离子色谱IC基本理论和应用培训讲义.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,*,离子色谱基本理论和应用,Ion Chromatography,IC,内容,概述,离子交换色谱的分离原理,离子交换色谱的仪器系统,离子交换色谱的应用,概 述,什么是离子色谱?,是,一种,利用色谱技术,分析,测定,离子,态,物质,的方法,。,固定相,：,离子交换剂,（树脂）,流动相,：,缓冲溶液,（有时会添加适量的与水互溶的 有机溶剂）,样品：,阴离子：,，,2,，,，,阳离子：,，,，,，,有机化合物：有机酸、有机碱等,离子交换色谱的分离原理,离子交换剂（,树脂）由三部分组成,：,固体载体,：不溶性的三维空间的高分子网状骨架；,活性基团,：以共价键连接在骨架上的活性官能团；,可交换离子,：与活性基团所带的相反电荷的活性 离子。,离子交换树脂的网络骨架,离子交换剂（,树脂）结构示意图,应当具有良好的亲水性、水不溶性、较好的化学稳定性和较多的活化基团。,常用的离子交换树脂的载体有两大类：,一类是化学合成载体,，如聚苯乙烯树脂等；,另一类是天然材料制成的载体,，如琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶及纤维素等。,离子交换树脂,固体载体,离子交换树脂,活性基团,根据离子交换基团的酸、碱性质可以分为：,酸性阳离子交换基团,碱性阴离子交换基团,强酸性,阳离子交换基团（如,SO,3,H,）,中酸性,阳离子交换基团（如,PO,3,H,）,弱酸性,阳离子交换基团,（如,COOH,）,强碱性,阴离子交换基团（如,NR,3,OH,）,弱碱性,阴离子交换基团（如,NH,2,）,阳离子交换：,阴离子交换：,离子交换过程,离子色谱中发生的基本过程就是离子交换，因此，离子色谱本质上就是离子交换色谱。,离子交换色谱是基于离子交换树脂上可离解的离子和流动相中具有相同电荷的的溶质离子之间进行的可逆交换，根据这些离子对交换剂有不同的亲和力而被分离,。,离子色谱基本原理,离子色谱中的离子交换与传统的离子交换的不同点,采用交换容量非常低的特制离子交换树脂为固定相；,采用细颗粒离子交换树脂，柱效高；同时柱压也较高，需采用高压输液泵。,离子交换色谱的仪器系统,11811-02,淋洗液贮存罐,泵,保护柱,分析柱,抑制器装置,电导池,色谱工作站,淋洗液输送,离子交换分离,抑制电导检测,数据采集和仪器控制,样品注射,进样,六通阀进样器,离子色谱,分离,模式,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,离子对化合物的疏水性,离子交换分离机理,临时过程,阴离子交换树脂(乳胶型,）,m,阳离子交换树脂(,接枝型),分离阴离子,色谱柱,：,IonPac,AG12A/AS12A,检测器,：2.7,mM,Na,2,CO,3,0.3mM NaHCO,3,流速,：1.2,mL,/min,检测器,：,电导,(,自再生抑制循环模式,),0,2,4,6,8,10,12,14,16,Retention time(min),0,8,m,S,F,-,NO,3,-,SO,4,2-,Cl,-,NO,2,-,Br,-,HPO,4,2-,色谱柱,:,IonPac,CS12A,CG12A,流动相,:20,mM,甲磺酸,流速,:1.0,mL,/min,检测器,:,电导,（,自再生循环模式,),分离阳离子,0,2,4,6,8,10,12,14,Retention time(min),0,1,2,3,4,Na,+,NH,4,+,K,+,Mg,2+,Ca,2+,S,离子排斥法分离机理,Donnan,膜,（,）固定相,流动相,离子排斥色谱法的分离机理,1.,Donnan,排斥作用,Donnan,膜的负电荷层排斥完全离解的离子型化合物，仅允许未离解的化合物通过。,2.,吸附,保留时间与有机酸的烷基键的长度有关。通常烷基键越长，其保留时间也越长。,3.,空间排阻,与有机酸的分子量大小及交换树脂的交联度有关。,分离柱,：,IonPac,ICE AS1,淋洗液,：0.4,mM,辛基磺酸,流速,：1.0,mL,/min,抑制器,：,AMMS-ICE,再生液,：5,mM,TBAOH 50mM H,3,BO,3,检测器,：,电导,离子排斥法分离有机酸,20,10,0,保留时间(,min),0,S,5,1,2,3,4,5,1.甲酸,2.乙酸3.丙酸4.丁酸,5.