一、離子色譜基本原理離子色譜理論色譜

–從物理化學(xué)的發(fā)展派生而來(lái)

–色譜原理

–從離子交換到離子對(duì)檢測(cè)器–從伏安檢測(cè)器到電導(dǎo)率檢測(cè)器

–帶抑制的離子色譜

–降低背景電導(dǎo)–抑制和非抑制–從膜抑制到填從柱抑制

–色譜–從簡(jiǎn)單的顏色變化分離到專業(yè)的分析方法

–2色譜的發(fā)展

?色譜是某種顏色的混合物分離為不同顏色的成份。該方法用于分離化學(xué)性質(zhì)相似但又難于分離的化學(xué)物質(zhì)?

希臘語(yǔ)chromatography chroma

=

顏色

graphein=記錄3教學(xué)的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn):

準(zhǔn)備一張紙

滴加一小滴黑墨水

在墨水的中央滴加一滴水

觀察黑墨水的顏色變化色譜

–從教學(xué)角度

–11_khv\ppt\ic_theory_au.ppt4色譜

–從物理化學(xué)角度

–?色譜?一詞是指待分離的成份在固定相和流動(dòng)相之間進(jìn)行物理化學(xué)分離過(guò)程。

氣體

流動(dòng)相

液體

固定相

液體

GLC,LLC

固體

GSC,LSC

(HPLC-IC)

5色譜

–從極性角度

–

色譜方法基于固定相和流動(dòng)相的極性分為：

一類–傳統(tǒng)的

TLC+HPLC1.

正相色譜

2.

反相色譜一類–離子色譜

4.

離子交換色譜

3.

離子對(duì)色譜

5.

離子排斥色譜

6色譜

–傳統(tǒng)方法

–一類–傳統(tǒng)的

TLC+HPLC1.正相色譜固定相

=極性

(例如：SiO2)–

流動(dòng)相

=非極性

(例如：n-己烷)2.反相色譜固定相

=非極性

(例如：C18)–

流動(dòng)相

=極性

(例如：乙腈或甲醇/水)7另一類–IC

4.離子交換色譜陽(yáng)離子和陰離子與固定相形成弱離子鍵。C:固定相

=極性

(例如：R-SO3–)–流動(dòng)相

=極性

(例如：HNO3

水溶液)或

A:固定相

=極性

(例如：R-NR3+)–流動(dòng)相

=極性(例如：Na2CO3

水溶液)色譜

–離子色譜方法

–8另一類–IC

3.離子對(duì)色譜通過(guò)加入親脂性對(duì)離子，陽(yáng)離子和陰離子與非離子分子反應(yīng)。分離生成的非極性分子在反相模式中得以分離。固定相

=非極性(例如：C18)–流動(dòng)相

=極性

(例如：乙腈或甲醇/水)5.離子排斥色譜H+離子型固定相表面形成非極性Donan膜。只有非極性和非離解的分子可以進(jìn)入該膜。離解的離子受到固定相Donnan膜的排斥。依據(jù)分子的離解常數(shù)不同進(jìn)行分離。–流動(dòng)相

=極性

(例如：Na2CO3

水溶液)色譜

–離子色譜方法

–9概括離子色譜是分離離子型成份的所有色譜方法的統(tǒng)稱。包括：

離子對(duì)色譜

(3),

離子交換色譜

(4)

和

離子排斥色譜

(5)。待測(cè)成份和流動(dòng)相通常是極性和/或離子型的。離子交換色譜是離子色譜中最重要的分離方式。色譜

–離子色譜

–10色譜

–焦點(diǎn)–

HPLC和

IC

液相-固相-色譜

流動(dòng)相

=液體

–固相

=固體自從20世紀(jì)60年代末，高壓或高效液相色譜(HPLC)的問(wèn)世，液相色譜發(fā)展成為最綜合和最重要的現(xiàn)代分析儀器之一。

離子色譜是HPLC家族的分支。

11tM－死時(shí)間(deadtime）

不被固定相滯留的組分，從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值所需的時(shí)間tR.2－保留時(shí)間(rentiontime)

