離子色譜儀可以檢測哪些離子

離子色譜儀可以檢測哪些離子？今天鑠思百檢測小編整理了相關(guān)知識，希望能幫到大家。我們先來關(guān)于離子色譜儀的原理介紹。

一、離子色譜儀介紹：

離子色譜，簡稱IC（Ion Chromatography），是分析陰離子和陽離子的一種液相色譜。

作為近20年來發(fā)展最快的技術(shù)之一，離子色譜的應(yīng)用已滲透到眾多領(lǐng)域。應(yīng)用范圍從分析水中常見陰、陽離子和有機(jī)酸，發(fā)展到分析極性化合物、氨基酸、糖、重金屬和過渡金屬及不同氧化態(tài)。^[1]作為一種有效的痕量分析手段，由于其具有簡便、高效、高靈敏度和重現(xiàn)好的特點(diǎn)，離子色譜已在許多領(lǐng)域代替了傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法，如蒸氣鍋中痕量Fe³⁺、Fe²⁺、Na⁺、K⁺等離子分析，已經(jīng)廣泛采用離子色譜法。同時(shí)，還可以分析氰化物、不同價(jià)態(tài)的鉻、二氧化硅、部分重金屬，有機(jī)酸類。對于水處理中常用的混凝劑Al和Fe的殘留濃度也能準(zhǔn)確測定。

另外，離子色譜在環(huán)境、食品、衛(wèi)生、石油開發(fā)、石油化工、高純水和水文地層方面也已得到廣泛應(yīng)用^[2]。經(jīng)過多年的應(yīng)用發(fā)展，離子色譜已逐漸被國內(nèi)外分析領(lǐng)域所接受，并被一些國際上有影響的機(jī)構(gòu)確定為標(biāo)準(zhǔn)分析方法或推薦方法，成為了一種很有發(fā)展前途的分析工具。

作為液相色譜中的一個(gè)重要分支，離子色譜具有以下特點(diǎn)：

（1）快速方便：對7種常見陰離子（F^-、Cl^-、Br^-、NO^2-、NO^3-、SO4^2-、PO₄^3-）和6種常見陽離子（Li⁺、Na⁺、NH⁴⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺）的平均分析時(shí)間已分別小于8 min。用高效快速分離柱對上述7種最重要的常見陰離子的基線分離只需3 min。

（2）靈敏度高：離子色譜分析的濃度范圍為1 μg/L至數(shù)百mg/L。采用電導(dǎo)檢測，直接進(jìn)樣量約為25 μL，且對常見陰離子的檢出限小于10 μg/L。

（3）選擇性好：IC法分析無機(jī)和有機(jī)陰、陽離子的選擇性可通過選擇恰當(dāng)?shù)姆蛛x方式、分離柱和監(jiān)測方法來達(dá)到。與HPLC相比，IC中固定相對選擇性的影響較大。

（4）可同時(shí)分析多種離子化合物：與光度法、原子吸收法相比，IC的主要優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)檢測樣品中的多種成分，只需很短的時(shí)間就可得到陰、陽離子以及樣品組成的全部信息。

（5）分離柱的穩(wěn)定性好、容量高：與HPLC中所用的硅膠填料不同，IC柱填料的高PH值穩(wěn)定性允許用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿作淋洗液，有利于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

二、離子色譜儀基本結(jié)構(gòu)：

離子色譜儀主要由淋洗液系統(tǒng)、色譜泵系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、流路系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、化學(xué)抑制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，如圖1。

圖1 離子色譜儀的組成

（1）淋洗液系統(tǒng)

離子色譜儀常用的分析模式為離子交換電導(dǎo)檢測模式，主要用于陰離子和陽離子的分析。常用陰離子分析淋洗液有OH根體系和碳酸鹽體系等，常用陽離子分析淋洗液有甲烷磺酸體系和草酸體系等。淋洗液的一致性是保證分析重現(xiàn)性的基本條件。為保證同一次分析過程中淋洗液的一致性，在淋洗液系統(tǒng)中加裝淋洗液保護(hù)裝置，可以將進(jìn)入淋洗液瓶的空氣中的有害部分吸附和過濾，如CO₂和H₂O等。

