离子色谱原理及应用
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载体材料:
• 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
间隔基: • 烷基链
7
离子色谱
– 离子交换色谱 –
流动相解吸和运载样品 ... ... 水相洗脱液:
阴离子 (II)
阴离子 (I) 邻苯二甲酸 邻羟基苯甲酸（水杨酸 ）
13
检测器
– 离子色谱检测器 –
淋洗液 泵 进样阀 分离柱
检测器
14
检测器
– 离子色谱检测器 –
样品中的组份在分离柱分离后，通过检测器检测和定量 ...
电导检测器 电化学检测器( 选件 ) UV/VIS 检测器 ( 选件 ) 联用技术：IC-MS或IC-ICP-MS
15
检测器
–电导–
电导检测
离子色谱基本原理及应用
色 谱 的 原理
«色谱是某种颜色的混合物分离为不同颜色的成份。该方法用于分离 化学性质相似但又难于分离的化学物质»
希腊语 chromatography chroma = 颜色 graphein = 记录
色谱的原理
教学的简单实验: 准备一张纸 滴加一小滴黑墨水 在墨水的中央滴加一滴水
阴离子与固定相上酸性离子交换 位置发生反应。
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 “化学质相似”的成份得以分离。
色谱
– 离子交换色谱 –
就固定相而言 ...
固定相结构:
苯乙烯
... 阳离子需要阳离子交换基团 ... 阴离子需要阴离子交换基团
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
6
离子色谱
– 离子交换色谱 –
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
碳酸盐 / 碳酸氢盐 氢氧化钾 阳离子 (I) 硼酸盐 硝酸
p-羟基苯甲酸
酒石酸
苯甲酸
酒石酸 / 吡啶二羧酸
硼酸盐
酒石酸 / 柠檬酸
硼酸盐 / 乙酸盐
磷酸二 氢钾
氢氧化钾
草酸 / 乙二胺 / 丙酮
...
...
8
离子色谱
– 离子交换色谱 –
固定相和流动相竞争待测组份 – 阳离子分离机理 –
观察黑墨水的颜色变化
什么是离子色谱 ?
利用色谱技术测定离子型物质的方法
色谱 : 用于分析的一种分离技术 离子型物质 : 在水溶液中电离，具有 + 或 – 电荷的
元素
阴离子 ： Ｃｌ－，ＮＯ2－，ＳＯ４２－，ＣｒＯ４２－ 阳离子 ： Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Ｆｅ３＋
色谱分离
慢
中等
淋洗液
快
Temporal course
50% ACN 7
6
10
淋洗液的流速 (面积)
流速增加
各组份的峰面积减少
Area
12000
10000
150]
mV
ch2
flu or ide
14
sulfate
bromi de ni trate
12
chlori de ni trite
10
8
ph osph ate
6
system peak
4
2
0
-2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 min
12Βιβλιοθήκη Baidu
离子色谱
– 离子交换色谱 –
阳离子与固定相上碱性离子交换 位置发生反应。
20
16
12
8
4
0
8mM 9mM 10mM 11mM 12mM 13mM
浓度（ＭＳＡ）
Ca2+
Mg2+ K+
NH4+ Na+
淋洗液的组成 vs. 保留时间
Retention time (min)
20
16
12
8
4
0
0
0.11
0.22
0.33
Comp. ratio (NaHCO3/Na2CO3)
SO42HPO42NO3Br-
9
离子色谱
– 离子交换色谱 –
阳离子 色谱实例 [淋洗液: 2.0 mmolHNO3 – 分离柱: Metrosep C4-50]
10
离子色谱
– 离子交换色谱 –
固定相和流动相竞争待测组份 – 阴离子 分离机理–
11
离子色谱
– 离子交换色谱 –
阴离子色谱
[淋洗液: Na2CO3/NaOH (5.0/0.3 mmol/L) – 分离柱: Metrosep A Supp15
电导检测就是测量电导率 – 电导测量检测器测量溶液中离子的电导 率。测量双铂电极两端间的电导。离子在该双铂电极两端间迁移。 阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移，从而测量溶液的电阻。电 导为电阻的倒数。为了避免改变组份和电极表面形成双电层，采用 交流电。
1 R
*
Kc
R = 电阻 [] Kc = 电导池常数 [1/cm] = 电导 [1/ or S]
16
电导检测
阴离子和阳离子
I II III IV V VI VII
VIII
I II III IV V VI VII VIII
H
He
Li Be
B C N O F Ne
Na
M g
Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti
V
Cr
M n
Fe
C o
Ni
Cu Zn
G a
Ge As Se
Br
Kr
R b
Sr
Y
Zr Nb
M o
Tc Ru
R h
Pd Ag Cd In Sn Sb Te
I
Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr
Ra Ac
K u
影响色谱分析的各种条件
色谱柱、淋洗液的温度 淋洗液的浓度与组成 淋洗液的流速 淋洗液中的杂质
色谱柱、淋洗液的温度
温度增加
一价离子 快速洗脱
二价离子 较慢洗脱
Retention time (min)
14 12 10 8 6 4 2 0 20 25 30 35 40 45
Temp.℃）
SO42HPO42NO3BrNO2ClF-
淋洗液浓度 vs. 保留时间
Retention time (min)
NO2ClF-
淋洗液中有机溶剂的影响
10
µS
0 10
µS
0 10
µS
0
0
1 2 3
Ex) AS4A-SC column
45
7 6
1 2 45 3
7 6
0% ACN 20% ACN
1. F2. Cl3. NO24. Br5. NO36. HPO427. SO42-
2,3
5 4
1
Retention time (min)
载体材料:
• 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
间隔基: • 烷基链
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离子色谱
– 离子交换色谱 –
流动相解吸和运载样品 ... ... 水相洗脱液:
阴离子 (II)
阴离子 (I) 邻苯二甲酸 邻羟基苯甲酸（水杨酸 ）
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检测器
– 离子色谱检测器 –
淋洗液 泵 进样阀 分离柱
检测器
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检测器
– 离子色谱检测器 –
样品中的组份在分离柱分离后，通过检测器检测和定量 ...