組分從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值所需時(shí)間tS.2－凈保留時(shí)間(netrentiontime)

減去死時(shí)間的保留時(shí)間

tS.2＝tR.2－tM色譜

–色譜圖–K`＝tS/tM－保留因子(retentionfactor)K`越小，越接近死時(shí)間洗脫，分離效果差；K`越大，分離越好，峰形展寬。K`＝2～5最佳。T＝B/A－不對(duì)稱因子(asymmetryfactor)10%峰高處前半峰的寬度B與同高度處后半峰寬度B的比值。色譜

–色譜圖–R＝tR/w

－分離度(resolution)

如果兩個(gè)峰的保留時(shí)間的差值大于其基線寬度或半峰寬度，表示分離效果好。

R=0.5，兩個(gè)組分仍可區(qū)分開。

R=1(相當(dāng)4分離)，可以定性分離。

R=1.2～1.5，定量最佳。

避免分離度

R2(相當(dāng)8分離)的情況，因?yàn)榉治鰰r(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

色譜

–色譜圖–色譜

–色譜圖–分離柱容量分離柱交換離子的能力。柱容量的測(cè)定：可通過(guò)氯離子完全占有離子交換位置的方法，測(cè)量分離柱的交換容量。先用去離子水沖洗，再用碳酸鹽洗脫液洗脫氯離子。然后用離子色譜法或銀量滴定法定量氯離子。從而推算出交換容量。色譜

–色譜圖–分離柱容量分離柱過(guò)載現(xiàn)象：

→隨后離子的保留時(shí)間變短，→主成份的峰平頭，→主成份峰拖尾，→理論塔板數(shù)變小，→面積/高度比變差(固定面積，峰高降低)和→峰的對(duì)稱性變差。

色譜

–色譜圖–分離柱容量分離柱過(guò)載色譜圖：

平頭峰(cut-offpeak)

鯊魚鰭峰(shark-fin-shapedpeak)

拖尾峰(tailingpeak)

伸舌峰(frontingpeak)色譜

–色譜圖–分離柱容量

實(shí)例：含非常高氯離子濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液大的氯峰干擾其隨后峰的評(píng)估。通過(guò)向樣品中加入相應(yīng)的陰離子，才可能正確地判斷各峰。

色譜圖(a)

放大(a)

色譜

–儀器結(jié)構(gòu)–色譜

–當(dāng)今最常用的分析手段

–20淋洗液泵進(jìn)樣閥分離柱抑制器檢測(cè)器色譜

–色譜過(guò)程

–21淋洗液泵進(jìn)樣閥分離柱檢測(cè)器色譜

–離子交換色譜

–就固定相而言

......陽(yáng)離子需要陽(yáng)離子交換基團(tuán)...陰離子需要陰離子交換基團(tuán)固定相結(jié)構(gòu):22苯乙烯二乙烯基苯苯乙烯-二乙烯基苯樹脂陽(yáng)離子交換基團(tuán)陰離子交換基團(tuán)離子色譜

–離子交換色譜

–固定相由3部分組成:

?乳膠?物質(zhì)或樹脂載體

間隔基

承載離子交換的基團(tuán)23材料:

苯乙烯/二乙烯基苯

聚甲基丙烯酸酯

硅酸鹽/硅膠

羥乙基甲基丙烯酸酯

(HEMA)陰離子交換劑:

季胺功能團(tuán)

堿性胺基

羥基堿性季胺鹽

丙烯酸基堿性季胺鹽

交聯(lián)方式陽(yáng)離子交換劑:

磺酸基

羧酸鹽間隔基:

烷基鏈離子色譜

–離子交換色譜

–流動(dòng)相解吸和運(yùn)載樣品

...

