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离子色谱原理

发布时间：2014-09-23

  阳离子交换柱用于分离阳离子样品，阴离子交换柱用作分离阴离子样品。缓冲溶液作为洗脱液，经泵输送入色谱柱后，其阳离子或阴离子*终将色谱柱中所有可交换的离子置换出来，同时由检测器转换为恒定的信号——基线。然后，进样少量样品，样品离子即被树脂柱所接受，并与等同数量的洗脱液离子交换。如果样品中所有离子的浓度大于洗脱液的离子浓度，那么在柱顶端的总离子浓度就将增加，这就产生了一个脉动，当它沿着柱移动并通过电导检测器时即得到一个正峰；反之，则获得负峰。进样后，洗脱液离子继续不断地经泵输入色谱柱，对树脂的可交换部位与样品离子进行竞争，并且使样品离子沿着柱子移动。由于样品离子对交换树脂有不同的亲和能力，因而不同的样品离子沿柱以不同的速度移动，*后完成分离。
  一般情况下，离子交换色谱分离时淋洗液的背景电导比较高。现代离子色谱技术，采用一些新技术，可以使离子色谱的淋洗背景降低，并使被测样品的电导值提高，从而有效提高分析灵敏度。　
  离子色谱主要分为抑制型离子色谱和非抑制型离子色谱两大类。
  A）抑制型离子色谱(Suppressed IC)又称为双柱型离子色谱（Double Column IC，SCIC）：由H.Small等*早提出，后作为美国Dionex公司并生产。其原理为：由于离子交换分离的洗脱液几乎都是强电解质，其电导一般要较待测离子高二个数量级，会完全掩盖待测离子的信号。为提高检测灵敏度，采用在分离柱后串联抑制柱的办法，可使洗脱液转变成低电导组分。具体方法就是采用弱酸盐作为淋洗液(如OH-，碳酸盐和硼酸盐等)，通过抑制器后，将它们转化为对应的弱酸(如H2O，碳酸和硼酸等)，以降低来自洗脱液的背景电导。另外也可将样品离子转变成相应的酸或碱，以增加其电导。
  *初的抑制柱内填充与分离柱填料相反电荷的离子交换树脂。当分析阴离子时，要用苯乙烯系列的强酸型（H+）树脂装柱；而分析阳离子时，则用苯乙烯系列的强碱型（OH-）树脂装柱。抑制柱须定期再生。抑制技术的发展经历了树脂填充型、微膜型、平板膜型、电化学自再生型抑制器等过程，使离子色谱抑制更为方便、有效。
  对于阳离子来说，分离柱装有阳离子交换填料，抑制单元则为羟基阴离子交换剂，洗脱液中典型的是H+，通过抑制单元后转变为H2O。抑制型离子色谱仪虽然价格昂贵，使用也较复杂，但灵敏度比较高，随着部分逐渐到期，大多数离子色谱将采用这种技术。
  抑制型离子色谱因为对淋洗液的背景电导进行抑制，因此这种离子色谱灵敏度比较高，可以测定检测下限比较低，可以测定ng/ml，甚至ng/L级含量的阴、阳离子，对于阴离子分离所采用的淋洗通常为氢氧化物、碳酸盐或硼酸盐等弱酸盐的稀溶液，也可以采用两性离子。阳离子分离通常采用酸或含苯胺类化合物，背景电导通常为1~20μS。
  B、非抑制型离子色谱(Unsuppressed IC)又称为单柱离子色谱(Single Column IC，SCIC)：由美国衣阿华州立大学J.S.Fritz教授等人提出，它是一种不用抑制器，直接用电导等电化学检测器测定阴离子和阳离子的液相色谱方法。其特点是：采用足够低交换容量的分离柱，以及很稀浓度的洗脱液。进行阴离子分析时，树脂的交换容量为0.005～0.10Meq/g，典型的洗脱液是1.0×10-4～4.0×10-4mol/L的苯甲酸、羟基苯甲酸或邻苯二甲酸的钠盐或钾盐，这些洗脱液都足够稀，从而使背景电导率相当低；大部分样品阴离子的当量电导比洗脱液阴离子要高，因此，样品浓度即使低至mg/L级也能测得。
  进行阳离子分析时，采用低容量的阳离子交换柱，与电导检测器或者其它类型的检测器相连。可以采用稀酸溶液作为洗脱液，对分离二价阳离子时也可用乙二胺盐溶液，而对二价过渡金属阳离子可以用弱的络合试剂，如乙二胺酒石酸盐等作为洗脱液。在强络合离子(Fe3+和Al3+)的样品溶液中加入络合试剂（如EDTA或磺基水扬酸盐）能获得更好的选择性。由于各种碱金属离子的当量电导均比洗脱液中的H+的当量电导小（H+的摩尔电导为350mS/当量，Li+、Na+、K+分别为39、50、74）。同样，二价阳离子和过渡金属离子也较乙二胺盐阳离子的当量电导小，因此样品峰相对于洗脱液的背景电导要小而呈负峰。由于两者之间当量电导的差异很大，因此检测灵敏度很好，特别是用酸作为洗脱液时更是如此。
  单柱型离子色谱价格便宜，使用方便，但由于背景电导与抑制型离子色谱相比，往往比较高，影响了检测下限，线性范围也相对窄一些，目前已经很少采用。

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