第三章 离子排斥色谱法
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2. 乙酸；3. 丙酸；4. 丁酸；5. 戊酸；6. 己酸。
μS/cm 0.75 0.50 0.25 0.00 0.0
μS/cm 2 0.25 3 0.00 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 min 4 5 6
1.0 分离柱: 淋洗液: 流速: 检测: 抑制器: 样品: 进样量： 色谱峰: 6 IonPac ICE-AS6 10 mmol/L 全氟丁酸 1.0 mL/min 电导 AMMS-ICE 抑制器 0.25% 硫酸 50 µ L 1. 柠檬酸 0.5 mg/L 2. 苹果酸 1.0 3. 乙二醇酸 1.0 4. 乳酸 1.0 5. 乙酸 1.0 6. 琥珀 酸 1.0
甘油酸 硼酸 L-磺基丙氨酸 马来酸 草酸 三甲基醋酸
α -羟基丁酸 α -甲级丙烯酸
异戊酸 异丁基乙酸 巴豆酸 亚甲基双巯基乙酸 丙酸
3.3
(1) 聚合物基质：
固定相
聚苯乙烯基质的强酸型阳离子交换树脂
聚丙烯酸基质的羧酸型阳离子交换树脂
(2) 硅胶基质：
未经修饰的硅胶
3.4
(1) 水 (3) 有机酸：
(b)HCl 浓度为0.03mol/L
a
b
ICE流动相中酸的浓度对分离的影响
淋洗液中有机溶剂的影响
10.5 9.5
Retention time/min
7 6
8.5
5 4 3
7.5
6.5
2 1
5.5 1% 2% 4% 5% 6% 8% 9%
Methylcyanide volume fraction(%)
保留时间与乙腈体积分数关系 图。p-甲苯磺酸 + 乙腈淋 洗液。 1. 柠檬酸；2. 酒石酸；3. 苹果酸； 4. 琥珀酸； 5. 乳 酸；6. 甲酸；7. 乙酸
淋洗液流速的影响
21 19 17
Retention time/min
7 6 5 4 3 2 1
15 13 11 9 7 5 3
0.5
0.8
8 7 6 5 25 30 35 40 45 50
Temperature/℃
百度文库
1
保留时间与色谱柱温度的关系 图。p-甲苯磺酸 + 乙腈淋 洗液。1. 柠檬酸；2. 酒石酸；3. 苹果酸；4. 琥珀酸；5. 乳酸 ；6. 甲酸；7. 乙酸
色谱柱温度的影响
70 60
Retention time(min)
酸
相对保留值
丁二酸 乙醇酸 乳酸 甲酸 己二酸 反丁烯二酸 戊二酸 氯乙酸 乙酸 乙酰丙酸 L- 焦谷氨酸 α - 戊酮酸 氰尿酸 二氯乙酸 巯基丁二酸 丙烯酸 碳酸 异丁酸 丁酸 苯乙醇酸 氢肽酸 对羟基苯甲酸 苯基丙酸 戊酸 糠酸 环己羧酸 2，4- 二羟基苯甲酸
0.82 0.82 0.84 0.91 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.13 0.80 0.80 0.81 0.82 1.23 1.26 1.32 1.45 1.49 1.21 4.46 5.40 2.09 2.09 3.26 3.80
保留时间与淋洗液浓度关系图
1. 邻苯二甲酸 ；2. 水杨酸 ；3. 苯乙酸 ；4. 对羟基苯甲酸 ；5. 苯甲酸 ；6. 邻甲苯甲酸
SO42分离柱： 淋洗液： SO42流速： 检测： C2O42C2O4
2-
IonPac ICE-AS1 HCl 1.0mL/min 抑制电导
(a) HCl 浓度为0.02mol/L
H20
H20 H20 CH3COOH
SO3H+ H20 SO3 H+
Donnan-膜
3.2 离子排斥色谱法分离机理
Donnan 排斥
吸附
空间排阻
常见无机酸和有机酸在离子排 斥色谱柱上的相对保留值
酸 硫酸 甲苯基磺酸 亚硫酸 5-磺基水杨酸 氨基磺酸 盐酸 丁炔二酸 三氯乙酸 半乳糖二酸 磷酸 柠檬酸 甲叉丁二酸 丙酮酸 丙二酸
3 2
1
