换剂– 所有阳离子被H+取代 通过以上反应，高电导率的洗脱液转换为低电导率的(H2O+ CO2) 。
1. 2. 3. Donnan排斥作用－Donnan膜的负电荷层排斥完全离解的离子型化合
物，仅允许未离解的化合物通过
吸附－保留时间与有机酸的烷基键的长度有关。通常烷基键越长，其保
留时间也越长。
空间排阻－与有机酸的分子量大小及交换树脂的交联度有关
离子排斥法分离有机酸
Metrosep Organic Acids, «MSM» 1 Lactate 2 Formate 3 Acetate 4 Propionate 5 Butyrate 6 Isobutyrate 7 Valerate 8 Isovalerate 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 ppm H2SO4; 0.5 mmol/L; «MSM» LiCl
一、离子色谱基本原理
什么是色谱
——指待分离的成份在固定相和流动相之间进行物理化学分离过 程，是一种用于分析的分离技术。
气相色谱 (气－固分离，流动相为载气)
液相色谱 (液－固分离，流动相为液体)
流动相 固定相
2
色谱分离
淋洗液
慢 中等
快
什么是离子色谱
——利用色谱技术测定离子型物质的方法
离子型物质 : 在水溶液中电离，具有 + 或 – 电荷的元素
－ ＋
Ｈ ２Ｏ Ｈ ２Ｏ
Ｈ ２Ｏ Ｈ Ｃｌ
＋ －
流动相
ＣＯＯ－ Ｈ＋
固定相
ＳＯ３－ Ｈ＋ ＣＯＯ－ Ｈ＋
Ｈ ２Ｏ （ＣＯＯＨ）２
２Ｈ＋（ＣＯＯ－）２
ＳＯ３－ Ｈ２Ｏ ＳＯ３－ Ｈ＋ Ｈ２Ｏ
Ｈ＋ ＣＨ３ＣＯＯ－
ＣＯＯ－ Ｈ＋ ＳＯ３－ Ｈ＋
ＣＨ３ＣＯＯＨ
Donnan membrane
离子排斥法分离机理
H+ Li+ Na+ K+ NH4+ ½Mg2+ ½Ca2+ Sr2+ ½Ba2+ ½Zn2+ ½Cu2+
350 39 50 74 73 53 60 59 64 53 55
32
( i * zi * ci )
5
离子色谱能分析哪些物质？
无机阴离子： 卤素及简单阴离子、酸根阴离子、阳离子的配阴离子
无机阳离子： 碱金属、铵离子、碱土金属、过渡金属、稀土元素
有机阴离子: 有机酸、烷基硫酸、烷基磺酸、磷酸、多聚磷酸 有机阳离子: 胺、醇胺、铵盐、吡啶、生物碱、锍盐 天然有机物: 糖、醇、酚、醛、维生素 生物物质: 有机磷化合物、氨基酸、肽、核酸、核甙酸、蛋白质、碱基、抗生素
离子交换色谱 离子对色谱 离子排斥色谱
离子交换色谱是离子色谱中最重要的分离方式。
9
离子交换色谱的分离机制
就固定相而言 ...
... 阳离子需要阳离子交换基团 ... 阴离子需要阴离子交换基团
固定相结构:
苯乙烯
阳离子交换基团
二乙烯基苯 苯乙烯-二乙烯基苯树脂
阴离子交换基团
10
离子交换色谱的分离机制
依据键合强度( 离子交换平衡常数)， 阳离子在洗脱液中的质子之前或之 后洗脱出来。
依据键合强度( 离子交换平衡常数)， 阴离子在洗脱液中的碳酸盐之前或 之后洗脱出来。
阳离子或阴离子的离子交换常数不同，其相应的保留时间不同。从而使“化 学性质相似”的成份得以分离。
17
离子排斥法分离机理
ＳＯ３－ Ｈ＋ ＳＯ３ Ｈ
kDet cSmpl *( Smpl El ) 0
关键词:
非抑制离子色谱
k Det c
Smpl
*(
Smpl
)
El
测量样品离子和淋洗液离子电导率 的差值。
26
– 非抑制离子色谱 – 测阴离子
抑制与非抑制
Smpl .
Det . c
Smpl .
