离子色谱的定性定量分析
张海鸥

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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
至分离柱 样品环
至分离柱
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+, ClH+, Cl减少噪音 Na+, HCO3H2CO3
降低背景电导 (淋洗液) :
Na+,
OH-
H2O
抑制器的作用
NaF,NaCl,NaNO3 Na2HPO4,Na2SO4
Back Ground： Na2CO3 / NaHCO3

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 5~6psi。 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 1~2 次，每次冲洗 1~2 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。
ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－
Ｃｌ－
＋ ＨＣＯ３－ ＋ ＣＯ３２－ ＳＯ４ ＋ ＋ ＨＣＯ３－ ＋ ＣＯ３２－ ＋ ＋ ＨＣＯ３－ ＋ ＨＣＯ３－ ＋ ＨＣＯ３－ ＋ ＋ ＣＯ３２－
ＣＯ３２－
ＳＯ４２－ ＨＣＯ３－
ＨＣＯ３－
抑制器的工作原理 (阴离子)
废液
X-: 样品中的阴离子 Y+: 样品中的阳离子
Conductivity Conductivity
～ ～
(700μS)
Retention time
NaF
NaCl
NaNO3 Na2HPO4
Na2SO4
～ ～
Back Ground： Na2CO3 / NaHCO3
(700μS)
Retention time
废液
HF HCl HNO3 H3PO4 H2SO4
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
淋洗剂强度

四硼酸钠
(Na2B4O7)


硼酸
氢氧根 碳酸氢根 碳酸根
(H3BO3)
(NaOH) (NaHCO3) (Na2CO3)
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。

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

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
Conductivity
Back Ground： H2CO3 (15μS) Retention time
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
溶液
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

色谱分离
淋洗液
离子色谱系统构成
淋洗淮贮 存罐 淋洗液输 送 泵
抑制器装置
抑制电导 检测 电导池
样品注射
保护柱 离子交换 分离 色谱工作站 分析柱
数据采集和仪 器控制
11811-02
ICS2000内部结构图
1. 淋洗液阀 2阀 6. 柱温箱(可选件) 7. 抑制器
有机磷化合物、氨基酸、肽、核酸、核甙酸、蛋白
质、 碱基、抗生素
离子色谱的分离方式
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
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。

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； 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
8. 电导池
9. 第二抑制器安装架 10. 屏幕亮度调节旋钮 11. 管路卡槽
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 检测
： ： 离子交换分离 电导检测（抑制型）
定量环进样
装样
（ＬＯＡＤ）
开始分析
进样阀
淋洗液
（ＩＮＪＥＣＴ）
淋洗液
废液 废液 样品
样品
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
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) – 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) 离子态物质 : 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＋ 有机化合物：有机酸、有机碱等
X-
H+ + OH-
H2O Y+OH-
OH
Y+ + OH-
至检测器
阴离子交换膜
废液 H2O, H2 OH OH
-
H2 + OH
-
H2O
H2 O
电极 （－）
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）
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

参数（1）：价态
待测离子的价态越高，保留越强； 例子：tms(NO3-) < tms(SO42-) 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

tms : F– < Cl– < Br– << I–