離子色譜講座PR

1、 高效離子色譜 原理及其應(yīng)用 （上） 青島普仁儀器公司青島普仁儀器公司 青島大學(xué)青島大學(xué)ICIC實驗室實驗室余季金余季金 目 錄1 離子色譜概述離子色譜概述2 離子色譜離子色譜- -柱分離的基本原理柱分離的基本原理1 1 離子色譜概述離子色譜概述1.1 色譜的由來 俄國植物學(xué)家Tswett（茨維特）：1903年提出色譜（Chromatogrphy）。實驗：玻璃管 - 碳酸鈣 - 植物綠葉的石油醚萃取液 - 色素被吸附 - 純凈的石油醚洗脫 - 管內(nèi)圈狀的色帶 - 色譜。 新型固定相發(fā)展，和氣體、液體以及超臨界流體作為可動相的使用，色譜逐漸成為最為有效的分離分析手段。 離子色譜是色譜技術(shù)的一個分

2、支。 1.2 離子色譜的定義和發(fā)展 離子色譜IC是高效液相色譜的一種。是以分析離子為主的一種液相色譜方法。 現(xiàn)代IC的開始源于H.Small及其合作者的工作，他們于1975年發(fā)表了第一篇IC論文，采用第二根柱-抑制柱來提高分析的靈敏度，同年商品化儀器問世。 1979年Fritz等人提出了另一種分離分析無機陰離子的方法，不采用抑制柱，即非抑制型離子色譜。 早期的離子色譜主要用于陰離子分析，現(xiàn)在在無機和有機陰、陽離子及高極化分子分析 起到了重要的作用。例如： 離子色譜在對元素不同價態(tài)的分析及在線濃縮富集和基體消除方面有其優(yōu)勢。 在強堿性介質(zhì)中，單糖和低聚糖以陰離子方式存在，用安培檢測器，直接進樣檢

3、測濃度可達pmol/L。 離子色譜可用于氨基酸分析，無須衍生，用安培檢測器，檢測濃度可達pmol/L。 采用多維分離柱（離子交換、離子對、反相分離機理），可同時分離離子型和非離子型化合物。 淋洗液在線發(fā)生器-只加水模式（KOH型, etc） 國產(chǎn)在線離子色譜分析Pb 離子等（Puren）1.3 離子色譜的優(yōu)點快速、方便： 對常規(guī)的7種陰離子(F- 、 Cl- 、 Br- 、 NO2- 、 NO3- 、 SO42 - 、 PO43- ) ，6種常見的陽離子(Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+)分析時間小于10min。靈敏度高： 分析濃度為ug/Lmg/L，最低可達10-12g/L

4、。選擇性好，且可同時分析多種離子化合物。分離柱的穩(wěn)定性好，容量高： 苯乙烯/二乙烯苯填料 高PH及有機溶劑穩(wěn)定 1.4 青島離子色譜技術(shù)發(fā)展 青島普仁儀器公司是中國離子色譜后起之秀，其主要技術(shù)負責(zé)人對離子色譜儀的研制己有20年的歷史。 繼PIC-8, PIC-9之后, 普仁隆重推出PIC-10型PHIC。 顧客可從中繼續(xù)感受到PIC系列優(yōu)異的性能 /價格比和良好的售后服務(wù)。 普仁普仁PIC-8型離子色譜儀主機 PIC-8 離子色譜儀套機 PIC-9 離子色譜儀主機 PIC-10 套機套機 PIC系列的主要性能特點 高壓泵(機械控制或電子控制兩種機型) 多種色譜柱選擇（無機陰離子柱和陽離子柱等

5、高效的陰離子電化學(xué)自再生抑制器 準(zhǔn)確溫度控制系統(tǒng) 電化學(xué)檢測器(電導(dǎo)、伏安檢測器等) HWIC-Work Station 色譜工作站 可分析各種無機、有機陰陽離子及糖等有機極性分析。 2 離子色譜離子色譜- -柱分離的基本原理柱分離的基本原理 2.1 離子色譜的柱填料及類型 一些天然化合物如沸石和微晶高嶺土，可以無機離子交換劑。 HPLC中在硅膠表面鍵合離子交換劑（SAX，SCX型），其特點是耐壓。但PH范圍窄，2-8。 HPIC中采用苯乙烯-二乙烯苯共聚的離子交換樹脂。 其特點是交換迅速，在寬PH范圍內(nèi)穩(wěn)定，有較好的機械強度，但柱效比硅膠柱低。 薄殼型陰交離子換樹脂的結(jié)構(gòu) 離子色譜的柱類型

6、陰離子交換柱 陽離子交換柱 離子排斥柱 多維色譜柱 糖柱 氨基酸柱、DNA柱、蛋白柱Column 柱Separ.Mode 分離模式Analytes 分析物進口- 系列常規(guī)陰柱 Anion exchangeSolvent compatible Fast analysis of inorganic anions including fluoride, acetate, chloride,nitrite,bromide, nitrate, phosphate, and sulfate. Excellent resolution of fluoride, acetate, glycolate and

7、formate.國產(chǎn)NJ,YIC系列陰柱 Anion exchangeSolvent compatibleGeneral purpose inorganic anion separations; fluoride, chloride,nitrite, phosphate, bromide, nitrate, sulfate; mono- and divalent organic acids with borate gradient.IonPac AS5與性能同類 Anion exchange Oxyanions, EDTA complexes, iodide, hiocyanate, thio

8、sulfate.IonPac AS7與性能同類 Anion exchange Hexavalent chromium; iodide, sulfide and cyanide; polyvalent complexing agents such as polyphosphates, EDTA, NTA; arsenic speciation.IonPac AS9-SC性能與同類 Anion exchangeSolvent compatibleCommon inorganic anions including oxyhalides; fluoride, chlorite,bromate, chl

9、oride, nitrite, phosphate, bromide, chlorate, nitrate, sulfate.IonPac AS9-HC與性能同類Anion exchangeSol。compatHigh capacity. Trace-level oxyhalides and common inorganic anions including fluoride, chlorite, bromate, chloride, nitrite, phosphate,bromide, chlorate, nitrate, sulfate.ColumnSeparation Mode Ana

10、lytesIonPac AS12A與性能同類 Anion exchangeSolvent compatible Ideal for fluoride; general purpose separation of common inorganic a n i o n s , i n c l u d i n g o x y h a l i d e s ; f l u o r i d e , chlorite,bromate,chloride,nitrite,phosphate, romide, chlorate, nitrate, sulfate; mono- and divalent organ

11、ic acids with borate gradient.IonPac AS10與性能同類 Anion exchangeSolvent compatible High capacity. Trace-level anions in high ionic strength matrices;fluoride, acetate, formate, selenite, chloride, nitrite, phosphate, bromide,nitrate, sulfate, oxalate, selenate, and arsenate.IonPac AS11 與性能同類Anion excha

12、ngeSolvent compatibleMono-, di-, and trivalent aliphatic acids and inorganic anions with hydroxide gradient, Krebs Cycle acids; highly charged anions such as polyphosphates, polysulfates, and polycarbonates; hydrophobic ions such as iodide, thiocyanate, thiosulfate, and perchlorate; nucleotides.IonP

13、ac AS11-HC與性能同類Anion exchangeSolvent compatible High capacity. Mono-, di-, and trivalent aliphatic acids and inorganic anions with hydroxide gradient. Ideal for trace components in concentrated samples without overloading. Profiling organic acids in uncharacterized samples.IonPac AS15與性能同類 Anion exc

14、hangeSolvent compatible High capacity. For trace level inorganic anions and low molecular weight organic acids in high purity water including fluoride, glycolate, acetate, formate, chloride, bromide, nitrate, and phosphate. Ideal for large loop injection or sample concentration.ColumnSeparation Mode

15、 Analytes進口陽柱IonPac CS5A等Cation & anion exchangeTransition and lanthanide metals.國產(chǎn)陽柱 Cation exchangeMono- and divalent inorganic cations : K+, Na+, NH4+, Ca2+ & Na+ , etcIonPac CS11 等Cation exchangeSolvent compatibleMono- and divalent inorganic cations and amines; morpholine; manganese; use

16、s HCl/DAP eluent.IonPac CS12A 等 Cation exchangeSolvent compatibleGeneral purpose inorganic cation separations, alkylamines, alkanolamines;uses sulfuric acid, methanesulfonic acid or hydrochloric acid eluent.IonPac CS14 等 Cation exchangeSolvent compatibleAlkylamines, aromatic amines, polyamines, quat

17、ernary ammonium ions;uses methanesulfonic acid or hydrochloric acid eluent.IonPac CS15 等 Cation exchangeSolvent compatibleTrace ammonium in environmental samples; trace sodium in cooling waters; ethanolamine and other amines in chemicals and cooling waters.2.2 離子色譜的基本原理 2.2.1 簡介 離子色譜是高效液相色譜的一種模式，其定義

