离子色谱柱的构造和原理

25
200 7 180 160 140 120 8
UV (mAU)
10 5 2 4 6 9 11
100 80 60 40 20 0 -20 0 1
3
5
10
15
20
time (min)
不同比较的非离子和阳离子表面活性剂涂覆 柱测定离子保留时间比较
[Tween 20]/mM (这里[Trition]=5mM)
16 14 12 10
3
conductivity (uS)
8 6 4 2 0 -2 -4 0 20 40 60 80 1 2 4 6 5 9 10 7 8
time (min)
乙酸及氟代乙酸的分离
Conditions: column: Dionex Acclaim 120 C18 5 m 120 Å (4.6 x 100 mm, ID coated first with 5 mM Triton X-100 and then 5 mM CPC; eluent: 10 mM Na2CO3; flow rate, 1.0 ml/min; detection by suppressed conductivity with suppressor operated at 50 mA in the recycle mode; sample: 50 µL Peak: 1. 10 µg/ml 乙酸, 2. 10 µg/ml一氯乙酸 3. 10 µg/ml二氯乙酸 4. 50 µg/ml三氯乙酸

单纯涂阳离子表面活性剂的色谱柱
Conditions: column: Lcolumn ODS coated with 5 mM DD; eluent: 5 mM NaClO4 ; flow rate, 2.0 ml/ min; detection, UV at 200 nm; sample: 100L Peaks: 1. 30 g/ml 醋酸, 2. 2 g/ml 亚硝酸, 3. 2 g/ml 溴, 4. 2 g/ml 硝酸 5. 2 g/ml 4-羟基苯甲酸， 6. 30 g/ml 草酸, 7. 30 g/ml 钼酸根, 8. 10 g/ml 苯甲酸, 9. 10 g/ml 邻苯二甲酸, 10. 30 g/ml 硫氰根
60 2
4
7
10
50
5 40 3
9
UV (mAU)
30
6 1
8
20
10
0
-10 0 10 20 30
time (min)
混合涂非离子和阳离子表面活性剂的色谱柱
Same conditions as last Fig except the column was coated with a mixture of 5 mM DD and 2 mM Tween 20. Peak: 1. 醋酸, 2. 亚硝酸, 3. 溴, 4. 硝酸, 5. 草酸, 6. 4-羟基苯甲酸, 7. 钼酸, 8. 碘, 9. 邻苯二甲酸, 10. 苯甲酸 11. 硫氰酸根.
多层涂覆的高效阴离子色谱柱




考虑到色谱柱涂层的可能情况，我们采用了双层 涂覆的方式，即先涂非离子表面活性剂，然后再 涂阳离子表面活性剂。或者次序相反。 通过双层涂覆，我们可以得到非常高效的阴离子 色谱柱，其理论塔板数达到约80000/M，考虑到离 子色谱柱抑制器扩散，其柱效与HPLC柱基本一致。 这种方式涂覆，不同的非离子表面活性剂均有效， 但所试的表面活性剂中曲拉通X-100最有为效。 下面是几种柱涂覆后的色谱分离图。
高效离子色谱柱研究
朱 岩, P.R.Haddad, J.S.Fritz
背景和介绍



离子色谱（IC）发展已经有四分一个世纪，作为 一种独立的色谱分枝，并在许多领域得到广泛应 用。 但离子色谱（IC）与其相似的色谱高效液相色谱 （HPLC）相比，柱效要低很多（约为HPLC的 1/3），而价格则要高很多（约HPLC的3到5倍）。 提高离子色谱的柱效，是离子色谱研究急需解决 的问题，也将是推动离子色谱发展和应用的决定 因素之一。
被测离子
0 1.92 2.62 3.35 3.71 4.57 12.0 13.3 13.2 13.8 15.6 16.4 23.2 32.2
1。0 1.18 1.74 2.15 2.36 4.34 7.00 3.22 5.13 5.97 7.49 14.3 16.6 23.7
2。0 1.26 1.63 2.19 2.45 3.44 3.05 3.25 4.50 3.58 7.07 7.80 7.26 21.4
我们的工作