Eluent concentration/(mmol/L)
保留时间与淋洗液浓度关系图。p-甲苯磺酸 淋洗液。1. 柠 檬酸；2. 酒石酸；3. 苹果酸；4. 乳酸；5. 甲酸；6. 乙酸
淋洗液浓度的影响
80
6
60
Retention Time(min)
5 4
40
3
20
2 1
0
0.00
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 Mobile phase concentration(mmol/L)
第三章 离子排斥色谱法 （HPIEC）
机理：Donnan 排斥、吸附、空间排阻
固定相：强酸型阳离子交换树脂 等 流动相：水、无机酸、有机酸等
分析对象：无机弱酸、 有机酸、 醇和醛、
氨基酸等
3.1 离子排斥原理示意图
流动相
SO3 H
- +
δH20
固定相
SO3 H
- +
H+Cl
-
SO3 H
H20
-
- +
抑制电导 非抑制电导 （2） 紫外-可见光度
（3） 电化学检测
（4） 质谱
3.6 应用
（1）有机酸分析 （2）无机弱酸分析 （3）醇和醛的分析 （4）氨基酸的分析
有机酸的分离（ICE-AS6）
7 4
IonPac® ICE-AS6 (9 x 250 mm) 0.4 mM Heptafluorobutyric acid 1.0 mL/min 50 µL Suppressed conductivity, AMMS®-ICE (4 mm) Regenerant: 5 mM Tetrabutylammonium hydroxide Column: Eluent: Flow Rate: Inj. Volume: Detection:
离子排斥色谱与离子交换色谱联用
强酸中弱有机酸的测定，用阴离子交换分离是非常困难的，而用离 子排斥色谱则很容易。如下图中硫酸中弱酸的测定，图中H2SO4的浓度 为2.5 g L-1，有机酸的浓度为0.5-1 mg L-1。这种样品如果用离子交换分 离，高浓度的SO42-会使柱子超载。而用HPIEC，因SO42-不被保留，不 干扰弱酸的定量。
60 min
芳香族羧酸混合标样色谱图
Ion-exclusion chromatogram of a standard mixture of aromatic carboxylic acids
色谱柱(column): Shim-pack SCR-102H; 检测(detection): 直接电导 (direct conductivity); 淋洗液(eluent): 0.08 mmol/L H2SO4; 柱温 (column temperature): 45 ℃; 流 速 (flow rate): 1.2 mL/min. 1. 邻苯二甲酸 (o-phthalic acid)；2. 水杨酸 (salicylic acid)；3. 苯乙酸 (phenylacetic acid)；4. 对羟基苯甲酸 (p-hydroxy benzoic acid)；5. 苯甲酸 (benzoic acid)；6. 邻甲苯甲 酸 (o-toluic acid).
50 40 30
6 5 4 3
20 10 35 40
o
2 1 45 50
temperature( C)
保留时间与色谱柱温度的关系 图。0.08 mmol/L 硫酸淋洗液。 1. 邻苯二甲酸 ；2. 水杨酸 ；3. 苯乙酸 ；4. 对羟基苯甲酸 ；5. 苯 甲酸 ；6. 邻甲苯甲酸
3.5 检测
（1） 电导 ：
3
µ S 12
6
9 10 12
8
5
11
13 Peaks:
(ppm)
1. Oxalic
5.0mg/L
2. 3. 7 4. 5. 6. 0 7. 8. 9. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 10. 11. Minutes 保留主要取决于分析物的PKa值，即有机酸的离解常数， 12. 13.
