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第三章 离子色谱分析法
一、离子色谱法原理 二、离子色谱仪
1
一、离子色谱法原理
离子色谱法（IC) :以离子型化合物为分析 对象的液相色谱法。
通常使用离子交换剂固定相和电导检测器 。
➢ 离子型物质 : 在水溶液中电离，具有 + 或 – 电荷的元素
无机阴离子（Ｃｌ－，ＮＯ2－，ＳＯ４２－，ＣｒＯ４２－）和 无机阳离子（Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Ｆｅ３＋），还 有有机阴离子（有机酸、有机磺酸盐和有机磷酸
▪ 进样之后，样品阴离子与淋洗剂阴离子竞争固定 相上的正电荷位置，当固定相上的阴离子交换位 置被样品阴离子转换时，由于样品阴离子与固定 相之间的库仑力，样品离子将暂时被固定相保留， 样品中不同阴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，则流出色谱的速度不同，从而达到了不同离 子被分离开的目的。
9
影响离子保留的因素
▪ 离子色谱法中用分配系数（指在固定相和 流动相中的浓度比）来描述离子的色谱保 留行为，不同离子分配系数的差异是色谱 分离的基础。
▪ 影响因素有流动相流速、分离柱长度、柱 温、固定相性质、流动相的种类与浓度、 流动相的pH等。
10
淋洗液和分析对象
▪ 主要的淋洗液： ▪ Na2B4O7, NaOH, NaHCO3, Na2CO3 ▪ 分析对象： ▪ 阴离子（F-、Cl-、NO3-、Br-、PO43-）， ▪ 阳离子（Li+、Na+、NH4+、K+、Ca2+ ） ▪ 一些碳水化合物也可以用离子交换法进
▪ 有很多大分子或离解较弱的有机离子需要采用通 常用于中性有机化合物分离的反相（或正相）色 谱来进行分离分析。
▪ 直接采用正相和反相色谱又存在困难，因为大多 数可离解的有机化合物在正相色谱法的硅胶固定 相上吸附太强，致使被测物质保留值太大，出现 脱尾峰，有时甚至不能被洗脱，而在反相色谱法 的非极性或弱极性固定相中的保留值又太小，致 使分离度太差。
13Hale Waihona Puke Baidu
2、淋洗液和分析对象
▪ 最简单的淋洗液是去离子水， ▪ 对有机酸的分析，常用矿物酸，如 ▪ HCl，H2SO4，HNO3等。 ▪ 分析对象： ▪ 无机弱酸：硼酸，氢氟酸，硅酸，亚硫酸，
碳酸等 ▪ 有机酸：羧酸，醇，醛等。
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二、离子抑制色谱和离子对色谱法
▪ 无机离子以及离解很强的有机离子通常可以采用 离子交换色谱法或离子排斥色谱法进行分离。
盐等）和有机阳离子（胺、吡啶）以及生物物质
（糖、醇、酚、氨基酸和核酸）
2
离子色谱与液相色谱的区别
固定相：离子交换剂 流动相：无机化合物 检测器：电导检测器。
3
应用领域
领域
环境. / 污染 城市用水 化学品 电子 / 半导体 金属 / 钢材
农业 医学 化妆品 制药 电力 食品 / 饮料 造纸. /纸浆
▪ 在离子交换反应中，离子交换剂的本体结构不 发生明显的变化，仅由带有的离子与外界同电 性离子发生等量的离子交换。
6
（一）高效离子交换色谱法（HPIC）
▪ 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 有不同的亲和力而被分离。
7
（一）高效离子交换色谱法（HPIC）
▪ 离子交换色谱的固定相具有固定电荷的 功能基。
▪ 阴离子交换色谱法中，其固定相的功能 基一般是季胺基；
▪ 阳离子交换色谱法中，其固定相的功能 基一般为磺酸基；
8
（一）高效离子交换色谱法（HPIC）
▪ 以阴离子交换过程为例，说明分离过程：
▪ 在离子交换进行的过程中，流动相连续提供淋洗 阴离子，这种淋洗阴离子与固定相离子交换位置 的阳离子以库仑力相结合，并保持电荷平衡。
行分离分析。
11
二、高效离子排斥色谱（HPIEC）
▪ 分离是基于固定相和被分析物 之间三种不同的作用-Donnan 排斥、空间排斥和吸附作用。
12
1、分离原理
▪ 典型的离子排斥色谱柱是全磺化高交换容量的H+型阳离 子交换剂，其功能基为磺酸根阴离子(SO3-)，树脂表面的 这一负电荷层对负离子具有排斥作用，即所谓的Donnan 排斥。由于Donnan排斥，完全离解的酸不被固定相保留 ，而被洗脱，而未离解的化合物不受排斥，从而进入树脂 的内微孔，在固定相中保留。保留值的大小取决于非离子 性化合物在树脂内溶液和树脂外溶液间的分配系数。
15
解决方法
▪ 第一种方法：由酸碱平衡理论可知， 如果降低（或增加）流动相的pH， 可以使酸（或碱）性离子化合物尽量 保持离子状态，然后可以利用离子色 谱的一般体系来进行分析测定。 这 种方法就是离子抑制色谱法。