采用动态和静态涂覆阳离子（季胺盐类）表面活 性剂等方式，对反相色谱柱和填料进行涂覆，制 备阴离子色谱柱。 在涂覆过程中，添加非离子表面活性剂，从而控 制阴离子色谱柱的柱交换容量，缩短被测物的保 留时间。 控制涂覆过程，提高阴离子色谱柱的柱效。 对有关的机理进行研究，为一下研制高效离子色 谱柱打下基础。
L-column ODS
醋酸根 亚硝酸根 溴 硝酸根 4-羟基苯甲酸 草酸 钨酸 铬酸 钼酸 碘 苯甲酸 邻苯二甲酸 硫氰酸
Dionex NS1 5μm
混合表面活性剂涂覆灭存在的问题
混合表面活性剂涂覆柱还存在如下问题： 1. 非离子表面活性剂量在适度，否则会出现 色谱柱疏水性过强，对强疏水性离子（如 苯甲酸类），超过一定量的非离子表面活 性剂再增加非离子表面活性剂，反而会增 加保留时间。 2. 虽然，加入了非离子表面降低了色谱柱交 换容量，但色谱柱效并没有改变。 3. 柱压会随着涂覆而大大增加。
结果与讨论
所用非离子和阳离子表面活性剂
缩写或俗名 曲拉通 X100
CH3 CH3(CH3)10CH2 N
+
化学名 polyoxyethylene (10) isooctylphenyl ether Polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate polyoxyethylene (23) lauryl ether cetylpyridinium chloride Didodecyldimethyla m-monium bromide
实 验
试剂 乙腈采用Merck (Darmstadt,Germany)的HPLC级。其它淋洗液和被测 物标准均为分析纯，购自Aldrich (Milwaukee, WI, U.S.A.)或Ajax (Auburn, N.S.W. Australia)。全部溶剂配制包括淋洗液和标准溶 剂均采用Millipore Mill-Q纯水系统（Millipore, Milford, MA, U.S.A.)的二次去离子水配制。 2、仪器 离子色谱采用Dionex (Sunnyvale CA,U.S.A.) DX600型，配以GS50 梯度泵，AS50柱温箱，AS50自动进样器, UI 20通过接口，和 Waters 484可变波长紫外检测器. 数据采用和处理采用Peaknet 6.2 软件。色谱柱分别采用Dionex IonPac NS1 (150 x 4 mm, ID) 聚合物柱，Dionex Acclaim 120 C18 (100 x 4.6 mm, ID), Waters (Milford, MA, USA) Nova-Pak C18 (150 x 3.9mm, ID), Phenomenex (Torrance, CA, USA) Synergi 4μ MAX-PR 80Å C12 (150 x 4.6 mm, ID), 和CERI (Chemicals Evaluation and Research Institute, Japan) L-column ODS (150×4.6mm,ID)，抑 制器采用Dionex AMMS-UTRA 4mm自再生抑制器。
3。0 1.03 1.82 2.03 2.19 3.60 2.45 3.5 5.17 4.32 6.17 7.90 8.69 18.5
5。0 1.08 1.45 1.68 1.88 3.96 2.54 5.52 3.64 3.20 4.58 9.98 9.76 13.8
0 2.72 3.84 4.87 5.60 7.15 38.7 32.0 17.0 47.3 19.9 22.3 48.9 58.5
3。0 1.37 1.95 2.48 2.95 3.98 5.67 6.28 7.08 6.41 11.9 9.86 12.2 38.1
5。0 0.97 1.39 1.78 2.12 3.24 2.29 2.61 6.80 2.39 9.06 6.7Baidu Nhomakorabea 5.15 33.4
10。0 1.06 0.95 0.95 1.05 3.28 3.97 3.89 3.88 1.50 2.72 6.59 3.93 8.90
涂覆型离子色谱柱



