离子色谱基础培训

离子色谱基本原理及概述

什么是离子色谱 ? 利用色谱技术测定离子型物质的方法 色谱 : 用于分析的一种分离技术 色谱 : 用于分析的一种分离技术 离子型物质 : 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＋

色谱 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) ＩＣ (主要分离极性和部分弱极性的化合物) 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)

色谱分离 慢 中等 快 淋洗液 Temporal course

离子色谱 (IC) 是 1975 由H.Small 等人.（Dow chemical)首次提出 许多国家将离子色谱法作为标准方法 用于测定氯离子和硫酸根 许多国家将离子色谱法作为标准方法 中国 ： GB 饮用天然矿泉水水检试方法, ； 工业循环冷却水中阴、阳离子的测试方 法 等… 。 美国　： USEPA （US Env. Protect Agency）， ASTM （America Society for Testing and Materials），　 ＩＳＯ （International Organization for Standardization）

应用领域 领域 应用 样品 环境. / 污染 雨水/河水/ 大气/ 污水 雨水中离子 城市用水 自来水 / 水源 自来水中消毒副产物 环境. / 污染 雨水/河水/ 大气/ 污水 雨水中离子 城市用水　 　　 自来水 / 水源　　　　 　　　 自来水中消毒副产物 化学品 　　 设备提取物 / 聚合物　 　 环氧类粘合剂中的阴离子 电子 / 半导体　 高纯水・ 晶片冲洗水　　　 　高纯水中的离子型杂质 金属 / 钢材　 　 　 表面处理液・镀 槽 ・冷却水 电镀 槽中的抗坏血酸 农业　 　　 肥料 /土壤 / 植物 /等 　　　 土壤中离子 医学　　 　　　血液 / 尿　　　　　　　　　　 　　 尿中草酸 化妆品 化妆品 / 清洁剂/ 洗发液　 　化妆品液体中的阴离子 制药 化学 / 液体　　　　 　　 化学品中的重金属 电力　　 　 冷却水 / HPW 锅炉蒸汽中的杂质 食品 / 饮料　　 酒 / 饮料/ 糖果 饮料中有机酸 造纸. /纸浆 　纸浆液・处理水　 　　 张纸和液体中的离子

离子色谱的基本流程图 淋洗液 色谱柱 检测池 进样阀 泵液 分离 检测 记录 进样 泵 抑制器 检测器 F- Cl- NO2- NO3- SO42- Cl- NO2- Br- HPO42- 进样阀 抑制器 泵 检测器 泵液 分离 检测 记录 进样

离子色谱的特点(戴安产品) 不同的操作者都可得到好的样品分析重现性 经过稀释、过滤后可以测定多种样品 经过稀释、过滤后可以测定多种样品　　　　　　　　　　　　　 　 多价态可氧化元素（NO2- & NO3-, SO32-&SO42- etc.）, 可单独测定某种离子.（通常为同时测定)

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)

定量环进样 装样 开始分析 废液 样品 淋洗液 至分离柱 （ＬＯＡＤ） 进样阀 （ＩＮＪＥＣＴ） 淋洗液 废液 样品 至分离柱 样品环

分离的方式 离子交换 ： 离子价态和离子半径 离子排斥 ： 离解常数 和疏水性 离子对 (RP) ： 对离子对试剂的亲和力 反相 ： 疏水性 离子交换 ： 离子价态和离子半径 离子排斥 ： 离解常数 和疏水性 离子对 (RP) ： 对离子对试剂的亲和力 离子对化合物的疏水性 离子抑制 (RP) ： 在特定 pH下的疏水性 反相 ： 疏水性

离子交换分离机理 Temporal course ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ Ｃｌ－ ＋ Temporal course ＣＯ３２－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ Ｃｌ－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－ ＋ ＣＯ３２－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＋ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＳＯ４２－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－

阴离子交换树脂 (乳胶型） ＋ Ｎ＋Ｒ３ ＳＯ３－ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ ＳＯ３－ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ ＳＯ３－ Ｎ＋Ｒ３ ５μm

阳离子交换树脂 (接枝型) ＣＯＯ－ ＨＰＯ３－ ＣＯＯ－ ＣＯＯ－ ＨＰＯ３－ ＣＯＯ－ ＣＯＯ－ ＨＰＯ３－ ＨＰＯ３－ ＣＯＯ－

分离阴离子 Column ： IonPac AG12A / AS12A Eluent ： 2.7mM Na2CO3 0.3mM NaHCO3 Flow rate： 1.2mL/min Detection： Conductivity (ASRS Recycle mode) 8 F- NO3- SO42- Cl- NO2- Br- HPO42- mS 2 4 6 8 10 12 14 16 Retention time(min)

