实验十四-离子色谱法测定降水中常见阴离子

实验十四、离子色谱法测定降水中常见阴离子

离子色谱法（ion chromatography ，IC ）是高效液相色谱法（HPLC ）的一种，是分析阴离子和阳离子的一种液相色谱方法。

离子色谱法是以低交换容量的离子交换树脂为固定相，以电解质溶液为流动相对离子性物质进行分离，用电导检测器连续检测流出物电导变化的一种色谱离子色谱仪一般由四个部分组成，即输送系统、分离系统、检测系统和数据处理系统。

一、实验目的

（1）掌握离子色谱法的基本原理。

（2）了解离子色谱仪的仪器结构及基本操作技术。 （3）掌握离子色谱法的定性和定量分析方法。 二、实验原理

以阴离子交换树脂为固定相（分离柱），以 NaHCO 3–Na 2CO 3，为洗脱液进行分离，以电导检测器进行检测。

待测水样注入NaHCO 3–Na 2CO 3溶液并流经系列的阴离子交换树脂，待测阴离子（X ）在分离柱上发生如下交换过程（式中R 代表离子交换树脂）：

33R HCO MX RX MHCO -+→+

由于洗脱液不断流过分离柱，使交换在阴离子交换树脂上的各种阴离子被洗脱。各种待测定的阴离子对阴离子树脂的相对亲和力不同而彼此分开。亲和力小的阴离子先流出分离柱，亲和力大的阴离子后流出分离柱，使得各种不同的离子得到分离。

被分开的阴离子，在流经强酸性阳离子树脂（抑制柱）室时，被转换为高电导的酸型，NaHCO 3–Na 2CO 3则转变成弱电导的碳酸（清除背景电导）。用电导检测器测量被转变为相应酸型的阴离子，与标准进行比较，根据保留时间定性，根据峰高或峰面积定量。一次性可连续测定多种无机阴离子。

三、实验仪器和设备

（1）离子色谱仪（配备电导检测器）。 （2）色谱柱：阴离子分离柱和阴离子保护柱。 （3）抑制柱。

（4）淋洗液或再生液贮存罐。 （5）0.45μm 微孔滤膜。 （6）100μL 微量注射器。 四、试剂

实验用水均为电导率小于0.5μS/cm 的二次去离子水，并经过0.45μm 微孔滤

膜过滤。

（1）NaHCO3–Na2CO3阴离子淋洗储备液：称取19.10 g Na2CO3（分析纯以上）和14.30 g NaHCO3（分析纯以上）（均已在105℃烘箱中烘2小时并冷却至室温），溶于高纯水中，转入1000mL容量瓶中，加水至刻度，摇匀。贮存于聚乙烯瓶中，在冰箱中保存。此淋洗储备液为0.17mol/ L NaHCO3 + 0.18mol/L Na2CO3。

（2）NaHCO3–Na2CO3阴离子淋洗液：移取10.00mL上述阴离子淋洗储备液置于1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。此淋洗液为0.0017mol/L NaHCO3 + 0.0018mol/L Na2CO3。

（3）阴离子标准储备液：分别称取优级纯的NaF（105℃烘箱中烘2小时）2.2100g、NaCl（105℃烘箱中烘2小时）1.6485g、NaNO2（干燥器中干燥2小时）1.4997g、NaNO3（105℃烘箱中烘2小时）1.3708g、Na2HPO4（干燥器中干燥2小时）1.4950g、K2SO4（105℃烘箱中烘2小时）1.8142g溶于水，各自加入10.00mL 淋洗储备液，置于1000mL容量瓶中，用水稀释至标线。贮存于聚乙烯瓶中，放入冰箱中冷藏。配制成的F–、Cl–、NO2–、NO3–、HPO4–、SO42–储备液浓度均为1000.0mg/L。

（4）混合标准使用液：分别从六种阴离子标准储备液中吸取 5.00mL、10.00mL、20.00mL、40.00mL、50.00mL和50.00mL的F–、Cl–、NO2–、NO3–、HPO4–、SO42–于1000mL容量瓶中，加入10.00mL淋洗储备液，用水稀释至标线。此混合溶液中F–、Cl–、NO2–、NO3–、HPO4–、SO42–浓度分别为5.00mg/L、

10.00mg/L、20.00mg/L、40.00mg/L、50.00mg/L和50.00mg/L。

五、实验步骤

1、色谱条件

淋洗液浓度为0.0017mol/L NaHCO3 + 0.0018mol/L Na2CO3。电导检测器检测。

根据不同型号选择最佳色谱条件。下例供参考：

淋洗液流速：1.5 mL/min；抑制器电流：70mA；电导池温度：35℃；进样量：50 μL。

2、标准曲线的绘制

（1）分别取阴离子混合标准使用液1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.0mL、5.00mL 于5个10mL容量瓶中，用高纯水稀释至刻度，摇匀，配制浓度不同的标准系列。

（2）按选好的色谱条件，待基线稳定后，将上述（1）中标准系列溶液50μL 注入色谱仪进行分析，测定六种阴离子的峰面积。

以峰面积（A）为纵坐标，离子浓度（mg/L）为横坐标绘制标准曲线，计算回归曲线方程和相关系数。

3、样品的测定

将待测定水样用0.45μm微孔滤膜过滤后，取50μL注入色谱仪，按“实验步

骤1”色谐条件进行分析。

4、标准色谱图

标准色谱图见图7－12（自有实验书）。组分从左至右出峰顺序为：F–、Cl–、NO2–、NO3–、HPO4–、SO42–。

六、原始数据记录

将数据记于表1至表7中。

表1 F–标准曲线的绘制

表2 Cl–标准曲线的绘制

表3 NO2–标准曲线的绘制

表4 NO3–标准曲线的绘制

表5 HPO4–标准曲线的绘制

表6 SO42–标准曲线的绘制

表7 水样测定结果

七、结果计算

根据标准谱图中各种阴离子的色谱峰保留时间对六种阴离子进行定性分析。根据下式计算水样中各种阴离子的浓度：

A-a

（）

X mg/L=

b

式中：X‐——水样中待测阴离子的浓度（mg/L）；

A——水样的峰面积

B——回归方程的斜率

a——回归方程的截距。

八、干扰及消除

（1）当水的负峰干扰F–或Cl–测定时，可于100mL水样中加入1mL淋洗储备液来消除水负峰的干扰。

九、注意事项

（1）亚硝酸根不稳定，最好临用前现配。

（2）样品需经0.45μm滤膜过滤，除去样品中的颗粒物，防止系统堵塞。

（3）离子色谱柱使用前后，均应采用去离子水或洗脱液进行充分清洗，以保护色谱柱，延长柱子的使用寿命。

（4）对于污染严重的水样应进行预处理后再分析，以防止污染离子色谱柱。

（5）洗脱液使用前一定要经过超声脱气。

十、思考题

（1）简述离子色谱柱的分离机理。

（2）离子色谱测定中，pH值如何影响分离度和保留时间？