离子色谱的定性定量分析

离子色谱的定性定量分析张海鸥实验目的：–了解离子交换色谱的原理以及离子色谱仪的构造；–学习离子色谱仪的基本操作；–掌握利用离子色谱仪进行定量分析的方法。离子色谱的相关介绍（五个方面）实验内容一.离子色谱简介包括：定义、分析对象、分离方式、检测方式定义利用色谱技术测定离子态物质的方法色谱:用于分析的一种分离技术气相色谱(气－固分离，流动相为载气)液相色谱(液－固分离，流动相为液体)–ＨＰＬＣ(主要分离非极性的有机化合物)–ＩＣ(主要分离极性和部分弱极性的化合物)离子态物质:在水溶液中电离，具有+或–电荷的元素阴离子：Ｃｌ－，ＮＯ2－，ＳＯ４２－，ＣｒＯ４２－阳离子：Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Ｆｅ３＋有机化合物：有机酸、有机碱等离子色谱分析的对象物质离子类别主要离子种类无机阴离子卤素及简单阴离子、酸根阴离子、阳离子的配阴离子无机阳离子碱金属、铵离子、碱土金属、过渡金属、稀土元素有机阴离子有机酸、烷基硫酸、烷基磺酸、磷酸、多聚磷酸有机阳离子胺、醇胺、铵盐、吡啶、生物碱、锍盐天然有机物糖、醇、酚、醛、维生素生物物质有机磷化合物、氨基酸、肽、核酸、核甙酸、蛋白质、碱基、抗生素离子交换：离子价态和离子半径离子交换色谱（HPLC）—基于流动相和固定相上的离子交换基团之间发生的离子交换过程。离子排斥——离子排斥色谱（Donnan排斥、空间排阻和吸附）离子对——离子对色谱（吸附）其他分离方式：离子抑制、反相离子色谱的分离方式离子色谱的检测方式电导（电导法）检测具有电导性化合物的通用型检测器离子色谱最常用的检测器电化学(安培法)在特定的条件下可对某些化合物直接进行氧化还原反应紫外－可见光度法紫外直接吸收或可见光光度法测定选择性强可进行柱后衍生荧光法HPLC二、离子色谱仪结构介绍离子色谱系统构成淋洗淮贮存罐泵保护柱分析柱抑制器装置电导池色谱工作站淋洗液输送离子交换分离抑制电导检测数据采集和仪器控制样品注射11811-021.淋洗液阀2.泄漏传感器3.泵头4.压力传感器5.进样阀6.柱温箱(可选件)7.抑制器8.电导池9.第二抑制器安装架10.屏幕亮度调节旋钮11.管路卡槽ICS2000内部结构图ICS-2000流路图离子色谱的基本构成样品进样：样品环进样分离：离子交换分离检测：电导检测（抑制型）开始分析废液样品淋洗液至分离柱进样阀样品装样废液淋洗液至分离柱定量环进样（ＬＯＡＤ）（ＩＮＪＥＣＴ）样品环抑制器安装在电导池之前提高待测离子的电导率：提高灵敏度Na+,Cl-H+,Cl-降低背景电导(淋洗液):减少噪音Na+,HCO3-H2CO3Na+,OH-H2O抑制器的作用废液BackGround：Na2CO3/NaHCO3(700μS)NaF,NaCl,NaNO3Na2HPO4,Na2SO4～～RetentiontimeConductivityNaFNaClNaNO3Na2HPO4Na2SO4BackGround：Na2CO3/NaHCO3(700μS)～～RetentiontimeConductivityHFHClHNO3H3PO4H2SO4RetentiontimeBackGround：H2CO3(15μS)Conductivity电导检测器测定溶液流过电导池电极时的电导率可检测大部分离子型化合物溶液至检测池电极检测池三、离子交换色谱分离机理色谱分离离子交换分离机理抑制器工作原理慢中等快色谱分离临时性过程淋洗液ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－Ｃｌ－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋Ｃｌ－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ＣＯ３２－ＳＯ４２－ＨＣＯ３－Ｃｌ－ＳＯ４２－Ｃｌ－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－临时过程离子交换分离机理ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ＨＣＯ３－ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－Ｃｌ－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋Y+Na+抑制器的工作原理(阴离子)X-:样品中的阴离子Y+:样品中的阳离子H2OH2OOH-K+Y+K+Y+X-OH-(样品,淋洗液)H++OH-H++X-至检测器H2OH+X-H++O2H2OH2+OH-H2OK+OH-,H2H2O,O2废液废液电极（－）电极（＋）纯水或来自检测器的流体H+H+H+H+阳离子交换膜阳离子交换膜H2OH2OH++O2H2OH2+OH-H2O废液/气体废液H2OSO42-Y+X-H+MSA-(样品e,淋洗液）OH-OH-MSA-SO42-X-OH-MSA-SO42-X-H+MSA-,O2H2O,H2H++OH-Y++OH-H+抑制器的工作原理(阳离子)至检测器H2OY+OH-X-:样品中的阴离子Y+:样品中的阳离子电极（＋）电极（－）阴离子交换膜阴离子交换膜纯水或来自检测器的液体四、离子色谱分析条件的选择1.影响保留时间的参数：离子的性质2.流动相的选择3.检测条件的选择一、影响保留的参数：离子的性质价态（Valency）尺寸（Size）极化程度（Polarisability）参数（1）：价态待测离子的价态越高，保留越强；例子：tms(NO3-)tms(SO42-)例外：多价离子的保留如正磷酸盐与淋洗剂的pH有关参数（2）：离子半径离子半径越大，保留越强；保留时间tms:F–Cl–Br–I–参数（3）：极化程度极化程度越强，保留时间越强tms(硫酸根)tms(硫代硫酸根)原因：离子交换＋吸附二、流动相的选择淋洗离子的种类和浓度淋洗液的pH值有机改进剂温度淋洗液选择的条件有一定的洗脱能力；化学、物理性质稳定；与被测离子有一定的性质差异，电导检测为电导差异；抑制电导检测为抑制后电导的差异；紫外检测为紫外吸收的差异；安培检测为氧化还原能力的差异对检测器响应值尽可能小如果被测物对检测器没有响应，则可以采用间接检测法抑制型阴离子色谱的典型淋洗液四硼酸钠(Na2B4O7)硼酸(H3BO3)氢氧根(NaOH)碳酸氢根(NaHCO3)碳酸根(Na2CO3)通常，作为淋洗剂使用的化合物在水溶液中的pH大于8时为阴离子，pH在5-8之间为中性分子，其阴离子对固定相亲合力.与待测离子相近，这类化合物可作阴离子分析的淋洗液。淋洗剂强度一般淋洗液的选择情况价态越高，洗脱能力越强；离子半径越大，洗脱能力越强；电离越强，洗脱能力越强；极化度越大，洗脱能力越强；对常规淋洗液硼酸根＜氢氧根＜碳酸氢根＜碳酸根淋洗液浓度对保留的影响淋洗液浓度与保留值呈对数线性关系；不同价态的被测离子，对数线性斜率不同；不同极化度和亲脂性，淋洗液浓度对保留影响比较小。pH值对被保留的影响pH值提高，氢氧根浓度增加，一般情况保留减小（与淋洗液浓度对保留值影响一致）；对于弱酸、多元酸pH值提高，电离增加，保留时间反而增加。