1、丁 明玉清華大學(xué)化學(xué)系010-現(xiàn)代離子色譜分析技術(shù)及進(jìn)展 一、基本原理二、實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代離子色譜分析技術(shù)及進(jìn)展Ion Chromatography（IC）現(xiàn)代離子色譜分析技術(shù)及進(jìn)展定義與類型原理與基本概念裝置與功能展望一、離子色譜基本原理離子色譜的創(chuàng)立液相色譜法（1903年，俄國(guó)植物學(xué)家Tswett ）紙色譜法（1944年）氣相色譜法（1952年）薄層色譜法（1956年）離子色譜法（1975年， Small H ）Small H, Stevens T S, Baumann W C. Anal Chem, 1975, 47: 1801 色譜法分類（按流動(dòng)相種類）色譜類型 流動(dòng)相 主要分析對(duì)象

2、氣相色譜 氣體 揮發(fā)性有機(jī)物液相色譜 液體 可溶性物質(zhì)超臨界流體色譜 超臨界流體 各種有機(jī)化合物電色譜 緩沖液、電場(chǎng) 離子，各種有機(jī)物HPLC分類（按分離機(jī)理） 類 型 分離機(jī)理 分析對(duì)象或應(yīng)用領(lǐng)域吸附色譜 吸附能，氫鍵 異構(gòu)體分離、族分離，制備 分配色譜 疏水作用 各種有機(jī)物分析與制備凝膠色譜 溶質(zhì)分子大小 高分子分子量及其分布測(cè)定離子色譜 離子性物質(zhì)的分析手性色譜 立體效應(yīng) 手性異構(gòu)體分離，藥物純化親和色譜 生化特異親和力 蛋白、酶、抗體鹽析色譜 溶劑化作用 蛋白質(zhì)、非電解質(zhì)分析離子色譜分類（按分離機(jī)理）分離模式 分離機(jī)理 分析對(duì)象或應(yīng)用領(lǐng)域離子交換 庫(kù)侖力 無(wú)機(jī)和有機(jī)離子分析離子排斥 D

3、onnan平衡 有機(jī)酸、氨基酸、醇、醛離子對(duì) 疏水作用 離子性物質(zhì)分析離子抑制 疏水作用 有機(jī)弱酸弱堿分析離子分配 疏水作用 生物大分子金屬配合物 疏水、螯合 金屬離子不同分離模式所利用的溶質(zhì)性質(zhì) 分離模式 所利用的物質(zhì)的性質(zhì)差異離子交換 電荷與離子體積離子排斥 解離常數(shù)與疏水性離子對(duì) (RP) 與離子對(duì)試劑之間的親和力， 離子對(duì)化合物的疏水性 離子抑制(RP) 在一定pH值下的疏水性反相分配(RP) 有機(jī)離子本身的疏水性離子色譜法的定義狹義定義：以低交換容量的離子交換樹(shù)脂為固定相對(duì)離子性物質(zhì)進(jìn)行分離，用電導(dǎo)檢測(cè)器連續(xù)檢測(cè)流出物電導(dǎo)變化的一種液相色譜方法。廣義定義：利用被測(cè)物質(zhì)的離子性進(jìn)行分離

4、和檢測(cè)的液相色譜法。 離子色譜分析的對(duì)象物質(zhì)離子類別 主要離子種類無(wú)機(jī)陰離子 鹵素及簡(jiǎn)單陰離子、酸根陰離子、陽(yáng)離子的配陰離子無(wú)機(jī)陽(yáng)離子 堿金屬、銨離子、堿土金屬、過(guò)渡金屬、稀土元素有機(jī)陰離子 有機(jī)酸、烷基硫酸、烷基磺酸、磷酸、多聚磷酸有機(jī)陽(yáng)離子 胺、醇胺、銨鹽、吡啶、生物堿、锍鹽天然有機(jī)物 糖、醇、酚、醛、維生素生物物質(zhì) 有機(jī)磷化合物、氨基酸、肽、核酸、核甙酸、蛋白質(zhì)、 堿基、抗生素離子色譜法的主要應(yīng)用領(lǐng)域 應(yīng)用領(lǐng)域 主 要 應(yīng) 用 對(duì) 象 環(huán)境 大氣成分（粉塵、顆粒物、霧、酸氣）、酸雨、 水質(zhì)分析、空氣水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè) 食品 生鮮、果菜、酒、飲料、純凈水分析、釀造過(guò)程監(jiān)控 農(nóng)業(yè) 農(nóng)藥、肥料、土壤

