离子色谱（研究生学习课件）_73页.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,离子色谱,（研究生学习课件）,离子色谱的分离方式,根据三种不同分离机理，离子色谱可分为以下三种：,离子交换色谱（,HPIC,）,离子排斥色谱（,HPIEC,）,离子对色谱（,MPIC,）,离子色谱系统的,组成,IC,系统的构成与,HPLC,相同，仪器由流动相传送部分、分离柱、检测器和数据处理,四,个部分组成。,ICS-1500,离子色谱仪,免化学试剂（,RFIC),ICS-2000,离子色谱仪,ICS3000,型多功能离子色谱,离子交换色谱基本原理,HPIC,的分离机理主要是离子交换，,是基于离子交换树脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子之间进行的,可逆,交换,，依据这些,离子对交换剂（,固定相）,有不同的亲和力而被分离,，这是离子色谱的主要,分离方式，,用于亲水性阴、阳离子的分离,。,阳离子交换：,阴离子交换：,离子交换达到平衡状态时为可逆反应,1,离子交换选择性,离子交换色谱的固定相具有固定电荷的功能基，阴离子交换固定相的功能基一般是季胺基,(,树脂,-NR,3,+),；阳离子交换固定相一般为磺酸基,(,树脂,-SO,3,-,),。,在离子交换进行的过程中，样品离子与淋洗离子竞争固定相上的电荷位置，当固定相上的离子交换位置被样品离子置换时，由于样品离子与固定相电荷之间的,库仑力不同,，即亲和力不同，因此被固定相保留的程度不同。这种样品离子在淋洗液和树脂之间的置换，具有,不同的选择性,过程，是离子交换作为一种分离离子方法的关键，将使,样品离子以不同的速度流出柱子。,2,分配系数,K,D,分配系数,K,D,表示溶质在固定相和流动相中的浓度比，即,K,D,=Cs/Cm,，,Cs,和,Cm,分别表示溶质在固定相和流动相中的浓度。,IC,中用分配系数,K,D,来描述离子的色谱保留行为。不同离子分配系数的差异是色谱分离的基础。,影响溶质在两相间分配的主要因素：离子交换反应的选择性系数；离子交换剂的容量；流动相中电解质的浓度；淋洗离子和溶质离子的电荷；流动相的,PH,；流动相的络合反应。,阳离子、阴离子对固定相亲和力（保留时间）大小的顺序：,碱金属的亲和力顺序为：,Cs,+,Rb,+,K,+,Na,+,Li,+,碱土金属的亲和力顺序为：,Ba,2+,Sr,2+,Ca,2+,Mg,2+,卤素离子的亲和力顺序为：,I,-,Br,-,Cl,-,F,-,对无机和有机阴离子，一般是有机阴离子和一价无机阴离子先出峰，二价和三价的无机阴离子和有机酸后出峰，价数越高保留越强，出峰时间越长。（在特殊情况下，出峰顺序会发生变化）。,常见无机阴阳离子的出峰顺序：,F,-,、,Cl,-,、,NO,2,-,、,SO,4,2-,、,Br,-,、,NO,3,-,、,PO,4,3-,Li,+,、,Na,+,、,NH,4,+,、,K,+,、,Mg,2+,、,Ca,2+,淋洗液的组成,样品离子和淋洗离子必须有相近的亲和力，以便于分离和洗脱。,在离子色谱中，常用的淋洗液是阴离子分析：氢氧化物、硼酸盐、碳酸盐等。阳离子分析：硫酸、甲基磺酸等。用不同的淋洗液有不同的选择性。,Cl,-,和,SO,4,2-,对固定相具有不同的亲和力。,SO,4,2-,被较强地保留并且在,Cl,-,之后洗脱。,Na,+,和,Ca,2+,对固定相具有不同的亲和力。,Ca,2+,比,Na,+,较强地被保留，在较长时间时被洗脱，易于与,Na,+,分离。,与高效液相色谱不同的是：,离子色谱有抑制器和电导检测器,离子色谱用的管路、阀门、泵、柱子及接头等要求耐酸碱腐蚀，为匹克（,PEEK,）材料全塑系统。,离子色谱的流动相一般是酸、碱和缓冲溶液或者含有少量的有机试剂（甲醇、乙腈）。主要分离极性和部分弱极性的化合物。,的流动相一般是水、缓冲溶液和有机试剂。主要分离非极性的有机化合物。,离子交换色谱系统中的主要部分：,1.,分离柱,2.,检测器,3.,抑制器,1.,分离柱,柱填料是由苯乙烯,-,二乙烯基苯共聚物制得的离子交换树脂。