流动相
(2) 无机酸：H2SO4 、HCl
烷基磺酸：辛烷磺酸 全氟羧酸：全氟庚酸 (4) 糖：
（5） 醇：正丁醇、聚乙烯醇
（6）以上试剂 + 有机溶剂（乙腈、甲醇等）
淋洗液浓度的影响
10 9
Retention time/min
6 5 4
8 7 6 5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
酸性越弱，保留时间越长。
Tartaric 10.0 Citric 15.0 Malic 20.0 Glycolic 10.0 Formic 10.0 Lactic 10.0 2-Hydroxyisobutyric 30.0 Acetic 25.0 Succinic 25.0 Fumaric 35.0 Propionic 50.0 Glutaric 40.0 11596-02
相同色谱条件下，有机酸在排斥柱上的保留主要由酸的强弱 决定。我们在实验中总结了一下洗脱规律： 1、同类羧酸，保留时间随碳链长度增加而增加。如甲酸、 乙酸、丙酸、丁酸、戊酸保留时间逐渐增加。 2、被取代的羧酸，取代基越多，保留时间越短。 3、一般二元酸在一元酸前洗脱，如草酸在乙酸前洗脱，马 来酸在丙酸前洗脱。 4、双链有机酸较其对应的单链有机酸保留时间长，如丙烯 酸在丙酸后洗脱。 5、芳香羧酸在树脂上的保留一般较强，而HPIEC法对它们 不灵敏。
1.0
1.2
1.5
Flow rate/(mL/min)
保留时间与乙腈体积分数关系 图。p-甲苯磺酸 + 乙腈 淋洗液。 1. 柠檬酸；2. 酒石酸；3. 苹果酸；4. 琥珀酸；5. 乳酸；6. 甲酸；7. 乙酸
色谱柱温度的影响
11 10 9
Retention time/min
7 6 5 4 3 2
µ S 2 1 3 4 0.0 0 5 10 15 Minutes 20
5
酸性基体中脂肪酸的检测
µS/cm
2
1
2 6 3
8
5 4 7
1
0
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
t /min
有机酸混合标样离子排斥色谱图
Ion exclusion chromatogram of a standard mixture of carboxylic acids
μS/cm 0.75 0.50 0.25 0.00 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 min 2
1
3 4 5 6
脂肪酸混合标样色谱图
Ion-exclusion chromatogram of a standard mixture of carboxylic acids
色谱柱(column): Shim-pack SCR-102H; 检测(detection): 直接电导 (direct conductivity); 淋洗液(eluent): 0.2 mmol/L p-甲苯磺酸 ; 柱温 (column temperature): 45 ℃; 流速 (flow rate): 1.2 mL/min.
1
3
5
8
0
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
t /min
苹果汁样品色谱图
1. 柠檬酸(Citric acid)； 3. 苹果酸(Malic acid)；5. 乳酸 (Lactic acid)；8. 系统峰
μS/cm 1.5 1 1.0 0.5 0.0 2 3 4 5 6
0
10
20
30
40
50
1. 柠檬酸(Citric acid)； 2. 酒石酸(Tartaric acid)；3. 苹果酸(Malic acid)；4. 琥珀酸 (Succinic aicd)；5. 乳酸(Lactic acid)；6. 甲酸(Formic acid)；7. 乙酸(Acetic acid)；8. 系 统峰
µS/cm 3 1 2
α -丁酮酸
相对保留值 0.57 0.57 0.58 0.58 0.58 0.59 0.59 0.60 0.60 0.63 0.64 0.70 0.71 0.72 0.74 0.75 0.75~0.79 0.61 0.61~0.71 0.62 1.49 1.57 1.63 1.66 1.67 1.95 1.15 1.17
1. 甲酸；2. 乙酸；3. 丙酸；4. 丁酸；5. 戊酸；6. 己酸
μS/cm 2 0.25 3 0.00 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 min 4 5 6
白酒样品色谱图
色谱柱(column): Shim-pack SCR-102H; 检测(detection): 直 接电导 (direct conductivity); 淋洗液(eluent): 0.2 mmol/L p-甲苯磺 酸 ; 柱温 (column temperature): 45 ℃; 流速 (flow rate): 1.2 mL/min.