16
解决方法
▪ 第二种方法：如果被分析的离子是较强的电解 质，单靠改变流动相的酸碱性不能抑制离子性 化合物的解离，这时可以在流动相中加入适当 的具有与被测离子相反电荷的离子，即离子对 试剂，使之于被测离子形成中性的离子对化合 物，此离子对化合物在反相色谱柱上被保留， 从而达到被分离的目的。这种方法便是离子对 色谱法。
▪ 离子对色谱法中保留值大小主要取决于离子对 化合物的离解平衡常数和离子对试剂的浓度。
17
二、离子色谱仪
▪ 1、基本构造
▪ 流动相容器 ▪ 高压输液泵 ▪ 进样器 ▪ 色谱柱 ▪ 检测器 ▪ 数据处理系统 ▪ 根据需要配置流动相在线脱气装置、梯度洗脱
样品
雨水/河水/ 大气/ 污水 自来水 / 水源 设备提取物 / 聚合物 高纯水・ 晶片冲洗水 表面处理液・镀 槽 ・冷却水
肥料 /土壤 / 植物 /等 血液 / 尿 化妆品 / 清洁剂/ 洗发液 化学 / 液体 冷却水 / HPW 酒 / 饮料/ 糖果
纸浆液・处理水
应用
雨水中离子 自来水中消毒副产物 环氧类粘合剂中的阴离子 高纯水中的离子型杂质 电镀 槽中的抗坏血酸
土壤中离子 尿中草酸 化妆品液体中的阴离子 化学品中的重金属 锅炉蒸汽中的杂质 饮料中有机酸 张纸和液体中的离子
4
一、离子色谱法原理
1. 高效离子交换色谱法 （HPIC）
分离机理
2. 高效离子排斥色谱 （HPIEC）
3. 离子对色谱法（IPC）
5
一、离子色谱法原理
▪ 离子交换剂
▪ 是离子色谱法中应用最为广泛的固定相，是一 种具有可交换离子的聚合电解质，能参与溶液 中离子的交换作用而不改变本身一般物理特性。
一、离子色谱法原理 二、离子色谱仪
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一、离子色谱法原理
离子色谱法（IC) :以离子型化合物为分析 对象的液相色谱法。
通常使用离子交换剂固定相和电导检测器 。
➢ 离子型物质 : 在水溶液中电离，具有 + 或 – 电荷的元素
无机阴离子（Ｃｌ－，ＮＯ2－，ＳＯ４２－，ＣｒＯ４２－）和 无机阳离子（Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Ｆｅ３＋），还 有有机阴离子（有机酸、有机磺酸盐和有机磷酸
▪ 进样之后，样品阴离子与淋洗剂阴离子竞争固定 相上的正电荷位置，当固定相上的阴离子交换位 置被样品阴离子转换时，由于样品阴离子与固定 相之间的库仑力，样品离子将暂时被固定相保留， 样品中不同阴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，则流出色谱的速度不同，从而达到了不同离 子被分离开的目的。
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影响离子保留的因素
▪ 离子色谱法中用分配系数（指在固定相和 流动相中的浓度比）来描述离子的色谱保 留行为，不同离子分配系数的差异是色谱 分离的基础。
▪ 影响因素有流动相流速、分离柱长度、柱 温、固定相性质、流动相的种类与浓度、 流动相的pH等。
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淋洗液和分析对象
▪ 主要的淋洗液： ▪ Na2B4O7, NaOH, NaHCO3, Na2CO3 ▪ 分析对象： ▪ 阴离子（F-、Cl-、NO3-、Br-、PO43-）， ▪ 阳离子（Li+、Na+、NH4+、K+、Ca2+ ） ▪ 一些碳水化合物也可以用离子交换法进
▪ 有很多大分子或离解较弱的有机离子需要采用通 常用于中性有机化合物分离的反相（或正相）色 谱来进行分离分析。
▪ 直接采用正相和反相色谱又存在困难，因为大多 数可离解的有机化合物在正相色谱法的硅胶固定 相上吸附太强，致使被测物质保留值太大，出现 脱尾峰，有时甚至不能被洗脱，而在反相色谱法 的非极性或弱极性固定相中的保留值又太小，致 使分离度太差。
13Hale Waihona Puke Baidu
2、淋洗液和分析对象
▪ 最简单的淋洗液是去离子水， ▪ 对有机酸的分析，常用矿物酸，如 ▪ HCl，H2SO4，HNO3等。 ▪ 分析对象： ▪ 无机弱酸：硼酸，氢氟酸，硅酸，亚硫酸，
碳酸等 ▪ 有机酸：羧酸，醇，醛等。
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二、离子抑制色谱和离子对色谱法
▪ 无机离子以及离解很强的有机离子通常可以采用 离子交换色谱法或离子排斥色谱法进行分离。
盐等）和有机阳离子（胺、吡啶）以及生物物质
（糖、醇、酚、氨基酸和核酸）
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离子色谱与液相色谱的区别
