离子色谱样品前处理技术刘鹏 1233351 环境工程1.离子色谱基础知识1.1简介离子色谱是高效液相色谱的一种，是分析离子的一种液相色谱方法。

离子色谱主要是利用离子交换基团之间的交换，也即利用离子之间对离子交换树脂的亲和力差异而进行分离。

离子交换色谱柱的填料是阴、阳离子交换树脂，是在有机高聚物或硅胶上接枝有机季铵或磺酸基团。

常用的检测器是电导检测器。

离子色谱主要用于阴阳离子的分析，特别是阴离子的分析。

1.2原理离子色谱的分离机理主要是离子交换，有3种分离方式，它们是高效离子交换色谱（HPIC）、离子排斥色谱（HPIEC）和离子对色谱（MPIC）。

用于3种分离方式的柱填料的树脂骨架基本都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但树脂的离子交换功能基和容量各不相同。

HPIC用低容量的离子交换树脂，HPIEC用高容量的树脂，MPIC用不含离子交换基团的多孔树脂。

3种分离方式各基于不同分离机理。

HPIC的分离机理主要是离子交换，HPIEC主要为离子排斥，而MPIC则是主要基于吸附和离子对的形成。

1.3优点①快速、方便：对7种常见阴离子（F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、SO42-、PO43-）和6种常见阳离子（Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+）的平均分析时间已分别小于8min。

用高效快速分离柱对上述7种最重要的常见阴离子达基线分离只需3min。

②灵敏度高：离子色谱分析的浓度范围为低μg／L（1～10μg／L）至数百mg／L。

直接进样（25μL），电导检测，对常见阴离子的检出限小于10μg／L。

③选择性好：IC法分析无机和有机阴、阳离子的选择性可通过选择恰当的分离方式、分离祝贺监测方法来达到。

与HPLC相比，IC中固定相对选择性的影响较大。

④可同时分析多种离子化合物：与光度法、原子吸收法相比，IC的主要优点是可同时检测样品中的多种成分。

只需很短的时间就可得到阴、阳离子以及样品组成的全部信息。

⑤分离柱的稳定性好、容量高：与HPLC中所用的硅胶填料不同，IC柱填料的高pH值稳定性允许用强酸或强碱作淋洗液，有利于扩大应用范围。

2．国外测无机阴离子的标准方法（以EPA标准方法为例）2.1EPA方法300.0 离子色谱测定无机阴离子(1993年八月，修订版2.2)2.1.1应用范围（1）可测定的阴离子包括A部分：溴离子，氯离子，氟离子，硝酸根，亚硝酸根，磷酸根，硫酸B部分：溴酸根，亚氯酸根，氯酸根（2）基体包括：饮用水，地表水，民用水和工业废水，地下水，试剂用水，固体浸出液2.1.2方法要点:（1）小量样品，一般2-3mL注入离子色谱，阴离子采用一个系统含有保护柱，分离柱，抑制器和电导检测器进行分离和检测。

（2）A部分和B部分的差异分离柱和保护柱的不同。

（3）固体样品必须经过一萃取过程2.1.3建议的色谱条件（1）方法A：Dionex AS4A分离柱；方法B：Dionex AS9分离柱（2）抑制器装置：Dionex Anion MicroMembrane Suppressor（3）检测器：Dionex-电导池死体积约为1.25μL（4）淋洗液：A-1.7mM碳酸氢钠和1.8mM碳酸钠（5）再生液：0.025N硫酸2.2 EPA方法9056A 离子色谱法测定无机阴离子(1999年九月,草稿修订1)2.2.1应用范围（1）用于同时水样如饮用水、废水、固体的水提取液、和爆炸燃烧后固体废物的水提取液中测定氯离子、氟离子、溴离子、硝酸根、亚硝酸根、磷酸根和硫酸根。