有机改进剂对保留的影响缩短保留时间，对疏水性离子影响更大；增加样品的溶解度；改善疏水性和极化离子的色谱峰形；清洗被污染的色谱柱阳离子交换淋洗液的选择淋洗液有足够的电离，以提供阳离子的脱离；多价阳离子有更大的洗脱能力；洗脱离子半径越大，洗脱能力越强；与被测离子有足够大的电导差异；对抑制电导法，抑制后淋洗液背景电导足够小淋洗液的背景较小较理想；酸或对应的弱碱对于有机胺类，加入有机改进剂，会减少保留时间并且改善峰形阳离子交换所用的淋洗液盐酸硝酸硫酸甲磺酸吡啶－2,6－二羧酸检测的条件电导检测直接电导要求淋洗液与被测离子电导有差异抑制电导要求被测离子对应的酸或碱有一定的电离安培检测易氧化还原，在淋洗液还没有电解条件下，被测物施加电位下电解紫外可见淋洗液与被测离子电导有光学差异，或通过柱后衍生达到这个差异荧光检测与紫外可见的差异抑制电导检测条件抑制电导检测灵敏度和检测限取决于抑制器的好坏（而不是检测器）；背景电导是影响检测灵敏度和检测限的最主要因素；检测器恒温和温度补偿有利于提高灵敏度和检测限；提高检测灵敏度的方法增大进样量；但进样量的增加需要不影响分辨、水负峰不影响和基线不干扰采用微孔型柱可以提高灵敏度内径缩小一半，同样的进样量灵敏度增加4倍提高柱效，缩短保留时间，可以灵敏度五、离子色谱的应用离子色谱的应用应用领域主要应用对象环境大气成分（粉尘、颗粒物、雾、酸气）、酸雨、水质分析、空气水质自动检测食品生鲜、果菜、酒、饮料、纯净水分析、酿造过程监控农业农药、肥料、土壤、饲料、粮食、植物分析生物医学血液、尿、输液成分、临床检查、人体微量元素分析制药植物药材、矿物药成分、制剂成分分析材料金属材料、半导体材料、表面处理、超纯水分析工业原料分析、产品质量控制、电解电镀液解析、造纸化工原料和产品分析、反应过程监控日化化妆品、洗涤剂、清洁剂、原料和产品成分分析实验内容标准溶液的配置样品的准备（0.22um或0.45um滤膜）仪器的操作练习及数据处理实验报告的书写标准储备液(混标)的配置:选择试剂、烘干、计算、称量、溶解定容、储存标准溶液的配置：根据需要稀释标准储备液，配置6-8个浓度梯度的标准溶液样品的准备：0.22um或0.45um滤膜仪器的操作练习开机步骤：1．打开氮气总阀，将分压表调至0.2Mpa。再调节淋洗液瓶上分压表的分压至5~6psi。2．接通ICS2000主机电源，开启电脑，双击屏幕右下角，点击“start”出现图标后，启动桌面的图标，进入Broswer界面，找到“ICS2000_Tradition_System.pan”文件并双击进入变色龙软件的仪器控制界面。3．在pump和detector模块中的connected前的方块中打上勾，使仪器与电脑处于联机状态。4.根据具体样品分别设置各模块（包括泵，淋洗液发生器，柱加热器及抑制器）参数，此时SRSMode设为Off。5.开启泵。6.待抑制器RegentOut处的管路中无气泡流出时将抑制器的SRSMode设为On。7.等待仪器稳定，可点击控制面板上的“”按钮，采集基线，等待系统平衡。分析步骤：1．建立程序文件programfile，参考软件说明书。2．建立方法文件methodfile，参考软件说明书。3．建立序列文件，参考软件说明书。4．启动序列文件：依次点击Batch，start开始样品分析：5．数据处理，报告输出。关机步骤：1．分析结束后先关闭SRS，即将SRSMode设为Off。待抑制器RegentOut处管路中无气泡时，关泵。（淋洗液发生器随泵一起关闭）2．断开连接，关闭软件和仪器电源。3.关氮气总阀。注意事项：1．色谱柱用淋洗液保存，不能用纯水冲洗。2．样品需用经过0.22um膜过滤后再进样。3．每星期至少开机1~2次，每次冲洗1~2个小时。4．色谱柱、抑制器长时间不用需卸下，并用死堵头堵上。