μS/cm 0.75 0.50 0.25 0.00 0.0
μS/cm 2 0.25 3 0.00 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 min 4 5 6
1.0 分离柱: 淋洗液: 流速: 检测: 抑制器: 样品: 进样量： 色谱峰: 6 IonPac ICE-AS6 10 mmol/L 全氟丁酸 1.0 mL/min 电导 AMMS-ICE 抑制器 0.25% 硫酸 50 µ L 1. 柠檬酸 0.5 mg/L 2. 苹果酸 1.0 3. 乙二醇酸 1.0 4. 乳酸 1.0 5. 乙酸 1.0 6. 琥珀 酸 1.0
甘油酸 硼酸 L-磺基丙氨酸 马来酸 草酸 三甲基醋酸
α -羟基丁酸 α -甲级丙烯酸
异戊酸 异丁基乙酸 巴豆酸 亚甲基双巯基乙酸 丙酸
3.3
(1) 聚合物基质：
固定相
聚苯乙烯基质的强酸型阳离子交换树脂
聚丙烯酸基质的羧酸型阳离子交换树脂
(2) 硅胶基质：
未经修饰的硅胶
3.4
(1) 水 (3) 有机酸：
(b)HCl 浓度为0.03mol/L
a
b
ICE流动相中酸的浓度对分离的影响
淋洗液中有机溶剂的影响
10.5 9.5
Retention time/min
7 6
8.5
5 4 3
7.5
6.5
2 1
5.5 1% 2% 4% 5% 6% 8% 9%
Methylcyanide volume fraction(%)
保留时间与乙腈体积分数关系 图。p-甲苯磺酸 + 乙腈淋 洗液。 1. 柠檬酸；2. 酒石酸；3. 苹果酸； 4. 琥珀酸； 5. 乳 酸；6. 甲酸；7. 乙酸
淋洗液流速的影响
21 19 17
Retention time/min
7 6 5 4 3 2 1
15 13 11 9 7 5 3
0.5
0.8
8 7 6 5 25 30 35 40 45 50
Temperature/℃
百度文库
1
保留时间与色谱柱温度的关系 图。p-甲苯磺酸 + 乙腈淋 洗液。1. 柠檬酸；2. 酒石酸；3. 苹果酸；4. 琥珀酸；5. 乳酸 ；6. 甲酸；7. 乙酸
色谱柱温度的影响
70 60
Retention time(min)
酸
相对保留值
丁二酸 乙醇酸 乳酸 甲酸 己二酸 反丁烯二酸 戊二酸 氯乙酸 乙酸 乙酰丙酸 L- 焦谷氨酸 α - 戊酮酸 氰尿酸 二氯乙酸 巯基丁二酸 丙烯酸 碳酸 异丁酸 丁酸 苯乙醇酸 氢肽酸 对羟基苯甲酸 苯基丙酸 戊酸 糠酸 环己羧酸 2，4- 二羟基苯甲酸
0.82 0.82 0.84 0.91 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.13 0.80 0.80 0.81 0.82 1.23 1.26 1.32 1.45 1.49 1.21 4.46 5.40 2.09 2.09 3.26 3.80
保留时间与淋洗液浓度关系图
1. 邻苯二甲酸 ；2. 水杨酸 ；3. 苯乙酸 ；4. 对羟基苯甲酸 ；5. 苯甲酸 ；6. 邻甲苯甲酸
SO42分离柱： 淋洗液： SO42流速： 检测： C2O42C2O4
2-
IonPac ICE-AS1 HCl 1.0mL/min 抑制电导
(a) HCl 浓度为0.02mol/L
H20
H20 H20 CH3COOH
SO3H+ H20 SO3 H+
Donnan-膜
3.2 离子排斥色谱法分离机理
Donnan 排斥
吸附
空间排阻
常见无机酸和有机酸在离子排 斥色谱柱上的相对保留值
酸 硫酸 甲苯基磺酸 亚硫酸 5-磺基水杨酸 氨基磺酸 盐酸 丁炔二酸 三氯乙酸 半乳糖二酸 磷酸 柠檬酸 甲叉丁二酸 丙酮酸 丙二酸
3 2
1
Eluent concentration/(mmol/L)
