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ICS3000/5000离子色谱培训教材

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目录
第一章 3
1.什么是色谱 3
2.色谱发展 3
3.液相色谱 3
第二章 5
1.分离度 5
2.柱效 6
3.传质影响 7
4.纵向扩散 8
5.溶质传质动力学 8
6.选取性 8
7.保存特性 9
8.总结 9

第一章
本文讲述关于离子色谱法基本知识和检测方面理论。
1.什么是色谱
色谱法是一种物理化学分析办法。它运用混合物中组分在两相间分派系数差别，当溶质在两相间作相对移动时，各组分在两相间进行多次分派，从而使各组分得到分离。
2.色谱发展
色谱这一概念是由俄国植物学家Tswett（茨维特）19提出，她在一根细长玻璃管中装入碳酸钙粉末，然后将植物绿叶石油醚萃取液倒入管中，萃取液色素就被吸附在管上部碳酸钙上，再用纯净石油醚洗脱这些被吸附色素，于是在碳酸钙上形成了一圈一圈色带，这些色带被称为色谱。
进过许近年发展，“色谱”一词已涵盖许多技术领域。新型固定相发展和气体、液体以及超临界立体作为可动相使用，色谱逐渐成为最有效分离手段。
本文仅限于离子色谱。但是涉及到概念与所有其她色谱办法是同样。
3.液相色谱
液相色谱一词指使用流动相是液体色谱办法可以分为两类。
1、 反相色谱：固定相为非极性物质（疏水性），流动相为极性溶液（如甲醇、乙腈水溶液）。分离方式基于多次吸附-解吸附重复过程，非极性化合物较极性化合物在拄中具备较强保存。
2、 正相色谱：固定相是极性物质，流动相是非极性或弱极性溶液(如正己烷或四氢呋喃)。如前所述，分离过程也是基于被分离组分在流动相与固定相之间分派平衡。
3、 分子排阻色谱：固定相由某些起分子筛作用多孔材料构成，较大分子被叫快地从色谱柱中洗脱，较小分子则滞留在填充材料细小孔径中，保存较长时间。
4、 离子色谱：
A． 高效离子互换色谱法（HPIC）：分离是基于发生在流动相和键合在基质上离子互换基团之间离子互换过程，也涉及某些非离子互相作用，这种分离方式可用于有机和无机阴离子和阳离子分离。
B． 高效离子排阻色谱（HPICE）：分离是基于固定相和被分析物之间三种不同作用—Donnan排斥、空间排斥和吸附作用。这种分离方式重要用于弱有机和无机酸分离。
C． 流动相离子色谱法（MPIC）：分离是基于被分析物在分析柱上吸附作用。分析柱选取性重要取决于可流动相构成和浓度。流动相除了加入有机改进剂之外，还需加入离子对试剂，这种分离方式可用于表面活性阴离子和阳离子以及过渡金属络合物分离。

第二章
本章将简要描述色谱柱性质术语和概念
1.分离度
任何分离目的都是使两个相邻峰完全分开。分离度定义为两个相邻色谱峰峰中心之间距离与两峰平均峰宽比值。

(1)

方程（1）两色谱峰分离

方程（1）给出了一种衡量分离好坏尺度，但它并没有告诉咱们如何获得一种较好分离。为了弄清这个问题，咱们将分离度表达为具有3个色谱分离参数函数，这3个参数分别为柱效、选取性和保存时间，这些参数与固定相和流动相性质关于。

(2)

方程（2）保存时间
式中，
表达柱效;
表达选取性；
表达保存特性。
分离初始，在零时间，羊皮位于色谱柱顶端。本分析样品随流动相进入固定相，样品组分基于对两相亲和力不同而被分离。普通地讲，固定相与流动相之间化学性质差别应当足够大，被分离物才干与其中一相发生较强作用。正是由于保存时间不同，使得分离得以实现。
2.柱效
柱效是指色谱柱保存某一化合物而不使其扩散能力，柱效能是一支色谱柱得到窄谱带和改进分离相对能力。咱们可以通过一根柱子理论塔板数蓝衡量色谱柱柱效，在色谱柱中理论塔板数N定义为：