分离阳离子 Column : IonPac CS12A, CG12A Eluent : 20 mM Methanesulfonic acid Flow rate : 1.0 mL/min Detection : Conductivity （CSRS Recycle mode) 4 Na+ NH4+ K+ Mg2+ Ca2+ 3 µS 2 1 2 4 6 8 10 12 14 Retention time (min)

检测方式 电导 电化学(安培法) 紫外－可见光度法 荧光法 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 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

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 至检测池 电极 检测池 溶液

抑制器的作用 废液 (700μS) NaF,NaCl,NaNO3 Na2HPO4,Na2SO4 NaF NaCl NaNO3 Na2HPO4 Back Ground： Na2CO3 / NaHCO3 (700μS) NaF,NaCl,NaNO3 Na2HPO4,Na2SO4 ～ Retention time Conductivity NaF NaCl NaNO3 Na2HPO4 Na2SO4 Back Ground： Na2CO3 / NaHCO3 (700μS) ～ Retention time Conductivity 废液 HF HCl HNO3 H3PO4 H2SO4 Retention time Back Ground： H2CO3 (15μS) Conductivity

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-　　　　　　H2CO3 Na+,　OH-　　　　　H2O

极限摩尔电导值 Total conductivity ＝ （ ） ＋ （ ） Cation Anion Ｌｉ＋ Ｎａ＋ Ｋ＋ ＮＨ４＋ （unit：μS/m equivalent） Cation ＋ － Anion Ｈ＋ Ｌｉ＋ Ｎａ＋ Ｋ＋ ＮＨ４＋ Ｍｇ ２＋ Ｃａ２＋ ３５０ ３９ ５０ ７４ ７３ ５３ ６０ ＯＨ－ Ｆ－ Ｃｌ－ Ｂｒ－ ＮＯ３－ ＰＯ４３－ ＳＯ４２－ １９８ ５５ ７６ ７８ ７１ ８０ Total conductivity ＝ （ ） ＋ （ ） ＋ －

抑制器的结构 再生液格网 离子交换膜 淋洗液格网 离子交换膜 再生液格网 电极＋ 电极 － 自分离 柱 检测池或再生液 瓶 排放 至检 测 池 再生液格网 离子交换膜 淋洗液格网 离子交换膜 再生液格网 电极　－

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 阳离子交换膜 至检测器 阳离子交换膜 纯水或来自检 测器的流体 X-: 样品中的阴离子 Y+: 样品中的阳离子 废液 电极 （＋） H+ + O2 H2O H2 + OH- H+ H+ Na+OH- , H2 H2O , O2 H2O 阳离子交换膜 H2O Na+ Y+ X- Na+ CO32- (样品, 淋洗液) H+ H+ + CO32- H+ + X- 至检测器 H2CO3 H+X- Na+ Y+ Y+ Na+ 阳离子交换膜 OH- H2O 电极 （－）

抑制器的工作原理 (阳离子) X-: 样品中的阴离子 Y+: 样品中的阳离子 阴离子交换膜 阴离子交换膜 H+ + OH- 至检测器 纯水或来自检测器的液体 废液 / 气体 X-: 样品中的阴离子 Y+: 样品中的阳离子 电极 （＋） OH- MSA- SO42- X- H+ H+ + O2 H2O H2 + OH- H+ MSA- , O2 H2O, H2 H2O 阴离子交换膜 MSA- SO42- X- H2O SO42- Y+ X- H+ MSA- (样品e, 淋洗液） H+ + OH- Y+ + OH- 至检测器 H2O Y+OH- 阴离子交换膜 OH- 废液 H2O 电极 （－）

循环再生模式流程图 淋洗液 反压管 柱 检测池 进样阀 电源 泵 抑制器 废液

外加水模式流程图 溶離液 纯水 废液 加压 反压管 柱 检测池 进样阀 电源 抑制器 泵 废液

化学再生模式流程图 溶離液 再生液 加压 废液 柱 检测池 进样阀 抑制器 泵 废液

电导检测 （ 样品：饮用水） Column ： IonPac AG12A / AS12A Eluent ： 2.7mM Na2CO3 0.3mM NaHCO3 Flow rate： 1.2mL/min Detection： Conductivity (ASRS Recycle Mode) 5.0 10.0 15.0 20.0 uS F- Cl- NO3- SO4- 5.00 10.00 15.00 Retention time(min)