戊酸,流动相,TBAOHACNH,2,O,样品,Y,+,X,-,固定相,TBA,+,OH,-,Y,+,X,-,Y,+,X,-,(,TBA,+,X,-,),(,TBA,+,X,-,),(,TBA,+,X,-,),(,TBA,+,X,-,),TBA,+,OH,-,ACN,ACN,ACN,ACN,ACN,ACN,ACN,TBA,+,OH,-,TBA,+,OH,-,疏水相,亲水相,反相离子对,（流动相离子色谱）,分离机理,Y,+,OH,-,反相离子对的分离机理,1.,生成离子对,待测离子与离子对试剂生成中性“离子对”分布于固定相与流动相之间，其分离类似传统的反相分离。,2.,动态离子交换,离子对试剂的疏水部分吸附于固定相形成动态的离子交换表面，其分离机理类似于离子交换。,3.,离子间相互作用,除包括以上两种分离机理和固定相表面双电层结构的分离机理。,Column :,IonPac,NS1、NG1,Eluent,:2,mM,TBAOH,24%48%CAN,gradient,in 10 min,Flow rate :1.0,mL,/min,Detection :Conductivity(suppressor type),（ASRS MPIC,Mode,）,Regenerator :10,mN,H,2,SO,4,1.,Methanesulfonic,acid 5.0 g/,mL,(,ppm,),2.1-,Propanesulfonic,acid 8.6,3.1-,Butanesulfonic,acid,8.7,4.1-,Hexanesulfonic,acid 8.8,5.1-,Heptanesulfonic,acid 8.9,6.1-,Octanesulfonic,acid 8.9,7.1-,Decanesulfonic,acid 9.1,0,Retention time(min),12,16,8,S,0.0,4,1,6,2,3,4,5,7,8.0,反相离子对分离测定,检测方式,电导,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,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,溶液,至检测池,电极,检测池,使用电导检测器存在的问题,离子色谱的流动相是电解质溶液，样品以电解质溶液为背景，而被测物的浓度又大大小于流动相电解质的浓度，这样难以测量由于样品离子的存在而产生的微小电导的变化。,利用,抑制器可以除去流动相中的高浓度电解质，把背景电导加以抑制,，从而解决了在离子色谱中使用电导检测器的问题。,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,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,+,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）,Y,+,Na,+,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,H,2,O,H,2,O,OH,-,Na,+,Y,+,H,2,O Na,+,Y,+,X,-,Na,+,CO,3,2,-,(,样品,淋洗液),H,+,H,+,+CO,3,2-,H,+,+,X,-,至检测器,H,2,CO,3,H,+,X,-,H,+,+O,2,H,2,O,H,2,+OH,-,H,2,O,Na,+,OH,-,H,2,H,2,O,O,2,废,液,废液,电极 （）,电极 （）,纯水或来自检,测器的流体,H,+,H,+,H,+,H,+,阳离子交换膜,阳离子交换膜,H,2,O,H,2,O,H,+,+O,2,H,2,O,H,2,+OH,-,H,2,O,废液/气体,废液,H,2,O SO,4,2-,Y,+,X,-,H,+,MSA,-,(,样品,e,淋洗液）,OH,-,OH,-,MSA,-,SO,4,2-,X,-,OH,-,MSA,-,SO,4,2-,X,-,HMSA,-,O,2,H,2,O,H,2,H,+,+OH,-,Y,+,+OH,-,H,+,抑制器的工作原理(阳离子),至,检测器,H,2,O,Y,+,OH,-,X,-,:,样品中的阴离子,Y,+,:,样品中的阳离子,电极 （）,电极 （）,阴离子交换膜,阴离子交换膜,纯水或来自检测器的液体,电极,电极,离子交换膜,离子交换膜,淋洗液格网,再生液格,再生液格网,抑制器的结构,自分离 柱,至检 测 池,排放,检测池或再生液 