...水相洗脫液:陰離子

(I)

鄰苯二甲酸

鄰羥基苯甲酸（水楊酸）

p-羥基苯甲酸

苯甲酸

硼酸鹽

硼酸鹽/乙酸鹽

氫氧化鉀...陰離子

(II)

碳酸鹽/碳酸氫鹽

氫氧化鉀

硼酸鹽陽(yáng)離子

(I)

硝酸

酒石酸

酒石酸/吡啶二羧酸

酒石酸/檸檬酸

磷酸二氫鉀

草酸/乙二胺/丙酮...24離子色譜

–離子交換色譜

–固定相和流動(dòng)相競(jìng)爭(zhēng)待測(cè)組份

–陽(yáng)離子分離機(jī)理

–25離子色譜

–離子交換色譜

–陽(yáng)離子色譜實(shí)例

[淋洗液:2.0mmolHNO3–分離柱:MetrosepC4-50]26離子色譜

–離子交換色譜

–固定相和流動(dòng)相競(jìng)爭(zhēng)待測(cè)組份

–陰離子分離機(jī)理–27離子色譜

–離子交換色譜

–陰離子色譜

[淋洗液:Na2CO3/NaOH(5.0/0.3mmol/L)–分離柱:MetrosepASupp15150]28離子色譜

–離子交換色譜

–陽(yáng)離子與固定相上堿性離子交換位置發(fā)生反應(yīng)。

依據(jù)鍵合強(qiáng)度(離子交換平衡常數(shù))，

陽(yáng)離子在洗脫液中的質(zhì)子之前或之后洗脫出來(lái)。29陰離子與固定相上酸性離子交換位置發(fā)生反應(yīng)。

依據(jù)鍵合強(qiáng)度(離子交換平衡常數(shù))，陰離子在洗脫液中的碳酸鹽之前或之后洗脫出來(lái)。陽(yáng)離子或陰離子的離子交換常數(shù)不同，其相應(yīng)的保留時(shí)間不同。從而使“化學(xué)質(zhì)相似”的成份得以分離。檢測(cè)器

–離子色譜檢測(cè)器

–30淋洗液泵進(jìn)樣閥分離柱檢測(cè)器檢測(cè)器

–離子色譜檢測(cè)器

–31

電導(dǎo)檢測(cè)器

電化學(xué)檢測(cè)器(選件)

UV/VIS檢測(cè)器

(選件)

聯(lián)用技術(shù)：IC-MS或IC-ICP-MS樣品中的組份在分離柱分離后，通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)和定量

...檢測(cè)器

–電導(dǎo)

–32電導(dǎo)檢測(cè)電導(dǎo)檢測(cè)就是測(cè)量電導(dǎo)率

–電導(dǎo)測(cè)量檢測(cè)器測(cè)量溶液中離子的電導(dǎo)率。測(cè)量雙鉑電極兩端間的電導(dǎo)。離子在該雙鉑電極兩端間遷移。陰離子向陽(yáng)極遷移，陽(yáng)離子向陰極遷移，從而測(cè)量溶液的電阻。電導(dǎo)為電阻的倒數(shù)。為了避免改變組份和電極表面形成雙電層，采用交流電。R=電阻

[]Kc=電導(dǎo)池常數(shù)

[1/cm]

=電導(dǎo)

[1/orS]檢測(cè)器

–電導(dǎo)

–33電導(dǎo)離子的電導(dǎo)與離子i的濃度c及其與濃度有關(guān)的當(dāng)量電導(dǎo)率i有關(guān)。當(dāng)量電導(dǎo)率

i

為單位濃度的電導(dǎo)。下表列舉的常數(shù)適用于濃度低于0.001mol/L的情況。Zi

為相應(yīng)離子的電荷。i

=當(dāng)量電導(dǎo)率

[Scm2/mol]

zi

=電荷

[]

ci=濃度

[mol/L]

=電導(dǎo)

[1/orS]

=所有離子

–陽(yáng)離子和陰離子之和檢測(cè)器

–電導(dǎo)率

–34當(dāng)量電導(dǎo)率下表列舉的當(dāng)量電導(dǎo)率適用于濃度低于0.001mol/L。

=當(dāng)量電導(dǎo)率

[Scm2/mol]