聚合物或者硅胶基反相填料，通过静态、动态涂 覆表面活性剂、染料和乳胶，可制备成离子色谱 柱（如季胺盐表面活性剂可以制备成阴离子色谱 柱）。 涂覆型离子色谱柱的特点是简单、方便，价格便 宜，也可以反复涂覆使用。 缺点是于色谱的柱容量不易控制（一般柱容量偏 高），柱效也不高（一般报道在6400~10000理论 塔板数/M），另外，还存在使用寿命问题。 但对新型色谱柱研制往往先从涂覆型开始然后再 化学键合。
Dionex Acclaim 120 C18 5 m 120 Å (4.6 x 100 mm, ID) 涂 覆柱的常规阴离子分离
Conditions: column: Dionex Acclaim 120 C18 5 m 120 Å (4.6 x 100 mm, ID) coated first with 5 mM Triton X-100 and then 5 mM CPC; eluent: 10 mM Na2CO3; flow rate, 1.0 ml/min; detection, suppressed conductivity with suppressor operated at 50 mA in the recycle mode; sample: 50 µL Peak: 1. 2 µg/ml 氟, 2. 10 µg/ml 甲酸, 3. 5µg 氯, 4. 5 µg/ml 亚硝酸, 5. 10 µg/ml 磷酸, 6. 5 µg/ml 溴, 7. 10 µg/ml 硫酸, 8. 20 µg/ml 草酸. 9. 5 µg/ml 硝酸, 10. 20 µg/ml 4-羟基苯甲酸
1.
涂覆和分析过程



动态涂覆商品化反相柱采用，5mM 双十二烷基双甲基溴化(DD), 5 mM 十六烷基吡啶(CPC), 或5 mM 非离子表面活性剂(曲拉通 X100, 吐温 20或Brij 35)以1 ml/min涂覆灭色谱柱1—2小时.也可能混合非离子 和阳离子表面活性剂进行涂覆，如果有要求，可以串接紫外检测器在 200nm下检测。 静态涂覆采用5μm的Dionex大孔聚合物填料，加入20mM DD和一定浓 度非离子表面活性剂，超声后，用均浆法装柱。 DD涂覆柱采用5.0 mM 高氯酸钠以2.0 ml/min淋洗UV 200nm下检测， 其它涂覆柱采用1 ml/min流速用 10 mM碳酸钠或2 mM高氯酸钠淋洗， 抑制电导或紫外检测。 涂覆柱用淋洗液冲洗，平衡后进样分析测试。抑制采用循环方式，抑 制电流为 50 mA 。 保留因子, k’,计算如下: k’=(tr-t0)/t0。这里t0, 是系统死时间，tr 是被测物的保留时间。峰的不对称性(A)的计算如下 =(RW5%+LW5%)/(2xLW5%), 这里RW5% and LW5% 分别是5%峰高时左边 和右边的峰宽。理论塔板数用半峰宽方法计算。
结构
平均分子量 625
吐温 20 CH
CH2(CH2)10CH3 Br
1228
3
Brij 35 CPC
1198 340
DD
463
混合阳离子和非离子表面活性剂涂 覆反相柱
与常规的涂覆方法不同，采用非离子表面 活性剂与阳离子表面活性剂，可以有效控 制阴离子色谱柱的交换容量。 动态涂覆商品化反相柱（包括聚合物和硅 胶柱）和静态涂覆填料，得到结果是相似 的。 下图单纯涂阳离子表面活性剂与混合非离 子表面活性剂涂覆的比较。
离子色谱柱效不高的原因
1.
2.
3.
离子色谱采用抑制器（目前大部分离子色谱采 用双柱型），抑制器产生死体积会使色谱峰扩 散，这对弱保留离子特别明显。 离子色谱柱一般采用聚合物柱（如，国际上最 好的离子色谱柱Dionex IonPac类)，与无机填料 相比，聚合物柱刚性比较差，易收缩，因此同 样的大小填料，聚合柱往往柱压比较高。 但硅胶型填料由于无法耐受强碱性淋洗液，使 它在离子色谱柱应用受限制，虽然，曾有人尝 试碳柱、锆柱、氧化铝柱，但实际效果并不理 想。