材料： 金属材料、半导体材料、表面处理、超纯水分析
工业： 原料分析、产品质量控制、电解电镀液解析、造纸 化工： 原料和产品分析、反应过程监控
日化： 化妆品、洗涤剂、清洁剂、原料和产品成分分析
离子色谱几乎可以用于所有学科领域
离子色谱的分离机制
——离子色谱是分离离子型成份的所有色谱方法的统称。 常见的分离机制有:
间隔基: • 烷基链
11
离子色谱的分离机制
流动相解吸和运载样品 ... ... 水相洗脱液:
阴离子 (I) 邻苯二甲酸 邻羟基苯甲酸（水杨酸） p-羟基苯甲酸 苯甲酸 硼酸盐 硼酸盐 / 乙酸盐 氢氧化钾 ... 阴离子 (II) 碳酸盐 / 碳酸氢盐 氢氧化钾 硼酸盐
29
抑制与非抑制
– 抑制型离子色谱 – 测阳离子
Det . cSmpl *( ) c Smpl . El . Smpl . *( Smpl . El .) .
洗脱液电导率（ El ）为0，反荷离子为 OH k Det cSmpl *( 0) c ( Smpl Smpl OH 0)
亲水相
反相离子对分离机理
1. 2. 生成离子对－待测离子与离子对试剂生成中性“离子对”分布固定相
与流动相之间，其分离类似传统的反相分离
动态离子交换－离子对试剂的疏水部分吸附于固定相形成动态的离子
交换表面，其分离机理类似于离子交换。
3.
离子间相互作用－除包括以上两种分离机理和固定相表面双电层结构
的分离机理。
洗脱液电导率（ El ）为0，反荷离子为 H+
k Det cSmpl *( 0) c *( H Smpl Smpl 0)
k Det cSmpl *( Smpl H)
关键词:
带抑制的离子色谱 测量样品离子和H+之和
31
抑制器
– 当量电导率 –
25
– 非抑制离子色谱 – 测阳离子
抑制与非抑制
Smpl .
Det . c
Smpl .
*( Smpl . El .) c
*( Smpl . El .)
样品中的反荷离子（阴离子）不被保留，随同死体积一并洗脱出来。 反荷离子通常也是淋洗液的反荷离子。
*( Smpl . El .) c
*( Smpl . El .)
样品中的反荷离子（阳离子）不保留，随死体积一并洗脱出来。 反荷离子通常也是淋洗液的反荷离子。
kDet 0 cSmpl *( Smpl El )
关键词:
非抑制离子色谱
k Det cSmpl *( Smpl OH )
关键词:
带抑制的离子色谱 测量样品离子和OH-之和
30
抑制与非抑制
– 抑制型离子色谱 – 测阴离子
Det . cSmpl *( ) c Smpl . El . Smpl . *( Smpl . El .) .
固定相由3部分组成:
«乳胶»物质或 树脂载体 间隔基 承载离子交换的基团
阴离子交换剂: • 季胺功能团 • 碱性胺基 • 羟基碱性季胺盐 • 丙烯酸基碱性季胺盐 交联方式
材料: • 苯乙烯/二乙烯基苯 • 聚甲基丙烯酸酯 • 硅酸盐 / 硅胶 • 羟乙基甲基丙烯酸酯 (HEMA)
阳离子交换剂: • 磺酸基 • 羧酸盐
阴阳离子、可转变成离子的物质、具有强极性的物质
Baidu Nhomakorabea
阴离子 及 阳离子 的色谱分析
I
H Li Be B C N O F
II
III
IV
V
VI VII
VIII
I
II
III
IV
V
VI
VI I
VIII
He Ne
Na
K
Mg
Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Al
Ga
Si
Ge
P
A s S b Bi
抑制与非抑制
非抑制离子色谱
抑制型离子色谱
非抑制型IC (单柱技术)
抑制型IC (双柱技术)
抑制与非抑制
– 非抑制离子色谱 –
背景电导率 = 淋洗液 色谱峰的电导率数值= 样品＋ 淋洗液
样品 = 色谱峰的电导率－ 淋洗液
Det . Peak El .
Det . cSmpl *( ) c Smpl . El . Smpl . *( Smpl . El .) .
下表列举的当量电导率适用于浓度低于0.001 mol/L。 = 当量电导率 [Scm2/mol] 阴离子
OH– F– Cl– Br– I– NO2– NO3– HCO3– ½CO32– ½SO42– ½Phthalate
198 54 76 78 77 72 71 45 72 80 38
阳离子
S
Se
Cl
Br
Ar
Kr
Rb
Cs Fr
Sr
Ba Ra
Y
La Ac
Zr
Hf Ku
Nb
Ta
Mo
W
Tc
Re
Ru
Os
Rh
Ir
Pd
Pt
Ag
Au
Cd
Hg
In
Tl
Sn
Pb
Te
Po
I
At
Xe
Rn
7
离子色谱在哪些领域应用较多？
环境： 大气成分（粉尘、颗粒物、雾、酸气）、酸雨、水质分析 食品： 污染成分、添加剂、固有成分、掺假、生产过程监控 农业： 农药、肥料、土壤、饲料、粮食、植物分析 医学： 血液、尿、输液成分、临床检查、人体微量元素分析 生物： 蛋白质分离纯化、 制药： 植物药材、矿物药成分、制剂成分分析
阳离子 (I) 硝酸 酒石酸 酒石酸 / 吡啶二羧酸 酒石酸 / 柠檬酸 磷酸二 氢钾 草酸 / 乙二胺 / 丙酮 ...
