高效離子色譜儀的結構
閱讀：97發(fā)布時間：2025-3-27
高效離子色譜儀有非抑制型離子色譜儀和抑制型離子色譜儀。沒有流動相抑制系統(tǒng)的高效離子色譜儀稱為非抑制型離子色譜儀，帶流動相抑制系統(tǒng)的高效離子色譜儀稱為抑制型離子色譜儀。
高效離子色譜儀的基本構造和工作原理與高效液相色譜儀基本相同，所不同的是高效離子色譜儀的檢測器通常不是紫外可見光吸收檢測器，而是電導檢測器；色譜柱通常不是高效液相色譜儀所用的吸附型硅膠柱和分配型ODS柱，而是離子交換劑填充柱；高效離子色譜分析，特別是抑制型離子色譜分析往往用強酸性或強堿性物質作流動相，儀器流路系統(tǒng)耐酸堿的要求更高。
非抑制型離子色譜分析中，高壓將流動相以穩(wěn)定的流速或壓力輸送至分離體系，樣品在色譜柱之前通過進樣器導入，流動相將樣品帶入色譜柱，在色譜柱中各組分被分離，并依次隨流動相流至檢測器，數據處理系統(tǒng)對檢測信號進行記錄、處理和保存。非抑制型離子色譜儀不用抑制器和輸送再生液的高壓泵。
抑制型離子色譜儀是在電導檢測器之前增加一個抑制系統(tǒng)，即用另一個高壓將再生液輸送至抑制器，在抑制器中，流動相背景電導被降低，然后將流出物導入檢測器。
******節(jié) 高效離子色譜儀的結構
高效離子色譜儀與高效液相色譜儀一樣，一般也是先做成一個個單元組件，然后根據分析需要將各個單元組件組合起來。***基本的單元組件是流動相容器、高壓、進樣器、色譜柱、檢測器和數據處理系統(tǒng)，也可根據需要配置流動相在線脫氣裝置、梯度洗脫裝置、流動相抑制系統(tǒng)、柱后反應系統(tǒng)和全自動控制系統(tǒng)等。
一、流動相容器：
流動相容器通常由一個或多個聚乙稀或硬質玻璃瓶組成。
應經常清洗流動相容器和過濾頭，經常更換流動相。
二、高壓：
高壓的作用是將流動相以穩(wěn)定的流速或壓力輸送至色譜分離系統(tǒng)。高壓的穩(wěn)定性直接關系到分析結果的重現性和******性，是高效離子色譜儀的關鍵部件之一。高壓有恒壓泵和恒流泵，常用的有氣動放大泵、單柱塞往復泵、雙柱塞往復泵和往復式隔膜泵等。
三、進樣器：
進樣裝置有手動進樣器和自動進樣器。
四、色譜柱：
色譜柱是實現分離的核心部件，要求柱效高、柱容量大和性能穩(wěn)定。
標準柱內徑為4mm，小內徑柱內徑為2mm。柱長通常在50～100mm，比高效液相色譜柱短。柱內填充粒徑5～10μm的球形顆粒填料。
在微量離子色譜中也用到內徑為數十納米的毛細管柱（包括填充型和內壁修飾型）。
色譜柱是有方向的，安裝和更換時一定要注意。
高效離子色譜儀需用保護柱和恒溫裝置。
五、檢測器：
高效離子色譜中應用***多的檢測器是電導檢測器，其次是紫外可見光吸收檢測器、衍生化光度檢測器、安培檢測器、熒光檢測器和在高效液相色譜中幾乎不被重視的原子發(fā)射檢測器。
1、非抑制型電導檢測器：
高效離子色譜的分析對象和使用流動相都是離子型物質，不同離子溶液的導電性不同。電導檢測器的檢測信號與樣品中待測離子的濃度成正比。
