11 第十一章 离子色谱法.ppt

第1页：第十一章离子色谱法

第十一章离子色谱法

• 离子色谱的基本构成
• 分离与检测的基本原理和特征分离柱、抑制器
• 离子色谱的使用要点

第2页：用于分析的一种分离技术离子型物质:

什么是离子色谱?ω利用色谱技术测定离子型物质的方法色谱: 用于分析的一种分离技术离子型物质: 在水溶液中电离,具有+ 或–电荷的元素•阴离子:Cl-,NO2-,SO42-,CrO42-•阳离子:Na+,NH4+,Ca2+,Fe3+

第3页：色谱分离的洗脱顺序

慢中等快色谱分离Temporal course淋洗液

第4页：离子色谱的提出与标准方法

离子色谱(IC)是ω1975 由H.Small 等人.(Dow chemical)首次提出

• 用于测定氯离子和硫酸根ω许多国家将离子色谱法作为标准方法
• 中国:GB 饮用天然矿泉水水检试方法, ;工业循环冷却水中阴、阳离子的测试方法等… 。
• 美国:USEPA (US Env. Protect Agency),ASTM (America Society for Testing and Materials),ISO(International Organization for Standardization)

第5页：离子色谱的应用领域

电力冷却水/ HPW锅炉蒸汽中的杂质食品/ 饮料酒/ 饮料/ 糖果饮料中有机酸造纸. /纸浆纸浆液・处理水张纸和液体中的离子农业肥料/土壤/ 植物/等土壤中离子医学血液/ 尿尿中草酸化妆品化妆品/ 清洁剂/ 洗发液化妆品液体中的阴离子制药化学/ 液体化学品中的重金属应用领域领域环境. / 污染雨水/河水/ 大气/ 污水雨水中离子城市用水自来水/ 水源自来水中消毒副产物样品应用化学品设备提取物/ 聚合物环氧类粘合剂中的阴离子电子/ 半导体高纯水・晶片冲洗水高纯水中的离子型杂质金属/ 钢材表面处理液・镀槽・冷却水电镀槽中的抗坏血酸

第6页：离子色谱的基本流程

离子色谱的基本流程图淋洗液泵色谱柱检测器泵液分离检测记录F-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-进样阀抑制器检测池进样

第7页：离子色谱的特点

离子色谱的特点ω不同的操作者都可得到好的样品分析重现性ω经过稀释、过滤后可以测定多种样品ω多价态可氧化元素(NO2-& NO3-, SO32-&SO42-etc.), ω不同价态离子(Fe3+& Fe2+,Cr3+& Cr6+etc.)ω可单独测定某种离子.(通常为同时测定)

第8页：离子色谱的基本构成

离子色谱的基本构成

• 样品进样:样品环进样
• 分离:离子交换分离
• 检测:电导检测(抑制型)

第9页：定量环进样过程

开始分析废液样品淋洗液至分离柱进样阀样品装样废液淋洗液至分离柱定量环进样(LOAD)(INJECT)样品环

第10页：分离的方式

分离的方式

• 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
• 离子抑制(RP) :在特定pH下的疏水性
• 反相:疏水性
• 离子交换:离子价态和离子半径

第11页：分离的方式·SO42-CO3

SO42-CO32-CO32-HCO3-HCO3-HCO3-HCO3-HCO3-++++++++++++SO42-CO32-SO42-CO32-CO32-HCO3-HCO3-HCO3-HCO3-Cl-++++++++++++Cl-HCO3-CO32-CO32-CO32-HCO3-HCO3-HCO3-HCO3-HCO3-++++++++++++CO32-SO42-HCO3-Cl-SO42-Cl-HCO3-CO32-CO32-HCO3-HCO3-CO32-CO32-CO32-HCO3-HCO3-HCO3-HCO3-Temporal course离子交换分离机理CO32-HCO3-CO32-HCO3-CO32-HCO3-HCO3-CO32-HCO3-CO32-++++++++++++HCO3-SO42-CO32-CO32-HCO3-HCO3-HCO3-Cl-++++++++++++

第12页：分离的方式·SO3-SO3-

SO3-SO3-SO3-SO3-N+R3N+R3N+R3N+R3N+R3N+R3N+R3N+R3N+R3N+R3N+R3N+R3阴离子交换树脂(乳胶型)5μm++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