12
离子色谱的分离机制
固定相和流动相竞争待测组份 – 阳离子分离机理 –
13
离子色谱的分离机制
阳离子 色谱实例
[淋洗液: 2.0 mmolHNO3 – 分离柱: Metrosep C4-150]
离子对色谱分离自来水中络合剂
Prontosil 120-5-C18-AQ 1 2 NTA EDTA 0.48 0.50
3
DTPA
0.98
ppm
spiked sample
p-cr with Fe3+; MSM in Mg-form
HNO3/TBAOH/TBAHS; 0.5/2.5/7.5 mmol/L in 5 % MeOH; 50 µL; 260 nm
抑制与非抑制
– 抑制型离子色谱 –
背景电导率 = 水 = 0 色谱峰电导率 = 样品＋水
测量值 = 色谱峰电导率-水
= 色谱峰电导率
Det . Peak El .
Det . cSmpl *( ) c . Smpl . *( Smpl . El .) Smpl . El .
14
离子色谱的分离机制
固定相和流动相竞争待测组份 – 阴离子 分离机理–
15
离子交换色谱的分离机制
阴离子色谱
[淋洗液: Na2CO3/NaHCO3 (3.2/1.0 mmol/L) – 分离柱: Metrosep A Supp5-150]
16
离子色谱的分离机制
阳离子与固定相上碱性离子交换位 置发生反应。 阴离子与固定相上酸性离子交换位 置发生反应。
反相离子对分离机理
Ｈ ２Ｏ
(TBA+X-) ACN TBA+OHACN (TBA+X-) ACN TBA+OHACN (TBA+X-) ACN
ACN
Y X
+
-
固定相
TBA+ OH(TBA+X-) Y+ OHTBA+ OHY+ XACN
Ｈ ２Ｏ
流 动相 TBAOH／ACN／H2O 样品 Y+ X-
疏水相
阴离子 ： F－，Ｃｌ－，ＮＯ2－， Br－，ＮＯ3－，ＳＯ４２－
阳离子 ：
Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Mg2＋
4
什么是离子色谱
• 1975 由H.Small 等人.（Dow chemical)首次提出
用于测定氯离子和硫酸根
• 许多国家将离子色谱法作为标准方法
• 中国 ： GB 饮用天然矿泉水水检试方法, ； 工业循环冷却水中阴、阳离子的测试方法等… • 美国： USEPA （US Env. Protect Agency）， ASTM （America Society for Testing and Materials）， ＩＳＯ （International Organization for Standardization）
kDet cSmpl *( Smpl El )
测量样品离子和淋洗液离子电导率 的差值。
27
抑制与非抑制
– 抑制型离子色谱 –
抑制降低背景电导率。 抑制改变样品中的反荷离子。
在阳离子色谱中，采用阴离子交换剂 – 所有阴离子被OH取代 在阴离子色谱中，采用阳离子交换剂– 所有阳离子被H+取代 通过以上反应，高电导率的洗脱液转换为低电导率的(H2O+ CO2) 。
1. 2. 3. Donnan排斥作用－Donnan膜的负电荷层排斥完全离解的离子型化合
物，仅允许未离解的化合物通过
吸附－保留时间与有机酸的烷基键的长度有关。通常烷基键越长，其保
留时间也越长。
空间排阻－与有机酸的分子量大小及交换树脂的交联度有关
离子排斥法分离有机酸
Metrosep Organic Acids, «MSM» 1 Lactate 2 Formate 3 Acetate 4 Propionate 5 Butyrate 6 Isobutyrate 7 Valerate 8 Isovalerate 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 ppm H2SO4; 0.5 mmol/L; «MSM» LiCl
一、离子色谱基本原理
什么是色谱
——指待分离的成份在固定相和流动相之间进行物理化学分离过 程，是一种用于分析的分离技术。