（2）色譜泵系統(tǒng)：

離子色譜的淋洗液為酸、堿溶液，與金屬接觸會(huì)對其產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。如果選擇不銹鋼泵頭，腐蝕會(huì)導(dǎo)致色譜泵漏液、流量穩(wěn)定性差和色譜柱壽命縮短等。離子色譜泵頭應(yīng)選擇全PEEK材質(zhì)（色譜柱正常使用壓力一般小于20 MPa）。色譜泵類型包括單柱塞泵和雙柱塞泵，雙柱塞泵又包括串聯(lián)雙柱塞泵和并聯(lián)雙柱塞泵。

（3）分離系統(tǒng)：

分離系統(tǒng)是離子色譜的重要部件，也是主要耗材。分離系統(tǒng)包括預(yù)柱、保護(hù)柱和分析柱。預(yù)柱又稱在線過濾器，PEEK材質(zhì)，主要作用是保證去除顆粒雜質(zhì)；保護(hù)柱與分析柱填料相同，消除樣品中可能損壞分析住填料的雜質(zhì)。如果不一致，會(huì)導(dǎo)致死體積增大、峰擴(kuò)散和分離度差等；分析柱主要功能是有效分離樣品組分。

（4）化學(xué)抑制系統(tǒng)：

抑制系統(tǒng)是離子色譜的核心部件之一，主要作用是降低背景電導(dǎo)和提高檢測靈敏度。抑制器的好壞關(guān)系到離子色譜的基線穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和靈敏度等關(guān)鍵指標(biāo)，包括柱-膠抑制、離子交換膜抑制和電解自再生膜抑制等。

柱-膠抑制采用固定短柱或現(xiàn)場填充抑制膠進(jìn)行抑制，不同的抑制柱交替使用，屬于間歇式抑制；離子交換膜抑制采用離子交換膜，利用離子濃度滲透的原理進(jìn)行抑制。但需要配制硫酸再生液，系統(tǒng)需要配置氮?dú)饣騽?dòng)力裝置；電解自再生膜抑制則是利用電解水產(chǎn)生的媒介離子配合離子交換膜進(jìn)行抑制，一般情況下是最佳選擇。

（5）檢測系統(tǒng)

離子色譜最基本和常用的檢測器是電導(dǎo)檢測器，其次是安培檢測器。電導(dǎo)檢測器包括四極電導(dǎo)檢測器和五極電導(dǎo)檢測器等，是基于極限摩爾電導(dǎo)率應(yīng)用的檢測器，主要用于檢測無機(jī)陰陽離子、有機(jī)酸和有機(jī)胺等。

四極電導(dǎo)檢測器指在流路上設(shè)置四個(gè)電極，在電路設(shè)計(jì)中維持兩測量電極間電壓恒定，不受負(fù)載電阻、電極間電阻和雙電層電容變化的影響，具有電子抑制功能（陽離子檢測支持直接電導(dǎo)檢測模式）。五極電導(dǎo)檢測器則是在四極電導(dǎo)檢測模式中加一個(gè)接地屏蔽電極，極大提高了測量穩(wěn)定性，在高背景電導(dǎo)下仍能獲得極低的噪聲，具有電子抑制功能（陽離子檢測支持直接電導(dǎo)檢測模式）。

安培檢測器分為直流安培檢測模式、脈沖安培檢測模式等，是基于測量電解電流大小為基礎(chǔ)的檢測器，主要用于檢測具有氧化還原特性的物質(zhì)。

其中，直流安培檢測模式主要用于抗壞血酸、溴、碘、氰、酚、硫化物、亞硫酸鹽、兒茶酚胺、芳香族硝基化合物、芳香胺、尿酸和對二苯酚等物質(zhì)的檢測。脈沖安培檢測模式則主要用于醇類、醛類、糖類、胺類（一、二、三元胺，包括氨基酸）、有機(jī)硫、硫醇、硫醚和硫脲等物質(zhì)的檢測。