保留时间与淋洗液浓度关系图。p-甲苯磺酸 淋洗液。1. 柠 檬酸；2. 酒石酸；3. 苹果酸；4. 乳酸；5. 甲酸；6. 乙酸
淋洗液浓度的影响
80
6
60
Retention Time(min)
5 4
40
3
20
2 1
0
0.00
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 Mobile phase concentration(mmol/L)
第三章 离子排斥色谱法 （HPIEC）
机理：Donnan 排斥、吸附、空间排阻
固定相：强酸型阳离子交换树脂 等 流动相：水、无机酸、有机酸等
分析对象：无机弱酸、 有机酸、 醇和醛、
氨基酸等
3.1 离子排斥原理示意图
流动相
SO3 H
- +
δH20
固定相
SO3 H
- +
H+Cl
-
SO3 H
H20
-
- +
抑制电导 非抑制电导 （2） 紫外-可见光度
（3） 电化学检测
（4） 质谱
3.6 应用
（1）有机酸分析 （2）无机弱酸分析 （3）醇和醛的分析 （4）氨基酸的分析
有机酸的分离（ICE-AS6）
7 4
IonPac® ICE-AS6 (9 x 250 mm) 0.4 mM Heptafluorobutyric acid 1.0 mL/min 50 µL Suppressed conductivity, AMMS®-ICE (4 mm) Regenerant: 5 mM Tetrabutylammonium hydroxide Column: Eluent: Flow Rate: Inj. Volume: Detection:
离子排斥色谱与离子交换色谱联用
强酸中弱有机酸的测定，用阴离子交换分离是非常困难的，而用离 子排斥色谱则很容易。如下图中硫酸中弱酸的测定，图中H2SO4的浓度 为2.5 g L-1，有机酸的浓度为0.5-1 mg L-1。这种样品如果用离子交换分 离，高浓度的SO42-会使柱子超载。而用HPIEC，因SO42-不被保留，不 干扰弱酸的定量。
60 min
芳香族羧酸混合标样色谱图
Ion-exclusion chromatogram of a standard mixture of aromatic carboxylic acids
色谱柱(column): Shim-pack SCR-102H; 检测(detection): 直接电导 (direct conductivity); 淋洗液(eluent): 0.08 mmol/L H2SO4; 柱温 (column temperature): 45 ℃; 流 速 (flow rate): 1.2 mL/min. 1. 邻苯二甲酸 (o-phthalic acid)；2. 水杨酸 (salicylic acid)；3. 苯乙酸 (phenylacetic acid)；4. 对羟基苯甲酸 (p-hydroxy benzoic acid)；5. 苯甲酸 (benzoic acid)；6. 邻甲苯甲 酸 (o-toluic acid).
50 40 30
6 5 4 3
20 10 35 40
o
2 1 45 50
temperature( C)
保留时间与色谱柱温度的关系 图。0.08 mmol/L 硫酸淋洗液。 1. 邻苯二甲酸 ；2. 水杨酸 ；3. 苯乙酸 ；4. 对羟基苯甲酸 ；5. 苯 甲酸 ；6. 邻甲苯甲酸
3.5 检测
（1） 电导 ：
3
µ S 12
6
9 10 12
8
5
11
13 Peaks:
(ppm)
1. Oxalic
5.0mg/L
2. 3. 7 4. 5. 6. 0 7. 8. 9. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 10. 11. Minutes 保留主要取决于分析物的PKa值，即有机酸的离解常数， 12. 13.