5、、飼料、糧食、植物分析 生物醫(yī)學(xué) 血液、尿、輸液成分、臨床檢查、人體微量元素分析 制藥 植物藥材、礦物藥成分、制劑成分分析 材料 金屬材料、半導(dǎo)體材料、表面處理、超純水分析 工業(yè) 原料分析、產(chǎn)品質(zhì)量控制、電解電鍍液解析、造紙 化工 原料和產(chǎn)品分析、反應(yīng)過(guò)程監(jiān)控 日化 化妝品、洗滌劑、清潔劑、原料和產(chǎn)品成分分析離子色譜法的優(yōu)點(diǎn) 無(wú)機(jī)陰離子分析的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。分析速度快。通常幾分鐘至十幾分鐘。檢測(cè)靈敏度高。10-8-10-12。選擇性好。非離子性物質(zhì)無(wú)保留。 多離子同時(shí)分析。 離子色譜柱的穩(wěn)定性高，使用壽命長(zhǎng)。離子色譜儀基本構(gòu)成流動(dòng)相泵分離柱檢測(cè)器輸液分離檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄F-NO3-SO42-Cl-NO2

6、-Br-HPO42-進(jìn)樣器抑制器檢測(cè)池進(jìn)樣色譜圖保護(hù)柱整體式與積木式各有千秋IC儀和HPLC儀的差異IC的流路系統(tǒng)全塑料（耐酸堿腐蝕、避免金屬污染），HPLC為金屬。IC標(biāo)配檢測(cè)器為電導(dǎo)檢測(cè)器，HPLC配UV。流動(dòng)相輸送系統(tǒng)對(duì)泵的基本要求：高穩(wěn)定性。直接關(guān)系到分析結(jié)果的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。 流量控制準(zhǔn)確。精度通常要求小于0.5%。一般要求能夠耐2540MPa的高壓。泵的死體積要小。通常要求小于0.5mL。能精確地調(diào)節(jié)流動(dòng)相流量。流量測(cè)定精度約0.1%。 流動(dòng)相儲(chǔ)存容器（玻璃或聚四氟乙烯，碳酸體系需密封）在線脫氣裝置（惰性氣體鼓泡吹掃、真空脫氣 ）高壓泵幾種高壓輸液泵的性能比較名 稱 恒流或恒壓 脈

7、沖 更換流動(dòng)相 梯度洗脫 價(jià)格氣動(dòng)放大泵 恒壓 無(wú) 不方便 兩臺(tái)泵 高螺旋傳動(dòng)注射泵 恒流 無(wú) 不方便 兩臺(tái)泵 中等單柱塞往復(fù)泵 恒流 有 方便 可 較低雙柱塞往復(fù)泵 恒流 小 方便 可 高隔膜往復(fù)泵 恒流 有 方便 可 中等高端離子色譜儀均采用雙柱塞往復(fù)泵。全塑泵模塊外觀進(jìn)樣器手動(dòng)進(jìn)樣器（六通閥） 下頁(yè)自動(dòng)進(jìn)樣器 進(jìn)樣位置廢液樣品流動(dòng)相接色譜柱進(jìn)樣閥樣品采樣位置廢液流動(dòng)相接色譜柱手動(dòng)（六通閥）進(jìn)樣器（）（）定量環(huán)色譜柱內(nèi)徑：3.0, 4.0, 4.6, 8.0mm長(zhǎng)：50, 100, 150, 250mm分析柱保護(hù)柱強(qiáng)保留組分中等保留組分弱保留組分色譜分離原理平衡過(guò)程淋洗液離子交換（陰離子）

8、分離機(jī)理陰離子分離示例色譜柱：陰離子交換柱流動(dòng)相：2.7mM Na2CO3/0.3mM NaHCO3流速： 1.2mL/min檢測(cè)器： 電導(dǎo)0481216Retention time(min)08mSF-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-色譜柱:陽(yáng)離子交換柱流動(dòng)相:20 mM 甲磺酸流速:1.0 mL/min檢測(cè)器:電導(dǎo)（CSRS循環(huán)抑制模式) 陽(yáng)離子分離示例04812保留時(shí)間 (min)024Na+NH4+K+Mg2+Ca2+S離子排斥分離原理 Donnan膜 （）（） 固定相流動(dòng)相色譜柱：離子排斥柱流動(dòng)相：0.4 mM 辛磺酸流速： 1.0 mL/min抑制劑 ：5mM T

