离子色谱仪器实验报告.doc

离子色谱实验报告
刘鹏 1233351 环境工程
一．实验目的
1．掌握离子交换色谱分析法中的基本原理
2．了解RFIC淋洗液发生器KOH发生原理
3．了解电导检测器的基本原理。
4．基本了解离子色谱（IC 1000）组成结构，硬件操作及掌握化学工作站的开机，关机，参数设定，数据采集及分析的基本操作。
5．掌握离子交换色谱定性、外标定量方法。
二．基本原理
离子交换分离原理：离子交换色谱是离子色谱中的一种，其分离机制主要是离子交换，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有不同的亲和力而被分离。
抑制器ASRS-4mm工作原理（用OH-体系）：（1）水进入阳极电离，产生H+，通过阳离子交换膜进入抑制器（中间通道）；（2）OH-携带Cl-、SO42-等进入抑制器，并与H+结合生成HCl，H2SO4等，以离子形式存在，进入检测器检测。（3）剩下的阳离子通过阳离子交换膜，进入并与阴极电离产生的OH-结合，废液排出。（实质是用H+代替其他阳离子进入检测器，因为H+的摩尔电导最高，所以以HCl形式进入电导检测器，能够降低背景电导，从而提高待测离子的灵敏度）。
抑制器ASRS-4mm工作原理（用CO32-/HCO3-体系）：（1）水进入阳极电离，产生H+，通过阳离子交换膜进入抑制器（中间通道）；（2）CO32-/HCO3-携带Cl-、SO42-等进入抑制器，并与H+结合生成HCl，H2SO4等，以离子形式存在，进入检测器检测。（3）剩下的阳离子通过阳离子交换膜，进入并与阴极电离产生的OH-结合，废液排出。（实质是用H+代替其他阳离子进入检测器，因为H+的摩尔电导最高，所以以HCl形式进入电导检测器，能够降低背景电导，从而提高待测离子的灵敏度）。
RFIC淋洗液发生器发生原理（KOH淋洗液发生原理）：淋洗液发生器由高压KOH发生室和低压K+电解槽组成。KOH发生室装有一个穿孔的铂金阴极，钾离子电解槽装有一个铂金阳极。KOH发生室通过阳离子交换膜与K+电解槽连接。离子交换连接器允许来自K+电解槽的K+通过并进入高压KOH发生室，而阻止来自K+电解槽的其他阴离子进入。离子交换连接器将高压KOH发生室与低压K+电解槽隔开，泵驱动去离子水通过KOH发生室，在正负极之间加上直流电压，水在正极和负极发生电解，在正极产生的H+代替电解质溶液中的K+，被置换出的K+跨过阳离子交换连接器进入KOH发生室，这些K+与在阴极产生的OH-结合生产KOH，即用于阴离子交换色谱的淋洗液。
电导检测器是离子色谱的通用型检测器，其检测的原理是电导，主要用于测定无机阴阳离子和部分极性有机物。电导检测器通过在外加电场作用下使待测物质发生电离，离子通过流通池引起电导率的变化来进行检测。一般而言，呈离子态的物质都可以用电导法测定，但溶液的电导率是其各种离子的加和，供离子分离用的溶剂本身的高电导率会掩盖待测介质中离子的电导，所以只有在一种离子电导率占绝对优势的情况下方可检测。
外标法定量：外标法是色谱分析中一种简便的定量方法。当样品中所有组分都得到良好的分离并都能被检测而得到色谱峰时，则可利用外标法定量计算样品中各组分的浓度。其定量的依据是被测物质的量与它在色谱图上的峰面积（或峰高）成正比。数据处理软件（工作站）可以给出包括峰高和峰面积在内的多种色谱数据。一般由被测物所配标准浓度与峰面积做标准曲线，由标准曲线求出被测物浓度。
Dionex IC 1000 离子交换色谱仪的工作过程：泵将Miniport超纯水，以稳定的流速（或压力）输送至分析体系，在进入分析之前，先进入KOH发生器，产生的淋洗液在进入色谱柱之前通过自动进样器将样品导入，淋洗液将样品带入色谱柱，在色谱柱中各组分因对固定相的亲和力的不同而被分离，并依次随淋洗液流入抑制器，在抑制器中进行离子交换以提高检测信号，再依次进入检测器，检测到的信号送至数据系统记录、处理或保存。
Dionex IC 1000 离子交换色谱仪的工作过程：泵将CO32-/HCO3-淋洗液，以稳定的流速（或压力）输送至分析体系，在进入色谱柱之前通过手动进样器将样品导入，淋洗液将样品带入色谱柱，在色谱柱中各组分因对固定相的亲和力的不同而被分离，并依次随淋洗液流入抑制器，在抑制器中进行离子交换以提高检测信号，再依次进入检测器，检测到的信号送至数据系统记录、处理或保存。
三．仪器与试剂
1、仪器：Dionex IC 1000（单元泵、自动进样器、 RFIC淋洗液自动发生器、AS11离子色谱柱、AQF-IC进样部份、AS14离子色谱柱)、抽滤系统。
2、试剂： Miniport超纯水；分析纯 NaCO3/NaHCO3；含F、Cl、SO42-等无机阴离子的标准品；实际测试水样。
四．实验步骤
1、上机准备
根据待测物要求配制5个浓度点标准样品，待测水样1-2个（样品需要前处理），准备IC分析所需超纯水，配好CO32-/HCO3-（8mM/1mM）淋洗液,检查线路是否连接完好，气瓶是否有气等。
2、样品分析（用“只加水”OH-体系测试水中无机阴离子）
（一）开机
1. 打开氮气，指针压力6kPa
2. 打开电脑（进widows 2000系统），离子色谱电源；