气相色谱 (气－固分离，流动相为载气)
液相色谱 (液－固分离，流动相为液体)
流动相 固定相
2
色谱分离
淋洗液
慢 中等
快
什么是离子色谱
——利用色谱技术测定离子型物质的方法
离子型物质 : 在水溶液中电离，具有 + 或 – 电荷的元素
－ ＋
Ｈ ２Ｏ Ｈ ２Ｏ
Ｈ ２Ｏ Ｈ Ｃｌ
＋ －
流动相
ＣＯＯ－ Ｈ＋
固定相
ＳＯ３－ Ｈ＋ ＣＯＯ－ Ｈ＋
Ｈ ２Ｏ （ＣＯＯＨ）２
２Ｈ＋（ＣＯＯ－）２
ＳＯ３－ Ｈ２Ｏ ＳＯ３－ Ｈ＋ Ｈ２Ｏ
Ｈ＋ ＣＨ３ＣＯＯ－
ＣＯＯ－ Ｈ＋ ＳＯ３－ Ｈ＋
ＣＨ３ＣＯＯＨ
Donnan membrane
离子排斥法分离机理
H+ Li+ Na+ K+ NH4+ ½Mg2+ ½Ca2+ Sr2+ ½Ba2+ ½Zn2+ ½Cu2+
350 39 50 74 73 53 60 59 64 53 55
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( i * zi * ci )
5
离子色谱能分析哪些物质？
无机阴离子： 卤素及简单阴离子、酸根阴离子、阳离子的配阴离子
无机阳离子： 碱金属、铵离子、碱土金属、过渡金属、稀土元素
有机阴离子: 有机酸、烷基硫酸、烷基磺酸、磷酸、多聚磷酸 有机阳离子: 胺、醇胺、铵盐、吡啶、生物碱、锍盐 天然有机物: 糖、醇、酚、醛、维生素 生物物质: 有机磷化合物、氨基酸、肽、核酸、核甙酸、蛋白质、碱基、抗生素
离子交换色谱 离子对色谱 离子排斥色谱
离子交换色谱是离子色谱中最重要的分离方式。
9
离子交换色谱的分离机制
就固定相而言 ...
... 阳离子需要阳离子交换基团 ... 阴离子需要阴离子交换基团
固定相结构:
苯乙烯
阳离子交换基团
二乙烯基苯 苯乙烯-二乙烯基苯树脂
阴离子交换基团
10
离子交换色谱的分离机制
依据键合强度( 离子交换平衡常数)， 阳离子在洗脱液中的质子之前或之 后洗脱出来。
依据键合强度( 离子交换平衡常数)， 阴离子在洗脱液中的碳酸盐之前或 之后洗脱出来。
阳离子或阴离子的离子交换常数不同，其相应的保留时间不同。从而使“化 学性质相似”的成份得以分离。
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离子排斥法分离机理
ＳＯ３－ Ｈ＋ ＳＯ３ Ｈ
kDet cSmpl *( Smpl El ) 0
关键词:
非抑制离子色谱
k Det c
Smpl
*(
Smpl
)
El
测量样品离子和淋洗液离子电导率 的差值。
26
– 非抑制离子色谱 – 测阴离子
抑制与非抑制
Smpl .
Det . c
Smpl .
材料： 金属材料、半导体材料、表面处理、超纯水分析
工业： 原料分析、产品质量控制、电解电镀液解析、造纸 化工： 原料和产品分析、反应过程监控
日化： 化妆品、洗涤剂、清洁剂、原料和产品成分分析
离子色谱几乎可以用于所有学科领域
离子色谱的分离机制
——离子色谱是分离离子型成份的所有色谱方法的统称。 常见的分离机制有:
间隔基: • 烷基链
11
离子色谱的分离机制
流动相解吸和运载样品 ... ... 水相洗脱液:
阴离子 (I) 邻苯二甲酸 邻羟基苯甲酸（水杨酸） p-羟基苯甲酸 苯甲酸 硼酸盐 硼酸盐 / 乙酸盐 氢氧化钾 ... 阴离子 (II) 碳酸盐 / 碳酸氢盐 氢氧化钾 硼酸盐
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抑制与非抑制
– 抑制型离子色谱 – 测阳离子
Det . cSmpl *( ) c Smpl . El . Smpl . *( Smpl . El .) .
洗脱液电导率（ El ）为0，反荷离子为 OH k Det cSmpl *( 0) c ( Smpl Smpl OH 0)
亲水相
反相离子对分离机理
1. 2. 生成离子对－待测离子与离子对试剂生成中性“离子对”分布固定相
与流动相之间，其分离类似传统的反相分离
动态离子交换－离子对试剂的疏水部分吸附于固定相形成动态的离子
交换表面，其分离机理类似于离子交换。
3.