9、BAOH50mM H3BO3檢測(cè)器：電導(dǎo)離子排斥分離示例 20100保留時(shí)間 (min)0S5123451. 甲酸2. 乙酸3. 丙酸4. 丁酸5. 戊酸流動(dòng)相 TBAOHACNH2O樣品Y+ X- 固定相 TBA+OH- Y+ X- Y+ X- (TBA+X-) (TBA+X-) (TBA+X-) (TBA+X-) TBA+OH- ACN ACN ACN ACN ACN ACN ACN TBA+ OH- TBA+ OH-疏水親水離子對(duì)色譜分離原理 Y+ OH-1. 甲磺酸 5.0 ppm2. 1-丙磺酸 8.63. 1-丁磺酸 8.74. 1-己磺酸 8.81-庚磺酸 8.91-辛磺酸 8.

10、91-癸磺酸 9.10保留時(shí)間 (min)12168S0.0416234578.0反相離子對(duì)分離示例色譜柱：反相分配柱流動(dòng)相：2mM TBAOH, 10分鐘內(nèi)從24%48%CAN，梯度洗脫流速：1.0mL/min檢測(cè)器：抑制型電導(dǎo)（5mM H2SO4）抑制器降低背景電導(dǎo)，增大溶質(zhì)電導(dǎo)；陰離子抑制器、陽(yáng)離子抑制器；柱抑制器、膜抑制器；外加再生劑、在線產(chǎn)生再生劑；比非抑制檢測(cè)提高靈敏度12個(gè)數(shù)量級(jí)。檢測(cè)器電導(dǎo)檢測(cè)器（抑制型、非抑制型）紫外可見(jiàn)檢測(cè)器（直接紫外、間接紫外、 二極管陣列、柱后衍生光度檢測(cè)）安培檢測(cè)器（直流安培、脈沖安培）IC-MSIC-ICP/MS常見(jiàn)離子的當(dāng)量電導(dǎo)率 Cation A

11、nion 總電導(dǎo)率 （ ） （ ） （unit：S/m equivalent）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)色譜工作站：數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、編號(hào)、保存自動(dòng)數(shù)據(jù)處理控制各個(gè)模塊分析全自動(dòng)化填料（功能基團(tuán)種類、粒徑及其分布）柱溫（室溫800C）流動(dòng)相組成與濃度流動(dòng)相流速（通常使用0.5-2.0mL/min）流動(dòng)相中的雜質(zhì)成分影響離子色譜分離的主要因素一價(jià)離子洗脫加快二價(jià)離子洗脫變慢柱溫增加02468101214202530354045溫度， 保留時(shí)間 (min)F-Cl-NO2-Br-NO3-HPO42-SO42-柱溫對(duì)保留時(shí)間的影響流速的影響0200040006000800010000120000.511.52流速（m

12、L/min）峰面積F-Cl-NO2-Br-NO3-HPO42-SO42-流速增加溶質(zhì)峰面積減小流動(dòng)相組成的影響04812162000.110.220.33流動(dòng)相組成（NaHCO3/Na2CO3）保留時(shí)間 (min)F-Cl-NO2-Br-NO3-HPO42-SO42-4mM NaHCO3 /0.8 mM Na2CO3 流速： 0.7ml/min4mM NaHCO3 /1.0 mM Na2CO3 流速：0.8ml/min4mM NaHCO3 /1.2 mM Na2CO3流速：0.9ml/min組成和流速的共同影響流動(dòng)相濃度的影響0481216208910111213流動(dòng)相濃度（mM）保留時(shí)間 (min)Na+NH4+K+Mg2+Ca2+100S0% ACN20% ACN50% ACN12345671234567010保留時(shí)間 (min)12,34567101000SS1.F-2.Cl-3.NO2-4.Br-5.NO3-6.HPO42-7.SO42-流動(dòng)相中有機(jī)溶劑的