共聚物基球与浓硫酸反应制成,带有磺酸基团的强酸型阳离子交换树脂,；经氯甲基化反应后其苯环上接上氯甲基，再与三甲胺反应即可,接上季胺基团，得到强碱型阴离子交换树脂,。,分析柱技术涵盖了阴离子、阳离子、过渡金属、有机酸、氨基酸、糖、蛋白质、多肽、核酸等分析的广阔领域。,IonPac CS12A,（碱金属和碱土金属）,IonPac AS14A,、,IonPac AS11-HC,、,IonPac AS19,（有机和无机阴离子）,CarboPac PA20,、,CarboPac PA10(,糖,),AminoPac PA10(,氨基酸,),离子交换剂（固定相）,2.,检测器,有两大类：电化学检测器（电导、安培）,光学检测器（紫外,-,可见、荧光）。,电导检测器主要用于有机和无机阴离子和阳离子的测定；,安培检测器用于糖类、氨基酸的检测；,紫外检测器主要用于多价阴离子、硅、过渡金属、重金属和稀有元素的测定；,荧光检测器主要用于氨基酸的分析。,电导检测法：,电导率是在阴极和阳极之间的离子化溶液传导电流的能力。溶液中的离子越多，在两电极间通过的电流越大。在低浓度时，电导率直接与溶液中导电物质的浓度成正比。,电导用西门子,(S),作单位表示，定义为电阻的倒数，直接与溶液的浓度和电导池的常数有关。这个常数与电极之间的距离和池子的体积有关。如果电导池中电极之间的距离越近，离子流遇到的电阻越小，检测器的灵敏度也就越高。,3.,抑制器,阳离子抑制器,阴离子抑制器,抑制器的,作用,废,液,Back Ground,：Na,2,CO,3,/NaHCO,3,(700S),NaF,NaCl,NaNO,3,Na,2,HPO,4,Na,2,SO,4,Retention time,Conductivity,NaF,NaCl,NaNO,3,Na,2,HPO,4,Na,2,SO,4,Back Ground,：Na,2,CO,3,/NaHCO,3,(700S),Retention time,Conductivity,HF,HCl,HNO,3,H,3,PO,4,H,2,SO,4,Retention time,Back Ground,：H,2,CO,3,(15S),Conductivity,阴离子抑制器,抑制器的作用,原理,淋洗液,(Na,2,CO,3,),阴离子分析柱,HF,HCI,H,2,SO,4,in H,2,CO,3,NaF,NaCl,Na,2,SO,4,in Na,2,CO,3,废液,H,2,O,阳离子,S,时间,S,时间,经过抑制,废液,H,2,O,H,+,Na,+,12943,样品,F,CI,SO,4,2,-,-,-,F,SO,4,2,CI,-,-,-,F,SO,4,2,CI,-,-,-,负极,正极,OH,-,自动连续再生阴离子抑制器中电,化学反应和离子移动,NaOH,H,2,H,+,废液,废液,阳极,检测器,H,+,+O,2,H,2,+OH,-,H,2,O,H,2,O,Na,+,H,+,+OH,-,H,2,O,H,+,X,-,H,+,X,-,in H,2,O,H,2,O,H,2,O,H,2,O,O,2,阳离子交换膜,Na,+,X,-,在,NaOH,淋洗液中,阴极,水的电解反应：,阳极：,3H,2,O,2H,3,O,+,+1/2O,2,（气）,+2e,-,（水被氧化形成,H,+,和氧气）,阴极：,2H,2,O+2e,-,2OH,-,+H,2,（气）（水被还原成,OH,-,离子和氢气）,自动连续再生阳离子抑制器的电,化学反应和离子移动,抑制,的结果,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,+,HCO,3,-,H,2,CO,3,Na,+,OH,-,H,2,O,极限摩尔电导值,Cation,Anion,Total conductivity （）（）,（,unit：S/m equivalent）,抑制器的两个主要作用：,1,）降低淋洗液的背景电导,2,）增加被测离子的电导值,(,增加灵敏度,),，改善信噪比。