（2）50μL进样量可用于测定0.002-0.02 mg/L氟离子、溴离子、氯离子、硝酸根、亚硝酸根、磷酸根和硫酸根。

最大柱负载(总的阴离子浓度不超过500ppm)。

高浓度样品必须稀释。

2.2.2方法要点（1）小体积样品，一般2至3 mL,注射进入离子色谱冲洗并充满一定量的样品管。

样品注入碳酸钠-碳酸氢钠的流路。

（2）样品液经两根不同的离子交换柱(预柱或保护柱和分离柱为强碱性阴离子交换树脂)，然后抑制器装置并进入电导检测器。

离子在柱床上被分离，抑制器是一种离子交换装置，用于减少淋洗液的背景电导，而被分离的阴离子以它们的酸形式通过电导检测池被测定。

阴离子根据对照它们与标准物质的保留时间来定性。

通过峰高或峰面积对照已知标准的校正曲线来测定。

2.2.3建议的仪器和色谱条件（1）离子色谱仪流量范围在1至5mL/min，压力为1000至4000 psi(6.5至27.5 MPa).进样阀的样品环为25至100μL。

（2）预柱或保护柱为Dionex IonPac AG4ASC 4 x 250 mm，P/N 43175, 或类似产品。

（3）分离柱为DionexIonPac AS4A-SC 4 x 250 mm,P/N 43174, 或类似产品。

（4）抑制器,能够转化淋洗液和被测阴离子为对应的配形(Dionex AMMS-II P/N 43074或ASRS Ultra P/N 53946, 或类似产品)。

（5）电导检测器,低死体积流路,有温度补偿,电导池(约 1.25-μL死体积,Dionex CD20, 或类似产品) 。

（6）泵的流量范围为1至5 mL/min,可耐受压力范围为1000至4000 psi (6.5至27.5 MPa)。

（7）淋洗液1.7mM碳酸钠/1.8mM碳酸氢钠,流速2.0mL/min。

（8）再生液25mM硫酸(Dionex AMMS-II P/N 43074)或循环模式ASRS Ultra P/N 53946。

（9）样量为50μL。

3.无机阴离子的国家标准方法3.1主题内容与适用范围3.1.1主题内容本标准规定了测定水中六种无机阴离子的离子色谱法。

3.1.2适用范围本标准适用于地表水、地下水、饮用水、降水、生活污水和工业废水等水中无机阴离子的测定。

3.1.3检出限当电导检测器的量程为10μS进样量为25μL时，无机阴离子的检出限如下：阴离子 F- Cl- NO2- NO3- HPO42- SO42-检出限(mg/L) 0.02 0.02 0.03 0.08 0.12 0.093.1.4干扰和排除3.1.4.1当水的负峰干扰F-或Cl-的测定时,可于100mL水样中加入1mL淋洗贮备液来消除水负峰的干扰。

3.1.4.2保留时间相近的两种阴离子,因浓度相差太大而影响低浓度阴离子的测定时,可用加标的方法测定低浓度阴离子。

3.1.4.3不被色谱柱保留或弱保留的阴离子干扰F-或Cl-的测定。

若这种共淋洗的现象显著，可改用弱淋洗液（0.005mol/LNa2B4O7）进行洗脱。

3.2定义本标准中无机阴离子是指F-、Cl-、NO2- 、NO3-、HPO42-和 SO42-3.3方法原理本标准采用阴离子交换分离柱分离无机阴离子（F-、Cl-、NO2- 、NO3-、HPO42-和 SO42）以碳酸钠--碳酸氢钠溶液为淋洗液，硫酸溶液为再生液，用电导检测器进行检测。

将样品的色谱峰与标准溶液中各离子的色谱峰相比较，根据保留时间定性，峰高或峰面积定量。

一次进样可连续测定六种无机阴离子。

3.4仪器与设备离子色谱仪(具电导检测器)；色谱柱;阴离子分离柱和阴离子保护柱；微膜抑制器或抑制柱；记录仪或积分仪；淋洗液和再生液贮存罐；微孔滤膜过滤器；预处理柱：预处理柱管内径为6mm，长90mm，上层填充吸附树脂（约30mm高），下层填充阳离子交换树脂,（约50mm高）。