非抑制型電導檢測是直接測定色譜柱流出物的電導。流動相中的離子主要是淋洗離子和與之平衡的反離子，其電導值稱為背景電導。進樣后，當待測組分通過檢測池時，測得的電導是淋洗液離子及與之平衡的反離子、待測離子及與之平衡的反離子共同的電導。非抑制型離子色譜使用流動相是低電導、濃度為數mmol/L的有機酸或有機酸鹽溶液，從色譜柱流出的溶液直接進入電導檢測器。當樣品加入后，樣品帶隨流動相到達色譜柱，待測組分在交換基團上與淋洗離子競爭，達到***初的離子交換平衡，被交換下來的淋洗離子和待測離子的反離子迅速通過色譜柱到達檢測器，在色譜圖上對應死體積（死時間）的位置出現一個稱為水跌的色譜峰（又稱水峰）。各待測組分在色譜柱中的保留不同，依次流出色譜柱，此時流動相中待測離子的濃度增加，同時有等摩爾的淋洗離子交換到固定相中，由于待測離子和淋洗離子的摩爾電導率不同，這時流動相的電導不同于背景電導，這種電導的變化以色譜峰的形式記錄下來。如果淋洗離子的摩爾電導率比待測離子小，則在色譜圖上出現正峰，陰離子通常是這種情況。
對于陽離子分析，陽離子交換色譜流動相中的淋洗離子一般是H+，其極限摩爾電導率（離子的摩爾電導率隨溶液濃度的變化而變化，在無限稀釋情況下，離子的摩爾電導率達到******值，此******摩爾電導率稱為極限摩爾電導率）遠比一般陽離子大，陽離子通常產生負峰。實際分析中，可通過改變電導檢測器的輸出極性，使負峰變成易于處理的正峰。很多體系中，在待測離子峰之后會出現一個系統(tǒng)峰。系統(tǒng)峰往往會給分離帶來負面影響，目前還無法******消除，一般可通過調節(jié)流動相pH值來抑制系統(tǒng)峰的大小和調節(jié)系統(tǒng)峰的出峰位置，使其對分析無干擾。
2、抑制型電導檢測器：
抑制型電導檢測離子色譜分析使用的是強電解質流動相，如分析陰離子用Na2CO3和NaOH，分析陽離子用稀硝酸和稀硫酸等。這類流動相的背景電導高，且待測離子以鹽的形式存在于溶液中，檢測靈敏度很低。為提高靈敏度，需用抑制器來降低流動相的背景電導和增加待測組分的電導。
***初使用的抑制器是抑制柱，目前使用較多的空心纖維管和微膜抑制器。常用的抑制器是通過連續(xù)輸送再生試劑使抑制器始終保持抑制功能，分析陰離子時通常用稀硫酸（10～20mmol/L）作再生試劑，分析陽離子時通常用稀NaOH溶液作再生試劑。
隨著離子色譜抑制技術的發(fā)展，無需使用再生試劑的自動再生電解抑制器已得到廣為應用。陰離子分析用的電解型陽離子抑制器的工作原理是將水電解生成H+和OHˉ，只有H+能通過陽離子交換膜進入流動相（NaOH水溶液）中，將NaOH中和，使流動相變成難離解的H2O，使背景電導降低，檢測靈敏度提高。電解型陰離子抑制器采用陰離子交換膜（只有OHˉ能通過），可抑制約100mmol/L的酸或堿流動相的背景電導。當用NaOH作流動相時，從抑制器中出來的流動相變成了純水，******可將通過檢測池后的流出液循環(huán)至抑制器再生室作電解水源。以強堿（如NaOH）作流動相的陰離子分析和以強酸（如HCl）作流動相的陽離子分析占高效離子色譜分析的大部分，自動再生電解抑制器的應用價值很大。
自動再生電解抑制器在操作上非常方便，可用于梯度洗脫。
六、數據處理系統(tǒng)：
常用數據處理系統(tǒng)有色譜數據處理機和色譜工作站。
******節(jié) 高效離子色譜儀實驗技術
一、溶劑和樣品的預處理：
1、去離子水的制備：