陰離子

OH– 198

F– 54

Cl– 76

Br– 78

I– 77

NO2– 72

NO3– 71

HCO3– 45?CO32– 72

?SO42– 80

?Phthalate 38陽(yáng)離子

H+ 350

Li+ 39

Na+ 50

K+ 74

NH4+ 73

?Mg2+ 53

?Ca2+ 60

Sr2+ 59

?Ba2+ 64

?Zn2+ 53

?Cu2+ 55檢測(cè)器

–電導(dǎo)率–35測(cè)量值的影響因素

相應(yīng)離子的當(dāng)量電導(dǎo)率

相應(yīng)離子的電荷

電導(dǎo)池常數(shù)

常數(shù)

溫度

常數(shù)

濃度

實(shí)際濃度T2%/°C36非抑制型離子色譜抑制型離子色譜檢測(cè)器

–非抑制或抑制電導(dǎo)率

–檢測(cè)器

–非抑制電導(dǎo)率

–37背景電導(dǎo)率

=淋洗液色譜峰的電導(dǎo)率數(shù)值=淋洗液＋樣品測(cè)量值

=樣品

減去淋洗液檢測(cè)器

–非抑制電導(dǎo)率

–38測(cè)量陰離子和陽(yáng)離子關(guān)鍵詞:

單柱技術(shù)

–非抑制離子色譜

測(cè)量樣品離子和淋洗液離子電導(dǎo)率的差值。樣品中的反荷離子不保留，隨死體積一并洗脫出來(lái)。因此，反荷離子通常也是淋洗液的反荷離子。39化學(xué)抑制型離子色譜在陽(yáng)離子色譜中，采用陰離子交換劑

–所有陰離子被OH取代

在陰離子色譜中，采用陽(yáng)離子交換劑–所有陽(yáng)離子被H+取代通過(guò)以上反應(yīng)，高電導(dǎo)率的洗脫液轉(zhuǎn)換為低電導(dǎo)率的(H2O+CO2)。抑制降低背景電導(dǎo)率。抑制改變樣品中的反荷離子。檢測(cè)器

–抑制電導(dǎo)率

–檢測(cè)器

–抑制后的電導(dǎo)率

–40背景電導(dǎo)率

=水

=0色譜峰電導(dǎo)率

=水

＋

樣品測(cè)量值

=（水

+樣品）－

背景檢測(cè)器

–抑制后的電導(dǎo)率

–41測(cè)量

陽(yáng)離子和陰離子關(guān)鍵詞:

雙柱技術(shù)

–帶抑制的離子色譜

–pcr

測(cè)量樣品離子和H+或OH之和洗脫液電導(dǎo)率為0，反荷離子為

OH或H+離子色譜分為：?jiǎn)沃x子色譜－非化學(xué)抑制雙柱離子色譜－化學(xué)抑制

淋洗液泵進(jìn)樣閥分離柱檢測(cè)器抑制器抑制與非抑制43(樣品=NaCl–淋洗液

=HNO3)非抑制抑制(樣品=NaCl–淋洗液

=HNO3)–陽(yáng)離子

–抑制與非抑制抑制與非抑制–陽(yáng)離子

–45(樣品=NaCl–淋洗液

=鄰苯二甲酸)非抑制帶抑制(樣品

=NaCl–淋洗液

=Na2CO3)–陰離子

–抑制與非抑制46抑制與非抑制–陰離子抑制

–11_khv\ppt\ic_theory_au.ppt47非抑制抑制高背景電導(dǎo)率

低靈敏度的陰離子

高靈敏度的陽(yáng)離子

成本低

淋洗液選擇無(wú)限制低背景電導(dǎo)率

高靈敏度的陰離子

(檢測(cè)限低

2-4個(gè)數(shù)量級(jí))