3.5样品的采集与保存3.5.1水样采集后应经0.45μm微孔滤膜过滤$保存于清洁的玻璃瓶或聚乙烯瓶中。

3.5.2水样采集后应尽快分析，否则应在4摄氏度下存放，一般不加保存剂。

3.5.3样品的保存时间阴离子容器材质保存时间F-和Cl- 玻璃瓶 48小时聚乙烯瓶 1个月NO2- 玻璃瓶或聚乙烯瓶 48小时NO3- 玻璃瓶或聚乙烯瓶 24小时HPO42- 玻璃瓶 48小时SO42- 玻璃瓶或聚乙烯瓶 1个月3.6分析步骤3.6.1色谱条件淋洗液浓度：碳酸钠0.018mol/L-碳酸氢钠0.017mol/L再生液流速：根据淋洗液流速来确定，使背景电导达到最小值电导检测器：根据样品浓度选择量程进样量：25μL淋洗液流速：1.0~2.0mL/min3.6.2标准曲线的绘制根据样品浓度选择混合标准使用液Ⅰ或Ⅱ，配制5个浓度的混合标准溶液，测定其峰高（或峰面积）。

以峰高（或峰面积）为纵坐标，以离子浓度（mg/L）为横坐标，用最小二乘法计算标准曲线的回归方程。

3.6.3样品测定高灵敏度的离子色谱法一般用较稀释的样品，对未知的样品最好先稀释100倍后进样，再根据所得结果选择适当的稀释倍数。

对有机物含量较高的样品，应先用有机溶剂萃取除去大量有机物，取水相进行分析；对污染严重，成份复杂的样品，可采用预处理柱法同时去除有机物和重金属离子。

3.6.4空白试验以试验用水代替水样，经0.45μm微孔滤膜过滤后进行色谱分析。

3.6.5标准曲线的校准用标准样品对标准曲线进行校准。

3.7结果表示4.样品预处理方法4.1液体样品的前处理技术（1）液液萃取法：利用溶液中各组分在所选用的萃取剂中的溶解度差异，用液相萃取剂从溶液中提取出某种组分。

（2）顶空法（静态顶空，吹扫捕集法）：利用待测物的易挥发性，静态顶空法直接抽取样品顶空气体进行色谱分析，吹捕法利用载气尽量吹出样品中待测物后，用冷冻捕集或吸附剂捕集的方法来收集待测物。

（3）超临界流体萃取法：利用超临界流体密度高、黏度小、对压力变化敏感的特性，在超临界状态下萃取待测样品，通过减压、降温或吸附收集后分析。

（4）膜萃取：膜对待测物的吸附作用，先由高分子膜萃取样品中的待测物，再用气体或液体萃取高分子膜中的待测物。

（5）固相萃取：先用固相吸附剂吸附待测物，再用溶剂洗脱待测物。

（6）固相微萃取技术：利用待测物在样品及萃取涂层之间的分配平衡，将萃取纤维暴露在样品或其顶空真中萃取。

（7）液相微萃取法：包括大体积的水溶液及小体积的不溶于水的有机液液萃取，将疏水性的目标有机物转移到一滴有机溶剂中。

4.2固体样品的前处理技术（1）索氏提取法：利用溶剂回流及虹吸原理，使固体样品中目标物连续不断地被纯溶剂萃取，既节约溶剂，又提高萃取效率。

萃取前先将固体物质研碎（100-200目），以增加固液接触的面积。

然后将固体样品放在滤纸套内，置于提取器中，提取器的下端与盛有提取溶剂的圆底烧瓶相连，上面接回流冷凝管。

加热圆底烧瓶，使溶剂沸腾，蒸汽通过提取器的支管上升，被冷凝后滴入提取器中，溶剂和固体接触进行萃取，当溶剂液面超过虹吸管的最高处时，含有萃取物的溶剂虹吸回烧瓶，因而萃取出一部分物质，如此重复，使固体样品中目标物质不断为纯的溶剂所萃取，将萃取出的物质富集在烧瓶中。

（2）微波辅助萃取法：将微波技术和萃取技术相结合，利用极性分子可以迅速吸收微波能量的原理来加热一些极性溶剂，达到萃取样品中目标化合物、分离杂质的目的。