瓶,网,0,5.00,10.00,15.00,Retention time(min),0,5.0,10.0,15.0,20.0,uS,检测器,：,IonPac,AG12A/AS12A,淋洗液,：2.7,mM,Na,2,CO,3,0.3mM NaHCO,3,流速,：,1.2,mL,/min,检测器,：,电导,(,自再生循环模式,),电导检测,（,样品：饮用水）,F,-,Cl,-,NO,3,-,SO,4,-,30,nA,-10,Retention time(min),0,2,4,6,8,10,I,检测器,：,IonPac,AS11,AG11,淋洗液,：5,mM,HNO,3,流速,：1.5,mL,/min,检测器,：,直流安培,(,Ag,电极,，0.05,V,施加电压,）,电化学检测(1),2,0,12,15,0,100,nC,1,3,4,5,6,9,6,3,色谱柱,CarboPac,PA10,检测器,:18,mM,NaOH,流速,:1,mL,/min,检测器,:,脉冲安培检测,金电极,(,each 1,nmol,),组分,:1.,盐藻糖,2.,氨基半乳糖,3.,氨基葡萄糖,4.,半乳糖,5.,葡萄糖,6.,甘露糖,Retention time(min),电化学检测(2),UV/VIS,检测,分离柱,：,IonPac,CS5A,CG5A,淋洗液,：7,mM,PDCA,66mM KOH,5.6mM K,2,SO,4,74mM,甲酸,流速,：1.2,mL,/min,检测器,：,可见光,530,nm,(,柱后衍生法,),柱后衍生液,：0.2,mM,PAR,10M DMAE,0.5M NH,4,OH,0.3M NaHCO,3,0,2,4,6,8,10,12,14,Retention time(min),0.0,AU,0.2,Fe,3+,Cu,2+,Ni,2+,Zn,2+,Co,2+,Cd,2+,Mn,2+,Fe,2+,柱后衍生,输送,分离,检测,进样,泵,进样阀,柱,淋洗液,显,色,剂,反,应,管,排放,加,压,Fe,3+,Cu,2+,Ni,2+,Zn,2+,Co,2+,Mn,2+,Fe,2+,Cd,2+,UV/VIS,检测,器,记录,离子色谱的特点,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,多价态可氧化元素,（,NO,2,-,&NO,3,-,SO,3,2-,&SO,4,2-,etc.）,不同价态,和形态的,离子,（,Fe,3+,&Fe,2+,Cr,3+,&Cr,6+,etc.）,可单独测定某种离子.,（通常为同时测定),离子色谱的应用,无机化合物分析,环境水、大气无机阴、阳离子,超痕量离子分析（半导体、电场、核电场）,复杂基体中离子分析（化工原料、海水、卤制品）,金属含氧酸的测定（电镀液等）,有机化合物分析,食品、饮料中的有机酸（酸味剂、防腐剂等）；,有机胺类化合物；,药物和农药（特别是无紫外吸收的化合物）,糖类,氨基酸,表面活性剂,无机化合物分析,痕量分析,大体积进样,低的背景电导（,EG40,淋洗液发生器）,远离水负峰的色谱固定相,在线浓缩,复杂基体的处理,大的交换容量,预处理小柱，,不同分离方式的柱切换,形态和价态分析,ICP,或,ICP,MS,联用技术,采,样泵,停止,开,始,测,定,采,样泵,富集,样品富集,废液,浓缩柱,采,样泵,开始,淋洗液,至分离柱,冲洗采,样,管,预浓缩进样,进样阀,预富集浓缩进样测定,色谱柱,：,IonPac,AS4A,AG4A,淋洗液,：1.8,mM,Na,2,CO,3,/1.7mM NaHCO,3,流速,：1.5,mL,/min,浓缩柱,：,TAC-2,进样量,：10,mL,检测器,：,抑制电导,0.00,5.00,10.00,-1,5,uS,Retention time(min),1,2,3,4,5,6,1.,Cl,-,2.NO,2,-,3.Br,-,4.NO,3,-,5.HPO,4,2-,6.SO,4,2-,4,ng,/,mL,(ppb),10,10,15,25,20,有机化合物分析,近年来离子色谱发展一个趋势,；,生命科学研究中，有大量水溶性、可电离的有机化合物,目前解决,HPLC,方法难解决的分析问题,；,糖类分析，比示差折光检测器灵敏度提高几个数量级；,氨基酸分析，首次采用非衍生化的直接检测；,抑制器除盐使离子色谱与质谱更容易匹配；,大量无紫外吸收化合物，离子色谱提供了可靠的分析方法（如胺基糖类抗生物类分析已经作为欧洲药典）。