固定相：离子交换剂 流动相：无机化合物 检测器：电导检测器。
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应用领域
领域
环境. / 污染 城市用水 化学品 电子 / 半导体 金属 / 钢材
农业 医学 化妆品 制药 电力 食品 / 饮料 造纸. /纸浆
▪ 在离子交换反应中，离子交换剂的本体结构不 发生明显的变化，仅由带有的离子与外界同电 性离子发生等量的离子交换。
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（一）高效离子交换色谱法（HPIC）
▪ 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 有不同的亲和力而被分离。
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（一）高效离子交换色谱法（HPIC）
▪ 离子交换色谱的固定相具有固定电荷的 功能基。
▪ 阴离子交换色谱法中，其固定相的功能 基一般是季胺基；
▪ 阳离子交换色谱法中，其固定相的功能 基一般为磺酸基；
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（一）高效离子交换色谱法（HPIC）
▪ 以阴离子交换过程为例，说明分离过程：
▪ 在离子交换进行的过程中，流动相连续提供淋洗 阴离子，这种淋洗阴离子与固定相离子交换位置 的阳离子以库仑力相结合，并保持电荷平衡。
行分离分析。
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二、高效离子排斥色谱（HPIEC）
▪ 分离是基于固定相和被分析物 之间三种不同的作用-Donnan 排斥、空间排斥和吸附作用。
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1、分离原理
▪ 典型的离子排斥色谱柱是全磺化高交换容量的H+型阳离 子交换剂，其功能基为磺酸根阴离子(SO3-)，树脂表面的 这一负电荷层对负离子具有排斥作用，即所谓的Donnan 排斥。由于Donnan排斥，完全离解的酸不被固定相保留 ，而被洗脱，而未离解的化合物不受排斥，从而进入树脂 的内微孔，在固定相中保留。保留值的大小取决于非离子 性化合物在树脂内溶液和树脂外溶液间的分配系数。
15
解决方法
▪ 第一种方法：由酸碱平衡理论可知， 如果降低（或增加）流动相的pH， 可以使酸（或碱）性离子化合物尽量 保持离子状态，然后可以利用离子色 谱的一般体系来进行分析测定。 这 种方法就是离子抑制色谱法。
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解决方法
▪ 第二种方法：如果被分析的离子是较强的电解 质，单靠改变流动相的酸碱性不能抑制离子性 化合物的解离，这时可以在流动相中加入适当 的具有与被测离子相反电荷的离子，即离子对 试剂，使之于被测离子形成中性的离子对化合 物，此离子对化合物在反相色谱柱上被保留， 从而达到被分离的目的。这种方法便是离子对 色谱法。
▪ 离子对色谱法中保留值大小主要取决于离子对 化合物的离解平衡常数和离子对试剂的浓度。
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二、离子色谱仪
▪ 1、基本构造
▪ 流动相容器 ▪ 高压输液泵 ▪ 进样器 ▪ 色谱柱 ▪ 检测器 ▪ 数据处理系统 ▪ 根据需要配置流动相在线脱气装置、梯度洗脱
样品
雨水/河水/ 大气/ 污水 自来水 / 水源 设备提取物 / 聚合物 高纯水・ 晶片冲洗水 表面处理液・镀 槽 ・冷却水
肥料 /土壤 / 植物 /等 血液 / 尿 化妆品 / 清洁剂/ 洗发液 化学 / 液体 冷却水 / HPW 酒 / 饮料/ 糖果
纸浆液・处理水
应用
雨水中离子 自来水中消毒副产物 环氧类粘合剂中的阴离子 高纯水中的离子型杂质 电镀 槽中的抗坏血酸
土壤中离子 尿中草酸 化妆品液体中的阴离子 化学品中的重金属 锅炉蒸汽中的杂质 饮料中有机酸 张纸和液体中的离子
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一、离子色谱法原理
1. 高效离子交换色谱法 （HPIC）
分离机理
2. 高效离子排斥色谱 （HPIEC）
3. 离子对色谱法（IPC）
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一、离子色谱法原理
▪ 离子交换剂
▪ 是离子色谱法中应用最为广泛的固定相，是一 种具有可交换离子的聚合电解质，能参与溶液 中离子的交换作用而不改变本身一般物理特性。