18、同高效液相色譜?，F(xiàn)代離子色譜(HPIC)與經(jīng)典的離子交換色譜在進樣方式，分離類型和檢測系統(tǒng)上，有很大的進展。 HPIC以離子交換機理為主，以電導(dǎo)為主要檢測器，主要檢測對象早期為無機陰離子和陽離子，后應(yīng)用到其它領(lǐng)域。 抑制器的使用, 提高了分析靈敏度（另有講解）。離子交換可逆平衡（無機陰離子為例） 在無機陰離子分析中, 含碳酸根和碳酸氫根陰離子的流動相溶液通過陰離子交換柱, 樹脂上帶正電荷的季銨功能基全部被碳酸根占領(lǐng)。當(dāng)被分析的陰離子A- 等進入色譜柱, 則在樹脂功能基位置上發(fā)生淋洗劑陰離子與樣品陰離子A- 等的離子交換可逆平衡。如下式： （接上）反應(yīng)式反應(yīng)式 Resin-NR3+ HCO3 +

19、 A- Resin-NR3+A- + HCO3-（接上） 不同陰離子與季銨功能基之間的電荷吸引力不同, 個體即具有不同的保留時間的特性，總體上表現(xiàn)了不同種離子的不同分離程度，因此不同陰離子的色譜峰能相互分開，藉此可進行定性分析。各種離子的濃度不同，形成的峰高（或峰面積）不同，且與各自的濃度成正比，藉此可進行定量分析。 （接上） 陽離子交換樹酯上的功能基為磺酸基。所用的淋洗液為酸性物質(zhì)，如低濃度硫酸溶液等。其分離作用機理，可予類推。（接上） 固定相基團對被分析的離子的吸引，有一定的選擇性。不同的選擇性，有利于被分析物的分離。 分離過程是個動態(tài)過程。在此過程中，離子處于被吸著和頂替出的雙重變化狀態(tài)

20、。從總體上看，它們在固定相上的濃度和在流動相里的濃度存在著一定的比例，即分配系數(shù)。 （接上） 每根分離柱里所裝的樹酯顆粒數(shù)是巨大的。從橫斷面的概念來看，一根柱子里的樹酯柱體，是由數(shù)量眾多的薄層有序的堆積而成。每層象一塊板，通常稱踏板。在一定柱長時，每個板厚度越薄，所含的踏板數(shù)就越多。柱子對被分析物的分離度就越高，即柱效也就越高。 色譜發(fā)展史上百年的經(jīng)驗積累，上升為理論，并形成為系統(tǒng)的可指導(dǎo)實踐的計算公式。2.2.2 涉及基本理論的公式（1）分配系數(shù)：物質(zhì)的分配系數(shù)：物質(zhì)在固定相中的濃度：物質(zhì)在流動相中的濃度 KsCmCmCKsC （2）保留時間 SRttt0：保留時間 ：死時間：溶質(zhì)保留時間R

21、t0tSt（3）容量因子00RVV - V k：色譜柱的容量因子：總保留體積 ：空保留體積 kRV0V（4）峰高峰高橫坐標(biāo)的某一位置峰高極值標(biāo)準(zhǔn)偏差x xx0y0 2y -x -y e 2 1 22yy（5）分離度Rt 分離度R為兩峰保留時間差與兩峰峰底寬平均值之商。 R=2時，兩峰完全達到基線分離。若兩組份濃度相差不大，R =0.5，即可看出峰頂分開。 為半峰距。21R21R1R2w wt 2 2w w t - t R（6）選擇性系數(shù)被定義為兩色譜峰真實保留時間之比。 t - t t - t t t 0R10R2s1s2（7）理論塔板數(shù)2wt 16 NR：理論塔板數(shù)：保留時間：峰底寬NRt

22、w（8）有效塔板數(shù)2seffwt 16 N：有效塔板數(shù)：真實保留時間st eff N（9）有效理論塔板高度effeff NL H：有效理論塔板高度：色譜柱長eff HL（10）柱分離度：柱分離度：柱效：選擇性系數(shù)：容量因子R1 1 41 RkkN kN（11） 柱效 k為分離度為選擇性系數(shù)，表示固定相對離子的選擇能力為容量因子2 2 21- 1 R 16 NkkRN 為柱效：峰總展寬：渦流擴散引起展寬：縱向擴散引起展寬：流動相傳質(zhì)阻力引起展寬：固定相中傳質(zhì)阻力引起引起展寬（12） 速率理論速率理論 范第姆特理論塔板高塔板高 度度方程 （Van Deemter Equation）2 l2s 2 m2 e2 LLHmle2s2 222 （13）塔板高塔板高 度度（Van Deemter Equation） 簡式vC vB A H（當(dāng)其他色譜條件確定,只有流速是變量時成立。）第一項 A 與流速無關(guān)。第二項 表示溶質(zhì)分子縱向擴散引起的好譜帶展寬。第三項 表示流動相和固相中傳質(zhì)阻力引起的譜帶展寬。vBvC 快快中等中等慢慢TemporalTemporal course course淋洗液淋洗液 A. 高效離子交換離子交換色譜法（HPIC）：分離是基于發(fā)生在流動相和鍵合在基質(zhì)上的離