高靈敏度的陽(yáng)離子

成本高

淋洗液必須抑制后生成H2O或低電離物質(zhì)

抑制與非抑制R-SO3–H++Na++HCO3– R-SO3–Na++H2O+CO2

R-SO3–H++Na++Cl– R-SO3–Na++H++Cl–

陰離子抑制

淋洗液－基線(背景)：

樣品－信號(hào)(以NaCl為例)抑制與非抑制MSM抑制器－柱抑制

三根高容量、長(zhǎng)壽命和易操作的微填充抑制柱：一根在流路一根用硫酸再生一根用去離子水沖洗

抑制與非抑制MSM抑制器－特點(diǎn)

分析流路外的再生

允許含有機(jī)溶劑的再生(例如：100

%丙酮)

允許含強(qiáng)酸的再生

反相壓力可達(dá)

2

MPa，不影響分析

不因壓力受損

使用壽命長(zhǎng)

價(jià)格實(shí)惠抑制與非抑制再生－20mm0l/LH2SO4：

R-SO3–Na++H+

R-SO3–H++

Na+

沖洗－水：除去多余的H2SO4

抑制與非抑制MSM抑制器再生

重現(xiàn)性極佳－ppb濃度范圍18次進(jìn)樣

結(jié)果:F-Cl-NO2-Br-NO3-HPO42-SO42-

濃度50150100150150500500(ug/L)RSD0.660.701.920.780.840.970.78(n=18)抑制與非抑制MSM抑制器－特點(diǎn)

三電極系統(tǒng)的流通池分析物質(zhì)在達(dá)到工作電位時(shí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)工作電極表面由于電子轉(zhuǎn)移發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流被檢測(cè)在工作電極表面5–10%的物質(zhì)被轉(zhuǎn)換可簡(jiǎn)單連接到任何IC-或HPLC系統(tǒng)工作電極材料的選擇(GC,Pt,Ag,Au)DC和PAD模式,掃描模式高靈敏度，高選擇性最佳的信價(jià)比測(cè)量原理電化學(xué)安培檢測(cè)器IIIIIIIVVVIVIIVIIIIIIIIIIVVVIVIIVIIIHHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRnFrRaAcKuDC和

PAD電化學(xué)安培檢測(cè)器Detection791電化學(xué)檢測(cè)器固定工作電位的安培檢測(cè)器(DC)Pt/Ag/Au/GC–工作電極Ag/AgCl–參比電極Au–輔助電極應(yīng)用舉例:–亞硝酸鹽

–亞氯酸鹽

–碘

–CN–硫離子

–酚類電化學(xué)安培檢測(cè)器871Bioscan脈沖安培檢測(cè)器

三種模式:DC/PAD/ScanAu/Pt/Ag/GC–工作電極固體參比電極

不銹鋼輔助電極含A/D轉(zhuǎn)換器含柱溫箱含進(jìn)樣閥含ICNet軟件==>不僅是電化學(xué)檢測(cè)器==>最佳的色譜工具電化學(xué)安培檢測(cè)器測(cè)量原理UV/VIS檢測(cè)器測(cè)量信號(hào)是吸光度

A吸光度Ais正比于分析物濃度

根據(jù)Beer’s定律UV:190–400nm,VIS:400–900nm光源發(fā)出光通過(guò)透鏡到達(dá)檢測(cè)池淋洗液或分析物通過(guò)池分析物吸收入射光光束被狹縫聚焦光柵選擇波長(zhǎng)光電池或二極管檢測(cè)分類直接UV/VIS檢測(cè),e.g.NO2,I,SCN

間接UV/VIS檢測(cè),e.g.Cl,SO4柱前衍生后UV/VIS檢測(cè),e.g.EDTA,NTA柱后衍生

(pcr)后UV/VIS檢測(cè),e.g.BrO3,CrO3,過(guò)渡金屬離子UV/VIS檢測(cè)UV/VISIIIIIIIVVVIVIIVIIIIIIIIIIVVVIVIIVIIIHHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbS