离子色谱法 (2)PPT讲稿.ppt

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1、离子色谱法第1页，共41页，编辑于2022年，星期日 离子色谱法（离子色谱法（ion chromatographyion chromatography简称简称ICIC）是是19751975年由年由美国美国DOW ChimicalDOW Chimical公司的公司的Small,StevensSmall,Stevens和和BaumanBauman创立的一创立的一种离子分离分析技术。他们用低容量薄壳型阳离子或阴离子交种离子分离分析技术。他们用低容量薄壳型阳离子或阴离子交换树脂作为分离柱中的固定相，强电解质溶液作流动相（也叫换树脂作为分离柱中的固定相，强电解质溶液作流动相（也叫淋洗液），以电导检测器为

2、通用检测器。当淋洗液将试样带到淋洗液），以电导检测器为通用检测器。当淋洗液将试样带到分离柱时，由于各种离子对离子交换树脂的亲合力不同，因此分离柱时，由于各种离子对离子交换树脂的亲合力不同，因此它们分离开并依次被洗脱下来。它们分离开并依次被洗脱下来。F-Cl-NO3-SO42-HPO42-淋洗液淋洗液样品样品（F-Cl-NO3-SO4-HPO42-)F-Cl-NO3-HPO42-SO42-电导检测器电导检测器分离柱分离柱第2页，共41页，编辑于2022年，星期日一、离子色谱（IC）的分类 离子对色谱离子对色谱 离子交换色谱离子交换色谱 离子排斥色谱离子排斥色谱 离子交换色谱：阳离子和阴离子与固定

3、相形成弱离子键。离子交换色谱：阳离子和阴离子与固定相形成弱离子键。利用离子之间对离子交换树脂的亲和力差异而进行分离。利用离子之间对离子交换树脂的亲和力差异而进行分离。离子色谱是高效液相色谱的一种，是分离离子型成份的所有色离子色谱是高效液相色谱的一种，是分离离子型成份的所有色谱方法的统称。谱方法的统称。离子交换色谱是离子色谱中最重要的分离方式。离子交换色谱是离子色谱中最重要的分离方式。第3页，共41页，编辑于2022年，星期日固定相固定相离子交换剂离子交换剂 是一类带有离子交换功能基团的固体颗粒（即离子交换是一类带有离子交换功能基团的固体颗粒（即离子交换树脂），其结构是在交联的高分子骨架上结合可

4、解离的无机树脂），其结构是在交联的高分子骨架上结合可解离的无机基团。阳离子交换剂和阴离子交换剂的树脂骨架基本都是苯基团。阳离子交换剂和阴离子交换剂的树脂骨架基本都是苯乙烯乙烯/二乙烯基苯的共聚物。二乙烯基苯的共聚物。苯乙烯苯乙烯-二乙烯基苯树脂二乙烯基苯树脂阳离子交换剂阳离子交换剂阴离子交换剂阴离子交换剂苯乙烯二乙烯基苯第4页，共41页，编辑于2022年，星期日固定相组成固定相组成:l l、树脂载体树脂载体:一般为苯乙烯一般为苯乙烯/二乙烯基苯，聚甲基丙烯酸酯，硅酸盐二乙烯基苯，聚甲基丙烯酸酯，硅酸盐/硅硅胶，羟乙基甲基丙烯酸酯胶，羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)HEMA)。2 2、间隔基、间隔

5、基:烷基链。烷基链。3 3、承载离子交换的基团。一般地，阳离子色谱的功能团为磺酸基、承载离子交换的基团。一般地，阳离子色谱的功能团为磺酸基团，阴离子色谱的功能团为季铵盐基团团，阴离子色谱的功能团为季铵盐基团。第5页，共41页，编辑于2022年，星期日流动相（淋洗液）流动相（淋洗液）:用于解吸和运载样品用于解吸和运载样品阳离子的流动相有：硝酸，酒石酸，酒石酸阳离子的流动相有：硝酸，酒石酸，酒石酸/吡啶二羧酸，酒吡啶二羧酸，酒石酸石酸/柠檬酸，磷酸二柠檬酸，磷酸二 氢钾，草酸氢钾，草酸/乙二胺乙二胺/丙酮。丙酮。常用的阴离子色谱的流动相为：碳酸盐常用的阴离子色谱的流动相为：碳酸盐/碳酸氢盐，氢氧化

6、钾，碳酸氢盐，氢氧化钾，硼酸盐。硼酸盐。目前，实验室所用的阴离子色谱的淋洗液为目前，实验室所用的阴离子色谱的淋洗液为1.7mmol/L碳酸氢纳碳酸氢纳（NaHCO3）和）和1.8mmol/L碳酸纳（碳酸纳（Na2CO3）的混合液。）的混合液。目前，实验室所用的阳离子色谱的淋洗液为目前，实验室所用的阳离子色谱的淋洗液为1.35mmol/L硫酸。硫酸。第6页，共41页，编辑于2022年，星期日（1 1）阳离子交换色谱）阳离子交换色谱:固定相固定相=阳离子交阳离子交换剂换剂(例如：例如：R-SOR-SO3 3)；流动相流动相=离子型离子型液体液体(例如：例如：H H2 2SOSO4 4 水溶液水溶液

7、)。Li Li+,Na,Na+,NH,NH4 4+,K,K+,Ca,Ca2+2+,Mg,Mg2+2+第7页，共41页，编辑于2022年，星期日（2）阴离子交换色谱）阴离子交换色谱:固定相固定相=阴离子交换剂阴离子交换剂(例如：例如：R-NR3+)；流动流动相相=离子型液体离子型液体(例如：例如：Na2CO3水溶液水溶液)。第8页，共41页，编辑于2022年，星期日离子交换色谱法分离的无机阴离子如下表：离子交换色谱法分离的无机阴离子如下表：类别类别阴离子阴离子卤素卤素F-、Cl-、Br-、I-卤素含氧酸根卤素含氧酸根ClO-、ClO2-、ClO3-、BrO3-、IO3-含氧磷化物含氧磷化物PO2

8、3-、PO33-、PO43-、P2O34-、P3O105-、P4O136-硫化物硫化物S2-、SO32-、SO42-、S2O32-、SCN-氮氰化合物氮氰化合物CN-、OCN-、NO2-、NO3-硅化物硅化物SiO32-、SiF62-硼化物硼化物B4O72-、BF4-非金属含氧阴离子非金属含氧阴离子AsO2-、AsO43-、SeO32-、SeO42-金属含氧阴离子金属含氧阴离子MO42-、WO42-、CrO42-第9页，共41页，编辑于2022年，星期日二、离子色谱（IC）基本原理阳离子分离机理：阳离子分离机理：固定相和流动相竞争待测组份。固定相和流动相竞争待测组份。待测组份：待测组份：NaN

9、a+淋洗液为淋洗液为H H2 2SOSO4 4第10页，共41页，编辑于2022年，星期日阴离子分离机理：阴离子分离机理：待测组份：待测组份：ClCl-淋洗液淋洗液:NaHCONaHCO3 3水溶液水溶液第11页，共41页，编辑于2022年，星期日三、电导检测三、电导检测样品中的样品中的组份在分离柱分离后，通过检测器检测和定量组份在分离柱分离后，通过检测器检测和定量。电导检测器电导检测器:电导检测器就是测量溶液中离子的电导率。电导检测器就是测量溶液中离子的电导率。水溶液电导率单位常用水溶液电导率单位常用uS/cmuS/cm。R=电阻电阻 Kc=电导池常数电导池常数 1/cm =电导电导 1/o

10、r S第12页，共41页，编辑于2022年，星期日四、抑制与非抑制 1 1、单柱离子色谱（非化学抑制型离子色谱）、单柱离子色谱（非化学抑制型离子色谱）洗脱液洗脱液泵泵注射阀注射阀分离柱分离柱检测器检测器第13页，共41页，编辑于2022年，星期日图图：非化学抑制的：非化学抑制的792 Basic IC连接示意图连接示意图第14页，共41页，编辑于2022年，星期日2 2、双柱离子色谱（化学抑制型离子色谱）、双柱离子色谱（化学抑制型离子色谱）抑制器抑制器洗脱液洗脱液泵泵注射阀注射阀分离柱分离柱检测器检测器离子色谱通用的检测器是电导检测器，离子色谱淋洗液为强电解质的酸离子色谱通用的检测器是电导检测

11、器，离子色谱淋洗液为强电解质的酸碱溶液。由于淋洗液的电导値高，而被测物的浓度又大大小于流动相电碱溶液。由于淋洗液的电导値高，而被测物的浓度又大大小于流动相电解质的浓度，这样难以测量由于样品离子的存在而产生微小电导的变化。解质的浓度，这样难以测量由于样品离子的存在而产生微小电导的变化。抑制器的作用是降低淋洗液的电导，相应地提高被测离子的检测灵敏度。抑制器的作用是降低淋洗液的电导，相应地提高被测离子的检测灵敏度。第15页，共41页，编辑于2022年，星期日图图：化学抑制的：化学抑制的792 Basic IC连接示意图连接示意图第16页，共41页，编辑于2022年，星期日抑制器抑制器:有三根高容量、

12、长寿命和易操作的微填充抑制柱，一根在流路，一有三根高容量、长寿命和易操作的微填充抑制柱，一根在流路，一根用硫酸再生，一根用去离子水冲洗根用硫酸再生，一根用去离子水冲洗。其抑制柱填料为与分离柱型号相反的离子交换剂。如：分离阴离子时，分离其抑制柱填料为与分离柱型号相反的离子交换剂。如：分离阴离子时，分离柱内填充碱性阴离子交换剂，抑制柱用强酸性高容量的阳离子交换剂作填料。柱内填充碱性阴离子交换剂，抑制柱用强酸性高容量的阳离子交换剂作填料。第17页，共41页，编辑于2022年，星期日阴离子非抑制阴离子非抑制例：例：分离柱：分离柱内填充碱性阴离子交换剂分离柱：分离柱内填充碱性阴离子交换剂R-NR3+待测

13、样品：待测样品：NaCl,待测组分：待测组分：Cl-淋洗液淋洗液:NaHCO3水溶液水溶液做样时，从分离柱出来的是样品和淋洗液，所测的电导率是样做样时，从分离柱出来的是样品和淋洗液，所测的电导率是样品和淋洗液的电导率之和。品和淋洗液的电导率之和。色谱峰的电导率色谱峰的电导率=洗脱液洗脱液 样品样品走淋洗液时，走淋洗液时，分离柱内填充碱性阴离子交换剂分离柱内填充碱性阴离子交换剂R-NR3+上结合上结合HCO3-离子，淋洗液不断冲洗柱子，当基线走平后离子，淋洗液不断冲洗柱子，当基线走平后 背景电导率背景电导率=洗脱液的电导率洗脱液的电导率第18页，共41页，编辑于2022年，星期日 阴离子抑制阴离

14、子抑制 例：例：分离柱：分离柱内填充碱性阴离子交换剂分离柱：分离柱内填充碱性阴离子交换剂R-NR3+待测样品：待测样品：NaCl,待测组分：待测组分：Cl-淋洗液淋洗液:NaHCO3水溶液水溶液 走基线时，从分离柱中流出的淋洗液，到抑制柱中时发生如下反应：走基线时，从分离柱中流出的淋洗液，到抑制柱中时发生如下反应：做样时，在抑制柱中发生如下反应：做样时，在抑制柱中发生如下反应：R-SO3 H+Na+Cl R-SO3 Na+H+Cl （信号增加）（信号增加）R-SO3 H+Na+HCO3R-SO3 Na+H2O+CO2 （背景电导率降低）背景电导率降低）背景电导率背景电导率=水水+CO2第19页

15、，共41页，编辑于2022年，星期日高背景电导率高背景电导率低灵敏度的阴离子低灵敏度的阴离子高灵敏度的阳离子高灵敏度的阳离子成本低成本低低背景电导率低背景电导率高灵敏度的阴离子高灵敏度的阴离子(检测限低检测限低 2-4 个数量级个数量级)高灵敏度的阳离子高灵敏度的阳离子成本高成本高非抑制抑制第20页，共41页，编辑于2022年，星期日五、仪器设备介绍792 792 标准型离子色谱仪：标准型离子色谱仪：第21页，共41页，编辑于2022年，星期日IC 泵在线过滤进样阀排气阀第22页，共41页，编辑于2022年，星期日MSM抑制器蠕动泵检测器分离柱第23页，共41页，编辑于2022年，星期日六、影

16、响色谱分析的各种条件色谱柱色谱柱的选择的选择淋洗液的温度淋洗液的温度淋洗液的浓度与组成淋洗液的浓度与组成淋洗液的流速淋洗液的流速淋洗液中的杂质淋洗液中的杂质第24页，共41页，编辑于2022年，星期日（一）离子色谱柱选择（一）离子色谱柱选择 1.1.阴离子色谱柱阴离子色谱柱 抑抑制制型型阴阴离离子子色色谱谱及及非非抑抑制制阴阴离离子子色色谱谱柱柱2.2.阳离子色谱柱阳离子色谱柱3.3.有机酸离子色谱柱有机酸离子色谱柱4.4.糖类离子色谱柱糖类离子色谱柱第25页，共41页，编辑于2022年，星期日（二）（二）淋洗液温度淋洗液温度对分离的影响对分离的影响0 02 24 46 68 81010121

17、21414202025253030353540404545温度(）保留时间(min)F F-ClCl-NONO2 2-BrBr-NONO3 3-HPOHPO4 42-2-SOSO4 42-2-第26页，共41页，编辑于2022年，星期日（三）（三）淋洗液组成淋洗液组成和和浓度浓度对分离的影响对分离的影响1 1）提高淋洗液浓度，缩短保留时间）提高淋洗液浓度，缩短保留时间 第27页，共41页，编辑于2022年，星期日例例如如:NaOH:NaOH与与NaNa2 2COCO3 3/NaHCO/NaHCO3 3,NaOH的的pH値値在在12以以上上，用用NaOH作作淋淋洗洗液液时时，磷磷酸酸以以PO43

18、-存存在在，在在SO42-后后出出峰峰。常常用用Na2CO3/NaHCO3的的pH値在値在9-10，磷酸以，磷酸以HPO42-存在，在存在，在SO42-前出峰。前出峰。2）改变淋洗液组成比例，改变组分保留时间）改变淋洗液组成比例，改变组分保留时间3)不同的淋洗液有不同的选择性。不同的淋洗液有不同的选择性。第28页，共41页，编辑于2022年，星期日5）淋洗液加入适当有机溶剂，改变组分保留时间）淋洗液加入适当有机溶剂，改变组分保留时间4 4）水和试剂的纯度对分析结果影响）水和试剂的纯度对分析结果影响3）加入适当络合物，对一些特定离子有较好分离效果）加入适当络合物，对一些特定离子有较好分离效果加入

19、适量丙酮加入适量丙酮：第29页，共41页，编辑于2022年，星期日（四）（四）淋洗液的流速淋洗液的流速对分离的影响对分离的影响 流速的影响（4.0 mM NaHCO3/1.4 mM Na2CO3）第30页，共41页，编辑于2022年，星期日七、离子色谱的样品前处理七、离子色谱的样品前处理 样品预处理目的：保护分离柱，改善谱图。处理目样品预处理目的：保护分离柱，改善谱图。处理目标：使待测组分在溶液中呈离子形态；消除干扰组分。标：使待测组分在溶液中呈离子形态；消除干扰组分。常用处理方法：常用处理方法：1 1、稀稀 释释 2 2、过过 滤滤 3 3、固固 相相 萃萃 取取 4 4、消消 解解 5 5

20、、燃燃 烧烧 6 6、萃萃 取取第31页，共41页，编辑于2022年，星期日（一）样品稀释（一）样品稀释阴离子分析阴离子分析：l l稀释剂：水、淋洗液稀释剂：水、淋洗液l l淋洗液稀释的优点：可以减小系统峰淋洗液稀释的优点：可以减小系统峰l l对于低含量分析（对于低含量分析（0.5 0.5 mg/L)mg/L)，建议用淋洗液稀释建议用淋洗液稀释通常，也可以用水加浓淋洗液进行稀释通常，也可以用水加浓淋洗液进行稀释阳离子分析阳离子分析：l l稀释剂：稀释剂：c c（HNO3HNO3）=1 mmol/L=1 mmol/Ll l稀释后应当稀释后应当pH=3pH=3左右（可以用左右（可以用pHpH计检查

21、）计检查）样品的处理应当在塑料容器中进行（玻璃中的样品的处理应当在塑料容器中进行（玻璃中的NaNa离子会被硝酸溶出）离子会被硝酸溶出）第32页，共41页，编辑于2022年，星期日何时需要稀释？何时需要稀释？1、当待测离子浓度大于、当待测离子浓度大于100mg/L时要进行稀释；时要进行稀释；2、理想的直接进样范围：、理想的直接进样范围：0.550 mg/L;3、当阴阳离子总浓度大于、当阴阳离子总浓度大于1000 ppm时要稀释时要稀释;4、含量未知的样品、含量未知的样品:首先高度稀释首先高度稀释第33页，共41页，编辑于2022年，星期日（二）（二）过过 滤滤l l使用使用 0.45 0.45u

22、 um m过滤膜。可能的话，用过滤膜。可能的话，用0.20.2u um m过滤膜过滤膜;l l为保护分离柱，所有样品过滤为保护分离柱，所有样品过滤第34页，共41页，编辑于2022年，星期日（三）去除样品中的有机物（三）去除样品中的有机物 离离子子色色谱谱最最适适合合测测定定水水溶溶液液中中的的离离子子，若若样样品品中中含含有有有有机机物物，即即使使微微量量的的有有机机物物，在在柱柱子子上上不不断断积积累累，也也会会使使柱柱子子的的性性能能逐逐渐渐变变坏坏，分分离离度度下下降降。一一般般是是采采取取填填充充适适当当吸吸附附剂剂的的吸吸附附柱柱选选择择性性地地吸吸附有机物，用流经吸附柱的液体进行

23、离子色谱测定。附有机物，用流经吸附柱的液体进行离子色谱测定。C18柱柱:对对非非极极性性、弱弱极极性性以以及及中中等等极极性性化化合合物物具具有有广广泛泛保保留留，是是目目前前固固相相萃萃取取中中应应用用最最广广的的吸吸附附剂剂。将将含含有有目目标标离离子子的的水水溶溶液液通通过过C18柱柱，溶溶液液中中的的弱弱极极性性干干扰扰物物（比比如如脂脂肪肪、多多环环芳芳烃烃、邻邻苯苯二甲酸酯等）被吸附剂保留，从而得到纯净的离子溶液。二甲酸酯等）被吸附剂保留，从而得到纯净的离子溶液。第35页，共41页，编辑于2022年，星期日离离子子色色谱谱已已成成功功地地应应用用于于许许多多领领域域的的不不同同类类

24、型型的的样样品品离离子子分分析析，包包括括有有机机和和无无机机离离子子。对对于于简简单单基基质质中中的的离离子子，如如江江水水、雨雨水水等等经经过过过过滤滤可可直直接接测测定定。离离子子色色谱谱涉涉及及的的领领域域有有环环境境监监测测（大大气气、水水）石石油油化化工工（产产品品中中杂杂质质的的分分析析）、能能源源（电电器器用用水水中中金金属属腐腐蚀蚀）、食食品品（饮饮料料、添添加加剂剂）等等许许多多学学科科领领域域发发挥挥着着越越来来越越重重要要的的作作用用，已已经经成成为为许许多多常常见见离离子子分分析析的的标标准准方方法法。但但最最常常用用的的还是无机阴离子的分析。还是无机阴离子的分析。八

25、、用八、用途途第36页，共41页，编辑于2022年，星期日案案例例一一：人人的的尿尿液液中中草草酸酸根根和和柠柠檬檬酸酸根的测定根的测定用用阴阴离离子子色色谱谱法法、电电导导检检测测器器、化化学学抑抑制制的的方方法法测测定定人人的的尿液中的草酸根和柠檬酸根。尿液中的草酸根和柠檬酸根。柱子：柱子：6.1006.430MetrosepASupp4-250淋洗液：淋洗液：5.0mmol/L的碳酸钠，的碳酸钠，1.0mmol/L的碳酸的碳酸氢钠氢钠抑抑 制制 器器：MetrohmSuppressorModule(MSM,50mmol/L硫酸硫酸)流速：流速：1.0mL/min进样量：进样量：20L第3

26、7页，共41页，编辑于2022年，星期日结果草酸根mg/L柠檬酸根mg/L17.6452第38页，共41页，编辑于2022年，星期日案例二：测定矿泉水中案例二：测定矿泉水中F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO43-、SO42-、I-使用阴离子色谱法、电导检测器、化学抑制的方法测定使用阴离子色谱法、电导检测器、化学抑制的方法测定矿泉水中矿泉水中F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO43-、SO42-、I-。柱子：柱子：6.1006.430 Metrosep A Supp 4-250淋洗液：淋洗液：1.0mmol/L的碳酸钠，的碳酸钠，4.0mmol/L的碳酸氢钠的碳酸氢钠抑制器

27、：抑制器：Metrohm Suppressor Module(MSM,50mmol/L 硫酸硫酸)流速：流速：1.0mL/min进样量：进样量：20L第39页，共41页，编辑于2022年，星期日结结果果F-mg/LCl-mg/LNO2-mg/LBr-mg/LNO3-mg/LPO43-mg/LSO42-mg/LI-mg/L0.68717.430.0370.1810.2670.01121.20.034第40页，共41页，编辑于2022年，星期日案案例例三三：absorption solution after Wickbold digestion中中Cl-、Br-的测定的测定使使用用阴阴离离子子色色谱谱法法、电电导导检检测测器器、化化学学抑抑制制的的方方法法测测定定absorptionsolutionafterWickbolddigestion中中Cl-、Br-。柱子：柱子：6.1006.430MetrosepASupp4淋淋洗洗液液：1.0mmol/L的的碳碳酸酸钠钠，4.0mmol/L的的碳碳酸酸氢氢钠钠抑抑制制器器：MetrohmSuppressorModule(MSM,50mmol/L硫酸硫酸)流速：流速：1.0mL/min进样量：进样量：20L第41页，共41页，编辑于2022年，星期日