流动相
(2) 无机酸：H2SO4 、HCl
烷基磺酸：辛烷磺酸 全氟羧酸：全氟庚酸 (4) 糖：
（5） 醇：正丁醇、聚乙烯醇
（6）以上试剂 + 有机溶剂（乙腈、甲醇等）
淋洗液浓度的影响
10 9
Retention time/min
6 5 4
8 7 6 5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
酸性越弱，保留时间越长。
Tartaric 10.0 Citric 15.0 Malic 20.0 Glycolic 10.0 Formic 10.0 Lactic 10.0 2-Hydroxyisobutyric 30.0 Acetic 25.0 Succinic 25.0 Fumaric 35.0 Propionic 50.0 Glutaric 40.0 11596-02
相同色谱条件下，有机酸在排斥柱上的保留主要由酸的强弱 决定。我们在实验中总结了一下洗脱规律： 1、同类羧酸，保留时间随碳链长度增加而增加。如甲酸、 乙酸、丙酸、丁酸、戊酸保留时间逐渐增加。 2、被取代的羧酸，取代基越多，保留时间越短。 3、一般二元酸在一元酸前洗脱，如草酸在乙酸前洗脱，马 来酸在丙酸前洗脱。 4、双链有机酸较其对应的单链有机酸保留时间长，如丙烯 酸在丙酸后洗脱。 5、芳香羧酸在树脂上的保留一般较强，而HPIEC法对它们 不灵敏。
1.0
1.2
1.5
Flow rate/(mL/min)
保留时间与乙腈体积分数关系 图。p-甲苯磺酸 + 乙腈 淋洗液。 1. 柠檬酸；2. 酒石酸；3. 苹果酸；4. 琥珀酸；5. 乳酸；6. 甲酸；7. 乙酸
色谱柱温度的影响
11 10 9
Retention time/min
7 6 5 4 3 2
µ S 2 1 3 4 0.0 0 5 10 15 Minutes 20
5
酸性基体中脂肪酸的检测
µS/cm
2
1
2 6 3
8
5 4 7
1
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0.0
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5.0
7.5
10.0
t /min
有机酸混合标样离子排斥色谱图
Ion exclusion chromatogram of a standard mixture of carboxylic acids
μS/cm 0.75 0.50 0.25 0.00 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 min 2
1
3 4 5 6
脂肪酸混合标样色谱图
Ion-exclusion chromatogram of a standard mixture of carboxylic acids
色谱柱(column): Shim-pack SCR-102H; 检测(detection): 直接电导 (direct conductivity); 淋洗液(eluent): 0.2 mmol/L p-甲苯磺酸 ; 柱温 (column temperature): 45 ℃; 流速 (flow rate): 1.2 mL/min.
1
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0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
t /min
苹果汁样品色谱图
1. 柠檬酸(Citric acid)； 3. 苹果酸(Malic acid)；5. 乳酸 (Lactic acid)；8. 系统峰
μS/cm 1.5 1 1.0 0.5 0.0 2 3 4 5 6
0
10
20
30
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50
1. 柠檬酸(Citric acid)； 2. 酒石酸(Tartaric acid)；3. 苹果酸(Malic acid)；4. 琥珀酸 (Succinic aicd)；5. 乳酸(Lactic acid)；6. 甲酸(Formic acid)；7. 乙酸(Acetic acid)；8. 系 统峰
µS/cm 3 1 2
α -丁酮酸
相对保留值 0.57 0.57 0.58 0.58 0.58 0.59 0.59 0.60 0.60 0.63 0.64 0.70 0.71 0.72 0.74 0.75 0.75~0.79 0.61 0.61~0.71 0.62 1.49 1.57 1.63 1.66 1.67 1.95 1.15 1.17
1. 甲酸；2. 乙酸；3. 丙酸；4. 丁酸；5. 戊酸；6. 己酸
μS/cm 2 0.25 3 0.00 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 min 4 5 6
白酒样品色谱图
色谱柱(column): Shim-pack SCR-102H; 检测(detection): 直 接电导 (direct conductivity); 淋洗液(eluent): 0.2 mmol/L p-甲苯磺 酸 ; 柱温 (column temperature): 45 ℃; 流速 (flow rate): 1.2 mL/min.