3. 打开Chromeleon软件，打开HU－0E18F08FDDBD_local—ICS-1000-System-AS40.pan设计界面；
4. 赶气泡：逆时针方向旋松启动阀和废液阀，在软件上，泵流速设置为1-3mL/min并开泵，在废液阀处用注射器接出废液，1-2min后，关闭废液阀，再冲洗1 ~ 2分钟后，停泵，旋紧启动阀，流速设回1mL/min。（注意：不要过度拧紧废液阀和启动阀！）
5. 开泵，待泵压力上升至1000psi以上后，开抑制器（界面方框（Suppressor-on））， 开淋洗液发生器电源及EGC，CR－TR两个按钮；
6. 在淋洗液发生器上设定方法上需要的浓度，在软件上设定需要的抑制器电流，泵压力上升至2100psi左右，走基线（点绿色小圆点，acquisition on），待抑制器＜2uS，且稳定后，可进样。进样前，结束走基线（点绿色小圆点，acquisition off）；
7. 样品装好后（注意有齿一侧向着操作者），开自动进样器电源，按进样器（AS40 Automated Sampler）表面Injection—Hold/Run，待左边Tray—Ready后，说明仪器已经准备好；
8. 点击 File—New—Sequence （using Wizard）—OK—Next—Next—修改 Number of Vials（即进样数）—Method Files （不用改，可在Sequence里修改淋洗液浓度、抑制器电流、做样时间）—Next—修改 Sequence Name（以日期开头，便于查找）—Finish—Done；
9. 测试水样：点击任何一个所建Sequence中的文件，按一下窗口上边第二条中 Start/Stop Batch 按钮，仪器即开始测试；
10. 查看结果：双击文件即可。
（二） 关机
1. 关闭 Suppressor-on
2. 关闭淋洗液发生器CR－TR两个按钮及电源；
3. 关泵 待压力降至 40psi左右，稳定，关掉窗口；
4. 打开 Chromeleon Server 按 Stop，待其断开；
5. 关闭离子色谱和电脑。
2、样品分析（用CO32-/HCO3-体系测试水中无机阴离子）
（一）开机
1. 打开离子色谱电源、AQF主机电源、电脑电源；
2. 打开Chromeleon软件进入TJDX-PC_local--ICS-1000_Traditional_System_Col_Heater.pan设计界面；
3. 赶气泡：逆时针方向旋松启动阀和废液阀，在软件上，泵流速设置为1-3mL/min并开泵，在废液阀处用注射器抽出废液，1-2min后，关闭废液阀，再冲洗1 ~ 2分钟后，停泵，旋紧启动阀，流速设回1mL/min。（注意：不要过度拧紧废液阀和启动阀！）
4. 开泵，在ICS-1000 Pump 栏点击on，待泵压力上升至1000psi以上后，开抑制器电流（ICS-1000 Detector 栏的SRS Mode换成on，回车确定）；压力稳定后，走基线（点绿色小圆点，acquisition on），可Autozero调零，等到signal栏小数点后两位不变时(约30Min)，可以关闭走基线。
5. 回到Browser界面，建立新的样品序列sequence（或者将以前做过的另存为，若需要数据可选择一起存），点击Start/Stop Batch图标，开始走序列。
6. 进样，将AQF仪上的白色进样小管子放入样品瓶中，按Calibration，即开始进样。
（二）关机
1. Chromeleon软件，点击Start/Stop Batch图标，停止序列
2. 关抑制器电流选择SRS Mode 为off，回车确定
3. 等待大约一分钟，打开IC盒盖，观察管路中无气泡出现，关泵 待压力降至 40psi左右，稳定，关掉窗口；
4. 关闭离子色谱、AQF主机和电脑电源。
3、数据处理
可在脱机状态下整理实验数据；
五．实验数据处理及讨论
下图所示为离子色谱图。图中4.403、6.157、10.023、12.540各保留时间出峰的物质分别为Na+,K+,Mg2+,Ca2+。

①标准样品实验结果记录
表1 标准品物质保留时间及峰面积
阳离子
S1
S2
S3
S4
S5
Na+
0.7462
0.7198
1.889
5.2142
9.9308
K+
0.5822
0.9364
1.9798
4.9906
10.011
Mg2+
0.5742
0.9623
1.9092
5.0722
9.9821
Ca2+
0.6702
0.8956
1.8336
5.1307
9.9698
标准曲线绘制：
分别对Na+,K+,Mg2+,Ca2+的峰面积对浓度绘图，并用线性拟合，作出标准曲线如下：

②未知溶液的实验数据
将未知浓度水样中的各离子峰面积带入上述标曲，结果如下：
待测离子
Na+
K+
Mg2+
Ca2+
S1
峰面积
0.2881
0.1666
0.4732
0.3213
浓度/ppm
1.3663
1.4069
1.2965
1.3312
S1
峰面积
0.338
0.2083
0.6322
0.4262
浓度/ppm
1.6479
1.7358
1.739
1.8022