,离子色谱流程,淋洗液,泵,色谱柱,检测器,泵液,分离,检测,记录,F,-,NO,3,-,SO,4,2-,Cl,-,NO,2,-,Br,-,HPO,4,2-,进样阀,抑制器,检测池,进样,离子交换的分离方式,流动相：,阴离子交换：弱酸的盐、碱（,Na,2,CO,3,/NaHCO,3,KOH,、,NaOH,）,阳离子交换：强酸（,H,2,SO,4,、甲基磺酸）,检测方式：电导检测,可测定的离子：最佳的应用是在不同基质中对常见阴离子（,F-,、,Cl-,、,Br-,、,NO,2,-,、,NO,3,-,、,SO,4,2-,、,PO,4,3-,等），和常见阳离子（,Li+,、,Na+,、,NH4+,、,K+,、,Mg2+,、,Ca2+,等）及一些碳水化合物（低分子量有机酸）。,表,1,分离方式和检测器的选择（阴离子）,表,2,分离方式和检测方式的选择（阳离子）,对复杂离子采用梯度洗脱：,用戴安公司,RFC-30,淋洗液自动发生器，可使,ICS-1500,离子色谱升级为免试剂离子色谱,RFIC,系统（,Reagent Free Ion Chromatography,），对原有的恒流泵系统可以方便地实现梯度淋洗。,大肠杆菌,发酵液中无机和有机阴离子的分析,大肠杆菌,发酵液中,无机和有机阴离子的梯度分析,亚洲玉米螟,昆虫,(,体与血,),中的阳离子分析,波菜中无机和有机阴离子的分析,苹果汁发酵液中苹果酸的梯度分析,样品处理,过滤,样品中除去颗粒物,用0.45,m,或0.22,m,滤膜,用高纯水冲洗滤膜，以减少沾污,稀释,待测物浓度较高时，应预先稀释.,降低干扰物的浓度.,去除干扰物,预处理柱，超滤,固相萃取液相萃取离心盐析,在线柱处理,离子色谱使用的水与试剂,纯度尽可能高,高纯水 ：电阻率 17,M/cm、0.22m,滤膜过滤,：,淋洗液脱气,（系统加氮气）,试剂 ：尽可能使用优级纯,（进口试剂）,：配标准的试剂应预先干燥,淋洗液的配制与保存,阴离子淋洗液的配制,碳酸盐,(,AS4A,AS12A,AS14,等.）,配 100,x,浓度的淋洗液作为储备液，,使用时用高纯水稀释,氢氧化钠(,AS10,AS11，AS15，16,等.),配制50%(,w/w)NaOH,储备溶液.,使用时用高纯水稀释,阳离子淋洗液的配制,甲烷磺酸(,MSA),取一定浓度的,MSA,配成储备液(可以配制为1,M,的储备液),保存,使用聚丙烯(,PP),瓶，保存在暗处及 4 左右.（通常可以保存6个月）,淋洗液要经常更换,离子色谱的优点：,1.,快速、方便：一般,10min,即可分别完成阴、阳离子的剖面。,2.,灵敏度高：直接进样可达,ppb,级，用浓缩柱可达,ppt,级。,3.,选择性好：已有多种成熟的固定相，以及选择性的检测器。,4.,可同时分析多种离子化合物。,5.,分离柱的稳定性好、容量高：柱填料在广的,PH,范围内和对有机试剂的稳定性，广的应用范围及对复杂基体分析的可行性。,离子色谱的应用,离子色谱法已经广泛地用于环境、食品、材料、工业、生物和医药等许多领域。,环境：,饮用水,:,卤素含氧酸（氯气消毒饮用水、饮料及制面包产生致癌三卤甲烷、溴酸盐）、亚硝酸盐和硝酸盐的测定。,生活污水和工业废水：多聚磷酸盐、铬、重金属离子,(Fe,2+,/Fe,3+,、,Cr,3+,/Cr,6+,、,Sn,2+,/Sn,4+,),、氰化物。,大气飘尘与降水：二氧化硫、氮氧化物、湿沉降中阴阳离子的浓度分布,食品和饮料：,1.,无机阴离子：卤素含氧酸（饮料、面包、臭氧处理饮用水的致癌物溴酸根）、,硝酸根、亚硝酸根（肉制品护色剂、防腐剂）、亚硫酸根（啤酒、酒类、,食品、饮料,防腐剂）、碘和其它卤素（牛奶）,2.,无机阳离子：钠钾（高血压）、镁钙（人体骨骼生长）,3.,有机酸：脂肪酸（果汁、饮料、,酒）、,人工合成食用色素,4.,胺和有机碱：阳离子与低分子量胺（致癌物质亚硝胺：鱼、肉、鸡蛋），胆碱（甲基黄嘌呤类生物碱：咖啡因、可可碱、茶碱。