高效離子色譜分析所用水應是經過蒸餾的去離子水，通常稱為重蒸去離子水或二次蒸餾水。
2、流動相的配制和過濾：
配制流動相時一定要用重蒸去離子水，以防離子污染。配制好的流動相要用0.45μm以下孔徑的濾膜過濾，防止流動相中有固體小顆粒堵塞流路。流動相放置一段時間后可能會因微生物的作用而出現絮狀物，因此，流動相一次不能配制太多，******現配現用。
3、流動相的脫氣：
流動相在過濾之后要進行脫氣。
4、樣品的預處理：
樣品的預處理方法有很多種，常用的有液液萃取、固相萃取、微滲析、超濾和超臨界流體萃取等。高效離子色譜中的樣品溶液和標準溶液的配制一般都要用重蒸去離子水，配制好的樣品溶液和標準溶液也都要用0.45μm以下孔徑的濾膜過濾。樣品溶液和標準溶液放置時間不宜過長，******現配現用。
二、分離和檢測方式的選擇：
分析前首先應了解待測化合物的分子結構和性質以及樣品的基體情況，如是無機還是有機離子、是酸還是堿、是親水還是疏水、離子的電荷數、是否為表面活性化合物等。待測離子的疏水性和水合能是決定選用何種分離方式的主要因素。
水合能高和疏水性弱的離子，如Clˉ和K+，******選用離子交換色譜分離。
水合能低和疏水性強的離子，如高氯酸（ClO4ˉ）和四丁基銨，******選用親水性強的離子交換色譜分離。
有一定疏水性，也有明顯水合能的pKa = 1～7的離子，如乙酸鹽和丙酸鹽，******選用離子排斥色譜分離。
有些離子，既可用陰離子交換色譜分離，也可用陽離子交換色譜分離，如氨基酸和生物堿等。
無紫外或可見光吸收以及強離解的酸和堿，******選用電導檢測器檢測。
具有電化學活性和弱離解的離子，******選用安培檢測器檢測。
離子本身或通過柱后衍生化反應后的絡合物在紫外或可見光區(qū)有吸收，******選用紫外可見光吸收檢測器檢測。
能產生熒光的離子和化合物，******選用熒光檢測器檢測。
三、色譜參數的優(yōu)化：
高效離子色譜分析中色譜參數的優(yōu)化是通過改變各種色譜參數來提高分離度、縮短分析時間和提高檢測靈敏度等。
1、提高分離度：
（1）稀釋樣品：
若待測離子之間的濃度相差較大，而且與固定相的親和力差異很大，提高分離度的***簡單方法是稀釋樣品。因為若樣品濃度較大，某些組分可能會出現平頭峰（柱超載）或峰很寬且拖尾，覆蓋某些濃度較小的組分，使分離度下降。稀釋樣品可比較明顯地改變這種狀況，使樣品之間得到較好的分離。
（2）改變分離和檢測方式：
若待測離子與固定相的親和力相近或相同，樣品稀釋的效果常常不好。對于這種情況，除了選擇適當的流動相，還應選擇適當的分離和檢測方式。
如ClO4ˉ的疏水性大于NO3ˉ，在離子對色譜上很容易分開。
如NO2ˉ和Clˉ在陰離子交換柱上的保留時間相近，常見樣品中的Clˉ濃度又遠大于NO2ˉ，使分離更加困難。但NO2ˉ的紫外吸收強，而Clˉ很弱，實際分析中用UVD測定NO2ˉ，用電導檢測器測定Clˉ，可很好地解決這個問題。
（3）選擇適當的淋洗液：
淋洗液通常是電解質，在溶液中離解成陰離子和陽離子，對分離起實際作用的離子稱為淋洗離子。如用Na2CO3水溶液作流動相分離無機陰離子時，Na2CO3是淋洗劑，CO32ˉ是淋洗離子。