三、離子色譜儀的工作原理：

離子色譜儀的工作過程是：輸液泵將流動(dòng)相以穩(wěn)定的流速(或壓力)輸送至分析體系，在色譜柱之前通過進(jìn)樣器將樣品導(dǎo)入，流動(dòng)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(dòng)相流至檢測器，抑制型離子色譜則在電導(dǎo)檢測器之前增加一個(gè)抑制系統(tǒng)，即用另一個(gè)高壓輸液泵將再生液輸送到抑制器，在抑制器中，流動(dòng)相的背景電導(dǎo)被降低，然后將流出物導(dǎo)入電導(dǎo)檢測池，檢測到的信號送至數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄、處理或保存，如圖2所示。

圖2 典型離子色譜儀的工作流程圖

分離的原理是基于離子交換樹脂上可離解的離子與流動(dòng)相中具有相同電荷的溶質(zhì)離子之間進(jìn)行的可逆交換和分析物溶質(zhì)對交換劑親和力的差別而被分離。離子色譜主要適用于親水性陰、陽離子的分離。分離機(jī)理主要是離子交換，細(xì)分起來有3種分離方式：高效離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜（HPIEC）和離子對色譜（MPIC）。

三種分離方式的柱填料的樹脂骨架基本都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但樹脂的離子交換功能基和容量各不相同。HPIC用低容量的離子交換樹脂，HPIEC用高容量的樹脂，MPIC用不含離子交換基團(tuán)的多孔樹脂。3種分離方式各基于不同分離機(jī)理。HPIC的分離機(jī)理主要是離子交換，HPIEC主要為離子排斥，而MPIC則是主要基于吸附和離子對的形成。

高效離子交換色譜：應(yīng)用離子交換的原理，采用低交換容量的離子交換樹脂來分離離子，這在離子色譜中應(yīng)用最廣泛，其主要填料類型為有機(jī)離子交換樹脂，以苯乙烯二乙烯苯共聚體為骨架，在苯環(huán)上引入磺酸基，形成強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂，引入叔胺基而成季胺型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，此交換樹脂具有大孔或薄殼型或多孔表面層型的物理結(jié)構(gòu)，以便于快速達(dá)到交換平衡。離子交換樹脂耐酸堿可在任何pH范圍內(nèi)使用，易再生處理、使用壽命長，缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差、易溶易脹、受有機(jī)物污染。離子交換色譜是最常用的離子色譜。

離子排斥色譜：主要根據(jù)Donnon膜排斥效應(yīng)，電離組分受排斥不被保留，而弱酸則有一定保留的原理，制成離子排斥色譜主要用于分離有機(jī)酸以及無機(jī)含氧酸根，如硼酸根碳酸根和硫酸根有機(jī)酸等。它主要采用高交換容量的磺化H型陽離子交換樹脂為填料，以稀鹽酸為淋洗液。

離子對色譜：固定相為疏水型的中性填料，可用苯乙烯二乙烯苯樹脂或十八烷基硅膠(ODS)，也有用C8硅膠或CN，而流動(dòng)相則由含有所謂對離子試劑和含適量有機(jī)溶劑的水溶液組成。對離子是指其電荷與待測離子相反，并能與之生成疏水性離子。對于化合物的表面活性劑離子，用于陰離子分離的對離子是烷基胺類，如十六烷基三甲烷等，用于陽離子分離的對離子是烷基磺酸類，

如己烷磺酸鈉、庚烷磺酸鈉等。對離子的非極性端親脂，極性端親水，其CH₂鍵越長則離子對化合物在固定相的保留越強(qiáng)。在極性流動(dòng)相中，往往加入一些有機(jī)溶劑，以加快淋洗速度，此法主要用于疏水性陰離子以及金屬絡(luò)合物的分離。