人体新陈代谢，婴儿食品、维生素配置），水溶性维生素，碳水化合物（糖类）,生化分析：,人体液中阳离子（,K,+,、,Na,+,、,Mg,2+,、,Ca,2+,）,人血清中,NO,2,-,、,NO,3,-,尿液中无机阴离子和有机酸（草酸、尿酸、钠、氯分别指示尿结石、肾衰竭、高尿酸血症、电解质失调、脱水），碘（诱导甲状腺疾病）,糖类化合物（动物、植物、微生物体内）,蛋白质（氨基酸）,微电子、电力工业中的痕量分析,1,在线浓缩富集技术,2,高纯水的痕量分析（锅炉水）,3,高纯试剂中痕量杂质的测定（异丙醇、丙酮、,N-,甲基,2-,吡咯烷、过氧化氢、磷酸、硫酸）,在石油化工分析中的应用,石油勘探和钻井,1,油田水中阴、阳离子的分析,2,预报水垢的形成,3,阻垢剂的检测,石油精练过程中阴、阳离子和胺的分析,石油化学产品分析,1,石油化学产品中的有机酸的分析,2,浓酸（浓氢氟酸、浓磷酸）中痕量阴离子的分析,离子排斥色谱,主要用于无机弱酸和有机酸的分离。也用于醇类、醛类、氨基酸和糖类的分离。,固定相通常是总体磺化的苯乙烯,/,二乙烯基苯,H,+,型阳离子交换树脂。,-,离子排斥色谱的原理,这种分离模式包括,Donnan,排斥、空间排斥,(,分子量大小,),和吸附过程。,由于,Donnan,排斥，完全离解的酸不被固定相保留，在死体积处被洗脱。而未离解的化合物不受,Donnan,排斥，能进入树脂的内微空，分离是基于溶质和固定相之间的非离子性相互作用。,电解质的离解度越小，受排斥作用也越小，因而在树脂中的保留也就越大,。主要检测方式是电导。,离子排斥色谱的淋洗液：,对有机酸的分析，常用的淋洗液是矿物酸、,HCl,、,H,2,SO,4,或,HNO,3,。,与离子交换色谱不同，离子排斥色谱中淋洗液的主要作用是改变溶液的,pH,值，控制有机酸的离解。,离子对色谱,反相离子对色谱,在流动相中加入,亲脂性,离子，如烷基磺酸或季铵化合物，能在化学键合的反相柱上分离相反电荷的溶质离子。,离子对色谱基于反相离子对色谱的基本原理，用高交联度、高比表面积的,中性无离子交换功能基的聚苯乙烯大孔树脂为柱填料，可用于分离多种分子量大的阴阳离子,，特别是带局部电荷的大分子（如表面活性剂）以及疏水性的阴阳离子。,离子对试剂,离子对试剂,在流动相中加入适当的具有,与被测离子相反电荷的,疏水性,(,亲脂性,),离子,(,如烷基磺酸或季铵化合物,),，即是一种较大的离子型分子。它通常有,两个区,，一个是与固定相作用的疏水区，另一个是与被分析离子作用的亲水性电荷区。,固定相是中性疏水的,苯乙烯,/,二乙烯基苯树脂或键合的硅胶,。这种固定相既可用于阴离子,也可用于阳离子的分析。,常用的离子对试剂,阴离子分离 阳离子分离 疏水性,氢氧化铵 盐酸 小,氢氧化四甲基铵,(TMAOH),高氯酸 ,氢氧化四乙基铵,(TEAOH),全氟羧酸 ,氢氧化四丙基铵,(TPAOH),戊烷磺酸 ,氢氧化四丁基铵,(TBAOH),已烷磺酸,庚烷磺酸 大,辛烷磺酸,反相离子对色谱的分离机理,淋洗液：,TBAOH+,乙腈,+,水,样品：阴离子,比较：,影响离子交换选择性的因素：流动相和固定相（主要影响因素是固定相,),。,影响离子对分离的选择性的主要因素：流动相（离子对试剂和有机溶剂两个主要成分），改变离子对试剂和有机溶剂的类型及浓度可达到不同的分离要求。,离子对色谱中影响保留的主要参数,:,1.,流动相中离子对试剂的类型和浓度,选择离子对试剂的简单规律：对亲水性离子的分离应选用,疏水性的,离子对试剂；反之亦然。离子对试剂的浓度增加时，被分离化合物的保留也,增加,。,2.,流动相中有机改进剂的类型和浓度,有机改进剂：乙腈、甲醇和异丙醇,。,作用：,1),减少保留时间（减少柱的有效容量）；,2),改进分离的选择性（降低流动相的极性，影响被分离化合 物与离子对试剂所形成的化合物在疏水环境中的分配）。,被测组分和离子对试剂的,疏水性越强，所需有机改进剂的浓度越高。,对一给定的分离体系，有机改进剂的浓度取决于离子对试剂的疏水性。,3.,无机添加剂的类型和浓度,4.,淋洗液的,PH,可分离的阴阳离子主要包括：,大分子量的脂肪羧酸，阴离子和阳离子表面活性剂，烷基磺酸盐，芳香磺酸盐和芳香硫酸盐，,季铵化合物，水可溶性的维生素，硫的各种含氧化合物，金属氰化物络合物，酚类和烷醇胺等。,用于离子对色谱的检测器包括电导和紫外分光。化学抑制型电导检测主要用于脂肪羧酸、磺酸盐和,季铵离子的检测。,分子式：,C3N6H6,、,C3N3(NH2)3 Melamine,分子量：,126.12,是一种重要的氮杂环有机化工原料 物理性能：白色结晶粉末，无毒，无味,