电导检测器 电化学检测器( 选件 ) UV/VIS 检测器 ( 选件 ) 联用技术：IC-MS或IC-ICP-MS
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检测器
–电导–
电导检测
离子色谱基本原理及应用
色 谱 的 原理
«色谱是某种颜色的混合物分离为不同颜色的成份。该方法用于分离 化学性质相似但又难于分离的化学物质»
希腊语 chromatography chroma = 颜色 graphein = 记录
色谱的原理
教学的简单实验: 准备一张纸 滴加一小滴黑墨水 在墨水的中央滴加一滴水
阴离子与固定相上酸性离子交换 位置发生反应。
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 “化学质相似”的成份得以分离。
色谱
– 离子交换色谱 –
就固定相而言 ...
固定相结构:
苯乙烯
... 阳离子需要阳离子交换基团 ... 阴离子需要阴离子交换基团
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
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离子色谱
– 离子交换色谱 –
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
碳酸盐 / 碳酸氢盐 氢氧化钾 阳离子 (I) 硼酸盐 硝酸
p-羟基苯甲酸
酒石酸
苯甲酸
酒石酸 / 吡啶二羧酸
硼酸盐
酒石酸 / 柠檬酸
硼酸盐 / 乙酸盐
磷酸二 氢钾
氢氧化钾
草酸 / 乙二胺 / 丙酮
...
...
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离子色谱
– 离子交换色谱 –
固定相和流动相竞争待测组份 – 阳离子分离机理 –
观察黑墨水的颜色变化
什么是离子色谱 ?
利用色谱技术测定离子型物质的方法
色谱 : 用于分析的一种分离技术 离子型物质 : 在水溶液中电离，具有 + 或 – 电荷的
元素
阴离子 ： Ｃｌ－，ＮＯ2－，ＳＯ４２－，ＣｒＯ４２－ 阳离子 ： Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Ｆｅ３＋
色谱分离
慢
中等
淋洗液
快
Temporal course
50% ACN 7
6
10
淋洗液的流速 (面积)
流速增加
各组份的峰面积减少
Area
12000
10000
150]
mV
ch2
flu or ide
14
sulfate
bromi de ni trate
12
chlori de ni trite
10
8
ph osph ate
6
system peak
4
2
0
-2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 min
12Βιβλιοθήκη Baidu
离子色谱
– 离子交换色谱 –
阳离子与固定相上碱性离子交换 位置发生反应。
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8
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0
8mM 9mM 10mM 11mM 12mM 13mM
浓度（ＭＳＡ）
Ca2+
Mg2+ K+
NH4+ Na+
淋洗液的组成 vs. 保留时间
Retention time (min)
20
16
12
8
4
0
0
0.11
0.22
0.33
Comp. ratio (NaHCO3/Na2CO3)
SO42HPO42NO3Br-
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离子色谱
– 离子交换色谱 –
阳离子 色谱实例 [淋洗液: 2.0 mmolHNO3 – 分离柱: Metrosep C4-50]
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离子色谱
– 离子交换色谱 –
固定相和流动相竞争待测组份 – 阴离子 分离机理–
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离子色谱
– 离子交换色谱 –
阴离子色谱
[淋洗液: Na2CO3/NaOH (5.0/0.3 mmol/L) – 分离柱: Metrosep A Supp15
电导检测就是测量电导率 – 电导测量检测器测量溶液中离子的电导 率。测量双铂电极两端间的电导。离子在该双铂电极两端间迁移。 阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移，从而测量溶液的电阻。电 导为电阻的倒数。为了避免改变组份和电极表面形成双电层，采用 交流电。
1 R
*
Kc
R = 电阻 [] Kc = 电导池常数 [1/cm] = 电导 [1/ or S]
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电导检测
阴离子和阳离子
I II III IV V VI VII
VIII
I II III IV V VI VII VIII
H
He
Li Be
B C N O F Ne
Na
M g
Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti
V
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M n
Fe
C o
Ni
Cu Zn
G a
Ge As Se
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Y
Zr Nb
M o
Tc Ru
R h
Pd Ag Cd In Sn Sb Te
I
Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr
Ra Ac
K u
影响色谱分析的各种条件
色谱柱、淋洗液的温度 淋洗液的浓度与组成 淋洗液的流速 淋洗液中的杂质
色谱柱、淋洗液的温度
温度增加
一价离子 快速洗脱
二价离子 较慢洗脱
Retention time (min)
14 12 10 8 6 4 2 0 20 25 30 35 40 45
Temp.℃）
SO42HPO42NO3BrNO2ClF-
淋洗液浓度 vs. 保留时间
Retention time (min)
NO2ClF-
淋洗液中有机溶剂的影响
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0 10
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Ex) AS4A-SC column
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1. F2. Cl3. NO24. Br5. NO36. HPO427. SO42-
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Retention time (min)