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离子色谱基础培训
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离子色谱基本原理及概述
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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+
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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)
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色谱分离 慢 中等 快 淋洗液 Temporal course
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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)
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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
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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
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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)
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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)
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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
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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
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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-
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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
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阳离子交换树脂 (接枝型) COO- HPO3- COO- COO- HPO3- COO- COO- HPO3- HPO3- COO-
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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)
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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)
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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
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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
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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
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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
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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 = ( ) + ( ) + -
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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 -
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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 (-)
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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 (-)
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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
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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
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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
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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)
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