离子色谱的定性定量分析

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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),(主要分离非极性的有机化合物),(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：，2，,阳离子：，,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,11811-02,淋洗液阀,泄漏传感器,泵头,压力传感器,进样阀,柱温箱,(,可选件,),抑制器,电导池,第二抑制器安装架,屏幕亮度调节旋钮,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,（）,（）,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,+,HCO,3,-,H,2,CO,3,Na,+,OH,-,H,2,O,抑制器的作用,废,液,Back Ground,：Na,2,CO,3,/NaHCO,3,(700S),NaF,NaCl,NaNO,3,Na,2,HPO,4,Na,2,SO,4,Retention time,Conductivity,NaF,NaCl,NaNO,3,Na,2,HPO,4,Na,2,SO,4,Back Ground,：Na,2,CO,3,/NaHCO,3,(700S),Retention time,Conductivity,HF,HCl,HNO,3,H,3,PO,4,H,2,SO,4,Retention time,Back Ground,：H,2,CO,3,(15S),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,临时过程,离子交换分离机理,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,H,2,O,H,2,O,OH,-,K,+,Y,+,K,+,Y,+,X,-,OH,-,(,样品,淋洗液,),H,+,+,OH,-,H,+,+,X,-,至检测器,H,2,O,H,+,X,-,H,+,+O,2,H,2,O,H,2,+OH,-,H,2,O,K,+,OH,-,H,2,H,2,O,O,2,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,H,2,O,H,2,O,H,+,+O,2,H,2,O,H,2,+OH,-,H,2,O,废液/气体,废液,H,2,O SO,4,2-,Y,+,X,-,H,+,MSA,-,(,样品,e,淋洗液）,OH,-,OH,-,MSA,-,SO,4,2-,X,-,OH,-,MSA,-,SO,4,2-,X,-,H,+,MSA,-,O,2,H,2,O,H,2,H,+,+OH,-,Y,+,+OH,-,H,+,抑制器的工作原理(阳离子),至,检测器,H,2,O,Y,+,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：,t,ms,(NO,3,-,)t,ms,(SO,4,2-,),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,t,ms,:F,Cl,Br,I,参数（,3,）：极化程度,极化程度越强，保留时间越强,t,ms,(,硫酸根,),t,ms,(,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,(Na,2,B,4,O,7,),硼酸,(H,3,BO,3,),氢氧根,(NaOH),碳酸氢根,(NaHCO,3,),碳酸根,(Na,2,CO,3,),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,56psi,。,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,SRS Mode,设为,Off,。,5.,开启泵。,6.,待抑制器,Regent Out,处的管路中无气泡流出时将抑制器的,SRS Mode,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,program file,，参考软件说明书。,2,建立方法文件,method file,，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,SRS Mode,设为,Off,。待抑制器,Regent Out,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,12,次，每次冲洗,12,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。,