理论塔板数 (3)
方程（3） 柱效
式中，T是色谱峰中心与进样起始点间距离， 是峰高一半处峰宽度。理论塔板是指固定相和 流动相之间平衡理论状态。在一种塔板平衡完毕之后，分析物进入下一种平衡塔板，这种传送过程重复不断，直到分离完全。分子依照自身性质（分子大小和电荷）进行转移或迁移，基于它们对固定相和流动相亲和力不同进行分离，分子移动并形成一条带状、以正态分布（高斯分布）色谱峰流出。
理论塔板数可以用于衡量整个色谱系统谱带扩散限度。谱带扩散限度越小（即色谱峰越窄），理论塔板数N越大。
理论塔板数N与色谱柱长度形成比例：也就是说，色谱柱越长，理论塔板数N越大。

(4)

方程（4）理论塔板高度
理论踏板高度HETP一词是单位长度色谱柱效能量度，可以用于比较不同长度色谱柱理论塔板数N。
这个方程表白高效率色谱柱具备较大理论塔板数，也就是说，具备较小理论塔板高度（在色谱柱长度同样条件下）。
影响理论塔板高度因素有：
1、 1、多流路
2、 2、纵向扩散
3、 3、传质影响

3.传质影响
传质影响是描述由于柱子装填不均匀导致流路分叉而引起扩散。分析物在色谱柱中流路受到柱子装填和树脂等许多因素影响。填料颗粒直径直接影响柱效，普通来说，粒径越小，分离效率越高。同步，颗粒大小和装填均匀度越好，柱效也越高。如果一根柱子由大小不均匀颗粒填充，溶质分子将由于相遇颗粒粒径大小不同而以不同速度移动。这样就导致溶质分子流出谱带变宽。在某些装填不均匀柱子中，溶质分子通过某些未填满空隙或溶质分子或与树脂颗粒互相作用将导致谱带扩散此处照搬培训书上，但语言不通。黄色标记，表白为编写有误需理解并修正。
。因而，提高颗粒均匀度和减小粒径可以减小谱带扩散。
4.纵向扩散
用于描述任何气体和液体扩散或分散内在趋势。这种状况可以发生在整个色谱系统中任何地方。最初，在窄谱带中溶质分子向周边溶剂扩散，是谱带变宽。理论上讲，纵向扩散也可以在流动相和固定相中发生。成果表白，扩散问题在离子色谱填充柱中并不像在气相色谱中那样普遍。
5.溶质传质动力学
溶质传质动力学是描述溶质分子在固定相和流动相之间运动速率。抱负状态下，与填充柱作用溶质分子不断出入固定相中。当分子在固定相中时，分子被保存为位于谱带中央背面。当分子在流动相中时，由于液体流动速度不不大于谱带速率，则它速率总是不不大于谱带中心速率。这种在两相之间随意出入引起谱带扩散。如果不发生流动，溶质分子就会在两相之间达到平衡。正是由于存在流动，在流动相中真实溶质浓度无法与相邻固定相中浓度达到平衡，色谱峰扩散可以通过减小不平衡限度和增长互换速率来减少。溶质传递动力学经常是谱带扩散重要因素，因而对柱效影响也最大。
6.选取性

选取性是互换过程一种热力学函数，色谱柱选取性是两个化合物调节保存时间比值，也等于两个化合物在固定相和流动相至见平衡常数比值。
(5)
方程 (5)柱选取性
其中和是两峰峰中心与进样点时间差值，是死体积保存时间。当保存时间比值等于1时，没有任何分离度或称共洗脱。选取性越好或比值越大，对于两个化合物分离越容易。公式中相对较小变化，就会使分离度发生较大变化，较高选取性可以再柱效相对较低柱子上得到较好分离。普通来说，流速和柱压变化对选取性没有影响。应加以注意。红色表标记需注意！

7.保存特性
用容量因子描述化合物保存性质，其定义如下：
(6)
方程（6）容量因子
式中是色谱峰中央到进样起始时间点差值， 是死体积时间。本质上，容量因子给出了分析物在固定相时间超过在流动相时间数量。 越小阐明化合物被柱子保存弱，化合物洗脱体积与死体积相近。值越大阐明被分析物与固定相作用较强而具备好分离，但是较大导致较长分析时间和色谱峰展宽。普通来说，最佳范畴在2~10之间；可以通过变化流动相来获得最佳值。
8.总结
分离度表达为一种与柱效、选取性、保存特性关于函数。运用这些参数可以获得一种较好分离度，其中每一项都可以用于改进分离效果。
当建立一种得办法，柱子选取性是十分重要 ，由于她对分离度影响最大。柱效与流速关于。流速越慢，柱效越高。这是由于流动相中被分析物可以有更多时间与固定相作用。不幸是这样会导致峰形扩散，作为容量因子一种函数，保存特性是拟定柱子最有用参数，因而需要恰当清洗和恢复柱子。