离子色谱在分析中的应用

离子色谱在分析中的应用

离子色谱(IC)是高效液相色谱(HPLC)的一个重要分支，主要侧重于分析阴离子和阳离子及低分子量亲水性有机分子的分离与检测。从20世纪80年代开始均将离子色谱单独分类，成为与高效液相色谱、气相色谱和毛细管电泳并列的色谱类型说明在色谱领域中离子色谱已具有重要的地位。离子色谱自问世以来，一直是分析化学领域快速分析技术之一，目前已发展成为多种离子分离及分析和检测手段，是兼有灵敏、快速、选择性佳及能同时测定多种离子的先进仪器分析方法。本文就离子色谱的基础理论、工作原理、最新发展及在一些域中的应用作一归纳和总结。

关键词：色谱的基础理论；工作原理；最新发展；应用

1基础理论

离子色谱有3种主要的分离方式[2-3]，分别为高效离子交换色谱(HPIC)、离子排斥色谱(HPIEC)和离子对色谱(MPIC)。用于3种分离方式的柱填料树脂骨架基本上都是苯乙烯—二乙烯基苯的共聚物，但树脂的离子交换功能基和容量各不相同。HPIC用低容量的离子交换树脂(0.01～0.50mmol/g)，HPIEC用高容量的树脂(3～5 mmol/g)，MPIC用不含离子交换基团的多孔树脂。HPIC的分离机理主要是离子交换，HPIEC主要为离子排斥，而MPIC则主要基于吸附和离子对的形成。

1.1离子交换色谱(HPIC)

离子交换色谱是使用最为广泛的化学抑制型离子色谱，其原理基于流动相和固定相上的离子交换基团之间发生离子交换，主要用于无机和有机阴离子和阳离子的分离，离子交换功能基为季铵基的树脂用作阴离子分离，离子交换功能基为磺酸基和羧酸基的树脂用作阳离子分离。经典的离子交换色谱中，树脂粒度大(60～200目)，柱子也长(10～50 cm)。由重力驱动流动相从上往下移动，之后一份一份地收集起来作检测。由于柱子的离子交换容量很高，为了洗脱样品离子，用浓的电解质作流动相。而现代离子色谱用低容量高柱效的离子交换树脂，小的进样体积(10～100μL)，在线自动连续检测，引入电导作为主要的检测器。

1.2离子排斥色谱(HPIEC)

离子排斥色谱分离机理包括[4]:Donnan排斥、空间排阻和吸附过程。主要用于无机弱酸和有机酸的分离，也用于醇类、醛类、氨基酸和糖类的分离。它的一个特别优点是可用于弱的无机酸和有机酸与在高的酸性介质中完全离解的强酸的分离。由于Donnan排斥，完全离解的酸不被固定相保留，在死体积处被洗脱，而未离解的化合物不受Donnan排斥，能进入树脂的内微孔，分离是基于溶质的固定相之间的非离子性相互作用。HPIEC分离柱较大，柱中填充粒度均匀高容量的总体磺化的聚苯乙烯—二乙烯基苯阳离子交换树脂。

1.3离子对色谱(MPIC)

离子对色谱的主要分离机理是吸附，主要用于具有表面活性的阴离子和阳离子以及金属配合物的分离。将反相离子对色谱的基本原理和抑制型电导检测结合起来，用高交联度、高比表面积中的分子量大的聚苯乙烯大孔树脂为柱填料，可用于分离多种及疏水性的阴阳离子，特别是带局部电荷的大分子(如表面活性剂)以及疏水性的阴阳离子。用于离子对色谱的检测器包括电导和紫外分光。化学抑制型电导检测主要用于脂肪羧酸、磺酸盐和季铵离子的检测。离子交换的选择性受流动相和固定相两种因素的影响，主要的影响因素是固定相，而离子对分离的选择性主要由流动相决定。流动相水溶液包含离子对试剂和有机试剂，改变离子对试剂和有机溶剂的类型及浓度可达到不同的分离要求。目前离子对色谱的保留机理还未完全弄清楚，现在提出的三种主要理论是：离子对形成、动态离子交换、离子相互作用。

2离子色谱工作原理

离子色谱仪与一般的液相色谱仪一样，由输液系统、进样系统、分离系统和检测系统再附加数据处理系统构成。离子色谱的输液系统主要包括流动相容器、脱气装置、高压输液泵和梯度洗脱装置等。IC对输液系统的一般要求是：流量稳定，耐高压性能好，耐腐蚀性强，脱气方便等。离子色谱的进样系统主要是进样器，要求其耐高压、耐腐蚀、重复性好、操作方便。进样器的种类主要有六通进样阀、气动进样阀和自动进样器。离子色谱的分离系统主要是分离柱，是离子色谱仪最重要的组成部分。离子色谱的分离机理主要是离子交换，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，不同的离子因与交换剂的亲和力不同而被分离，与HPLC不同的是，离子色谱选择性的改变主要是通过采用不同的固定相来实现的。离子色谱的检测系统主要指检测器，主要有电导检测器、紫外可见光检测器、安培检测器、荧光检测器等。其中电导检测器是日常IC分析中最常用的检测器，紫外可见光检测器可以作为电导检测器的重要补充，安培检测器主要用于能发生电化学反应的物质，荧光检测器的灵敏度要比紫外吸收检测器高2～3个数量级，但在IC上的应用比较少。随着ICP-AES和ICP-MS的不断普及，它们与IC的联用技术正越来越受到人们的重视。而数据处理系统主要由色谱工作站组成，包括信号收集及转化模块、电脑和打印机。样品检测流程：样品进样后，经过泵传送进入分离柱，经过分离洗脱，达到各离子分离的目的，最后进入检测器转化为电信号经数据处理系统处理，即可得出检测结果。

3离子色谱在分析中应用

3.1无机和有机阴离子的分析

早期离子色谱在分析药物中，比较多地用于测定痕量阴离子杂质〔‘一”〕，包括常见的无机阴离子如氟离子、氯离子、澳离子、亚硝酸根、硝酸根、磷酸根和硫酸根，被测样品包括药物、原料药和注射用水等，有时离子色谱也用于测定一些特定的无机阴离子如硒酸根、亚硒酸根，砷酸根和亚砷酸根、碘离子及碳酸根和碳酸氢根等。

近年来，随着免试剂离子色谱的逐步推广，使离子色谱的背景电导更低、检测灵敏度更高，而梯度淋洗液使离子色谱可以一次性同时分离包括药物组成和药物杂质中大量的无机和有机阴离子，包括常见的小分子有机酸如草酸、柠檬酸、酒石酸、甲酸、乙酸等，药物合成过程中的有机酸杂质如卤乙酸等，也包括药品中的相关主成分如甲基磺酸、葡萄糖酸

等[”一zo]。

一些阴离子在电导检测条件没有信号或灵敏度太低，可以采用其他不同的检测方式，如氰离子可以采用直流安培检测器检测上”习，牛磺酸可以采用脉冲安培检测器检测[zz 7。柱后衍生分光检测法可以用碘离子分析[”〕。

3. 2阳离子和有机胺的分析

离子色谱可以用于测定药物成分中的阳离子，包括离子色谱最常用于的碱金属、碱土金属和铰离子，过渡金属及有机胺类化合物。测定药物中的碱金属、碱土金属和钱离子是离子色谱最通用的方法，可以采用抑制电导检测，也可以采用非抑制电导;离子色谱测定过渡金属离子采用阳离子交换，柱后衍生方法实现〔川，通常采用可见光检测，有时也采用荧光检测，离子色谱测定过渡金属离子的特点是不仅仅只是测定金属元素的含量，还可以测定金属离子的形态和价态，另外还可以解决一些用原子吸收光谱法难以测定的元素如铝〔u等。除了测定无机阳离子外，离子色谱是解决药物中胺类化合物分析的一种理想手段，可以用于测定脂肪胺、芳香胺类化合物。一般情况下，脂肪胺类化合物具有足够大的电离程度如戊胺和三丁胺或聚经芳香胺「1一(丁胺)一1一脱氧一D一葡萄醇(BDG)]，采用抑制电导检测，而对于弱电离子的胺类或带两性离子结构的胺类，可以采用直接电导通过间接