离子间相互作用－除包括以上两种分离机理和固定相表面双电层结构
的分离机理。
洗脱液电导率（ El ）为0，反荷离子为 H+
k Det cSmpl *( 0) c *( H Smpl Smpl 0)
k Det cSmpl *( Smpl H)
关键词:
带抑制的离子色谱 测量样品离子和H+之和
31
抑制器
– 当量电导率 –
25
– 非抑制离子色谱 – 测阳离子
抑制与非抑制
Smpl .
Det . c
Smpl .
*( Smpl . El .) c
*( Smpl . El .)
样品中的反荷离子（阴离子）不被保留，随同死体积一并洗脱出来。 反荷离子通常也是淋洗液的反荷离子。
*( Smpl . El .) c
*( Smpl . El .)
样品中的反荷离子（阳离子）不保留，随死体积一并洗脱出来。 反荷离子通常也是淋洗液的反荷离子。
kDet 0 cSmpl *( Smpl El )
关键词:
非抑制离子色谱
k Det cSmpl *( Smpl OH )
关键词:
带抑制的离子色谱 测量样品离子和OH-之和
30
抑制与非抑制
– 抑制型离子色谱 – 测阴离子
Det . cSmpl *( ) c Smpl . El . Smpl . *( Smpl . El .) .
固定相由3部分组成:
«乳胶»物质或 树脂载体 间隔基 承载离子交换的基团
阴离子交换剂: • 季胺功能团 • 碱性胺基 • 羟基碱性季胺盐 • 丙烯酸基碱性季胺盐 交联方式
材料: • 苯乙烯/二乙烯基苯 • 聚甲基丙烯酸酯 • 硅酸盐 / 硅胶 • 羟乙基甲基丙烯酸酯 (HEMA)
阳离子交换剂: • 磺酸基 • 羧酸盐
阴阳离子、可转变成离子的物质、具有强极性的物质
Baidu Nhomakorabea
阴离子 及 阳离子 的色谱分析
I
H Li Be B C N O F
II
III
IV
V
VI VII
VIII
I
II
III
IV
V
VI
VI I
VIII
He Ne
Na
K
Mg
Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Al
Ga
Si
Ge
P
A s S b Bi
抑制与非抑制
非抑制离子色谱
抑制型离子色谱
非抑制型IC (单柱技术)
抑制型IC (双柱技术)
抑制与非抑制
– 非抑制离子色谱 –
背景电导率 = 淋洗液 色谱峰的电导率数值= 样品＋ 淋洗液
样品 = 色谱峰的电导率－ 淋洗液
Det . Peak El .
Det . cSmpl *( ) c Smpl . El . Smpl . *( Smpl . El .) .
下表列举的当量电导率适用于浓度低于0.001 mol/L。 = 当量电导率 [Scm2/mol] 阴离子
OH– F– Cl– Br– I– NO2– NO3– HCO3– ½CO32– ½SO42– ½Phthalate
198 54 76 78 77 72 71 45 72 80 38
阳离子
S
Se
Cl
Br
Ar
Kr
Rb
Cs Fr
Sr
Ba Ra
Y
La Ac
Zr
Hf Ku
Nb
Ta
Mo
W
Tc
Re
Ru
Os
Rh
Ir
Pd
Pt
Ag
Au
Cd
Hg
In
Tl
Sn
Pb
Te
Po
I
At
Xe
Rn
7
离子色谱在哪些领域应用较多？
环境： 大气成分（粉尘、颗粒物、雾、酸气）、酸雨、水质分析 食品： 污染成分、添加剂、固有成分、掺假、生产过程监控 农业： 农药、肥料、土壤、饲料、粮食、植物分析 医学： 血液、尿、输液成分、临床检查、人体微量元素分析 生物： 蛋白质分离纯化、 制药： 植物药材、矿物药成分、制剂成分分析
阳离子 (I) 硝酸 酒石酸 酒石酸 / 吡啶二羧酸 酒石酸 / 柠檬酸 磷酸二 氢钾 草酸 / 乙二胺 / 丙酮 ...
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离子色谱的分离机制
固定相和流动相竞争待测组份 – 阳离子分离机理 –
13
离子色谱的分离机制
阳离子 色谱实例
[淋洗液: 2.0 mmolHNO3 – 分离柱: Metrosep C4-150]
离子对色谱分离自来水中络合剂
Prontosil 120-5-C18-AQ 1 2 NTA EDTA 0.48 0.50
3
DTPA
0.98
ppm
spiked sample
p-cr with Fe3+; MSM in Mg-form
HNO3/TBAOH/TBAHS; 0.5/2.5/7.5 mmol/L in 5 % MeOH; 50 µL; 260 nm