,苯甲酸与尼泊金系列的防腐剂的测定,色谱柱,:,IonPac,AS9HC(2mm),AG9HC(2mm),淋洗液,:,50,mM,Na,2,CO,3,+50,mM,NaOH,流速,:0.25,mL,/min,进样体积,:,50,L,检测器,:,UV254,色谱峰,MP,：,对羟基苯甲酸甲酯,EP,：,对羟基苯甲酸乙酯,PP,：,对羟基苯甲酸丙酯,DP,：,对羟基苯甲酸丁酯,分析化学，,2001,29,1237,啤酒和黄酒中糖类和有机酸,色谱柱：,Dionex,AS6,淋洗液：,0.080,mol/L,NaOH,流速,:1,ml/min,检测器,:,脉冲安培和抑制电,导串联,色谱峰,:,1.,甘露醇,7.,鼠李糖,2.,阿拉伯糖,8.,麦芽糖,3.,葡萄糖,9.,乙酸,4.,果糖,10.,乙醇酸,5.,乳糖,11.,甲酸,6.,庶糖,Mikrochim,.,Acta,1997,127,189194,吲哚乙酸和吲哚丁酸的测定,色谱柱：,Ionpac,AG3SC+AS4SC,流动相：,3,mmol,/L Na,2,CO,3,+3,mmol,/L,NaOH,流 速：,1,mL,/min,检测器：抑制电导,进样量：,50,uL,IICS2001,2001,Chicago,三嗪类农药的测定,色谱柱：,Ionpac,CG12,（,2mm),流动相：,1/4,（,V/V,）,CH,3,CN+0.2 mol/L H,2,SO,4,流 速：,0.25,mL,/min,检测器：,UV 220nm,进样量：,25,uL,浙江大学学报理学版，,2001,，,废水中,2-,氨基联苯和,4-,氨基联苯的测定,色谱柱：,OmniPac,PCX100,（,4,mm),分离柱和保护柱,流动相：,0.06,mol/L,NaCl,+0.08mol/,LHCl,+,40,（,V/V,）,CH,3,CN,流 速：,1.00,mL,/min,检测器：,岛津,RF-535,荧光检测器，激发波长,230,nm,发射波长,395,nm,进样量：,25,uL,分析化学，,2001,20,1024,离子色谱的最新发展动向,有机化合物分析生命科学的研究,糖类和氨基酸,核酸,蛋白质,维生素,抗生素,沉积物中痕量糖类分析,色谱柱：,IonPac,AG4A,-SC+,CarboPac,PA10(4 mm),流动相：,30,mmol,/L,NaOH,流 速：,0,.50,mL,/min,检测器：,脉冲安培检测,进样量：,25,uL,2 mg/L L-,鼠李糖,2,mg/L,阿拉伯糖,3.2,mg/L D-,半乳糖,4.2,mg/L,葡萄糖,5.2,mg/L D-,甘露糖,6.2,mg/L,木糖,7.2,mg/L D-,果糖,标准样品的色谱图,深积物样品的色谱图,气溶胶中痕量氨基酸分析的标准色谱图,分离柱：,AminoPac,PA10,分离柱,流动相：,NaOH,/,NaCl,梯度淋洗：,0-10,min,，,50%,NaOH,(0.25 mol/L),50%,NaCl,(0.20 mol/L);10-30min,100%,NaOH,;30.1-52.5min 20%,NaOH,80%,水；,52.6-65,min,52-40%,NaOH,40%,水；,8-20%,NaCl,；,65-73min,40%,NaOH,40%,水，,20%,NaCl,；,73.1-90min,10%,水，,90%,NaCl,。,40.1min,时进样；,流速：,0.25,ml/min,进样量：,25,uL,1.,精氨酸,2.,赖氨酸,3苏氨酸,4.,甘氨酸,5.,缬氨酸,6.,丝氨酸,7.,脯氨酸,8.,异亮氨酸,9.,亮氨酸,10.,甲硫氨酸,11.,组氨酸,12.,苯丙氨酸,13.,谷氨酸,14.,天冬氨酸,15.,半胱氨酸,16.,酪氨酸,17.,色氨酸,标准样品的色谱图,气溶胶样品中的色谱图,水溶性维生素的多维离子色谱分析,色谱柱：,OmniPac,PCX-500,流动相：乙酸钠,/,乙腈梯度,流速：,1,ml/min,检测器：,UV215nm,进样量：,25,uL,色谱峰：,1.,抗败血酸,7.,对氨基苯甲酸,2.,泛酸,8.,腺嘌呤,3.,肉碱,9.,叶酸,4.,核黄素,10.,硫胺,5.,生物素,11.,吡咯,6.,维生素,B6,离子色谱分析条件的选择,分离条件的选择,固定相条件,流动相条件,检测条件的选择,电导检测,安培检测,紫外,/,可见光检测,思考题,（,1,）简述离子交换色谱的基本原理，并指明其常用固定相和流动相。,（,2,）离子色谱最常用的检测器是什么,?,如何解决流动相中高浓度电解质的干扰问题？,