選擇淋洗液的基本原則是淋洗離子能從交換位置置換出待測離子。但在實際分析中，當樣品中強保留離子和弱保留離子共存時，如果選擇與保留***強的離子的親和力接近的的淋洗離子，往往有些弱保留離子會很快流出色譜柱，不能達到分離的目的。因此，合適的淋洗液應根據樣品的組成通過實驗進行選擇。
高效離子色譜中，可通過加入不同的淋洗液添加劑來改善選擇性。淋洗液添加劑只影響樹脂和待測離子之間的相互作用，減少樹脂對疏水性離子的吸附，而不影響離子交換。對與樹脂親和力較強的離子如Iˉ、ClO4ˉ、苯甲酸和三乙胺等，在淋洗液中加入適量極性的有機溶劑如甲醇或乙腈等，可縮短這些組分的保留時間并改善峰形的不對稱性。又如測定1%NaCl中的痕量Iˉ和SCNˉ時，加入對氰酚占據樹脂對 Iˉ和SCNˉ的吸附位置，可減少峰拖尾，增加檢測靈敏度。
淋洗液pH值決定待測組分的離解程度，是影響分離度較大的因素。對于硅膠基質的鍵合固定相，淋洗液pH 值應為2～7.5。在離子對色譜中，有時緩沖溶液離子可能與離子對試劑結合，其濃度不宜過高，通常為1～5mmol/L。
2、縮短分析時間：
縮短分析時間與提高分離度有時是相互矛盾的。在能得到較好分離結果的前提下分析時間越短越好。為了縮短分析時間，常采用減小分離柱容量、增加淋洗液流速、增加淋洗液強度和梯度洗脫等方法。
減小分離柱容量或用短柱可明顯的縮短分析時間，但用短柱時，有時要選用稍弱的淋洗液，否則可能會導致分離不好。
增加淋洗液流速可縮短分析時間，但流速的增加受系統(tǒng)所能承受的******壓力限制，而且流速的改變可能對分離度產生很大影響，如對Brˉ和NO2ˉ的分離。
增強淋洗液強度可加速離子的淋洗，縮短分析時間，但弱保留和中等保留的離子會在很短的時間內一起出峰，使分離度下降，甚至出現峰重疊現象。對于這種情況，可采用梯度洗脫，這樣既能縮短分析時間，又能使各組分得到良好分離。
3、提高檢測靈敏度：
（1）將檢測器的靈敏度設置在較高靈敏度檔：
這是提高檢測靈敏度***簡單的方法，但同時也增大了基線噪聲。因此，這種方法一般很少使用。
（2）增加進樣量：
高效離子色譜中，為了提高檢測靈敏度，可采用大體積進樣。但進樣量不能無限制的增加，其上限取決于保留時間***短的色譜峰與死體積（水峰）之間的時間。
（3）選用濃縮柱：
對于較清潔樣品中痕量組分的測定，采用此法效果較好。
使用濃縮柱時一定不能使分離柱超負荷。
（4）使用小內徑柱：
高效離子色譜常用的標準柱內徑為4mm，小內徑柱內徑為2mm。這樣在小內徑柱中進同樣質量的樣品，將在檢測器中產生4倍于標準柱的信號，從而增加了檢測靈敏度，同時減少了淋洗液的消耗。
四、定性和定量方法：
1、定性方法：
高效離子色譜的定性方法與高效液相色譜類似，主要采用標準物質對照定性和高效離子色譜與質譜聯用來******定性。
2、定量方法：
高效離子色譜的定量方法與其它色譜類似，主要采用標準曲線法定量（一點或多點）。
五、日常維護：
離子色譜柱能承受的壓力比較小，使用時要特別小心。
離子色譜柱的固定相很容易被有機溶劑或其它極性物質破壞，使用時也要特別小心，對不確切的未知樣品應弄清楚后再分析。
高效離子色譜分析對水的要求特別高，應用重蒸去離子水配制流動相、樣品溶液和標準溶液。
電導檢測器***害怕的是電導池被樣品和流動相玷污，使用過程中一定要******流動相、樣品溶液和標準溶液都比較干凈。