第13页：分离的方式·COO-COO-

COO-COO-COO-COO-COO-COO-COO-COO-COO-HPO3-HPO3-HPO3-HPO3-HPO3-HPO3-HPO3-阳离子交换树脂(接枝型)

第14页：阴离子分离的色谱条件

分离阴离子Column:IonPacAG12A / AS12AEluent:2.7mM Na2CO30.3mM NaHCO3Flow rate:1.2mL/minDetection:Conductivity(ASRSRecycle mode)0246810121416Retention time(min)08mSF-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-

第15页：阳离子分离的色谱条件

Column :IonPac CS12A, CG12AEluent :20 mMMethanesulfonic acidFlow rate :1.0 mL/minDetection :Conductivity(CSRSRecycle mode)分离阳离子02468101214Retention time (min)01234Na+NH4+K+Mg2+Ca2+µS

第16页：离子排斥的分离机理

离子排斥法分离机理SO3-H+COO-H+SO3-SO3-H+SO3-H+SO3-H+COO-H+COO-H+H2OH2OH2OH2OH2OH2ODonnan membraneH+Cl-2H+(COO-)2(COOH)2SO3-H+H+CH3COO-CH3COOH固定相流动相

第17页：离子排斥色谱法的分离机理1

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

第18页：离子排斥法分离有机酸

Column:IonPacICE AS1Eluent:0.4 mM Octonesulfonic acidFlow rate:1.0 mL/minSuppressor:AMMS-ICEⅡRegenerator liquid:5mM TBAOH/50mM H3BO3Detection:Conductivity离子排斥法分离有机酸20100保留时间(min)0µS5123451.甲酸2.乙酸3.丙酸4.丁酸5.戊酸

第19页：分离的方式

Mobile phaseTBAOH/ACN/H2OSampleY+ X-H2OH2O固定相TBA+OH-Y+ X-Y+ X-(TBA+X-)(TBA+X-)(TBA+X-)(TBA+X-)TBA+OH-ACNACNACNACNACNACNACNTBA+ OH-TBA+ OH-疏水相亲水相反相离子对分离机理Y+OH-

第20页：反相离子对的分离机理1

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。

第21页：反相离子对的洗脱体系

Column :IonPac NS1、NG1Eluent :2 mM TBAOH,24%~48% CANgradientin 10 minFlow rate :1.0 mL/minDetection :Conductivity (suppressor type)(ASRS MPICMode)Regenerator : 10 mN H2SO41. Methanesulfonic acid 5.0 μg/mL (ppm)2. 1-Propanesulfonic acid 8.63. 1-Butanesulfonic acid8.74. 1-Hexanesulfonic acid 8.85. 1-Heptanesulfonic acid 8.96. 1-Octanesulfonic acid 8.97. 1-Decanesulfonic acid 9.10Retention time (min)

第22页：检测方式

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

第23页：电导检测器

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

第24页：抑制器的作用

抑制器的作用废液Back Ground:Na2CO3/ NaHCO3(700μS)NaF,NaCl,NaNO3Na2HPO4,Na2SO4~~Retention timeConductivityNaFNaClNaNO3Na2HPO4Na2SO4Back Ground:Na2CO3/ NaHCO3(700μS)~~Retention timeConductivityHFHClHNO3H3PO4H2SO4Retention timeBack Ground:H2CO3 (15μS)Conductivity

第25页：抑制器的作用·抑制器ω安装在电

抑制器ω安装在电导池之前ω提高待测离子的电导率:提高灵敏度Na+,Cl-H+,Cl-ω降低背景电导(淋洗液) :减少噪音Na+,HCO3-H2CO3Na+,OH-H2O

第26页：离子的极限摩尔电导值

第27页：抑制器的结构

电极-电极+离子交换膜离子交换膜淋洗液格网再生液格网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

第28页：阴离子抑制器的工作原理

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H2OH2OOH-Na+Y+H2O Na+Y+X-Na+CO32-(样品,淋洗液)H+H++ CO32-H++X-至检测器H2CO3H+X-H++ O2H2OH2+ OH-H2ONa+OH-, H2H2O , O2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

第29页：样品中的阴离子Y+:样品中的阳离子电

H2OH2OH++ O2H2OH2+ OH-H2O废液/气体废液H2O SO42-Y+X-H+MSA-(样品e,淋洗液)OH-OH-MSA-SO42-X-OH-MSA-SO42-X-H+MSA-, O2H2O, H2H++ OH-Y++ OH-H+抑制器的工作原理(阳离子)至检测器H2OY+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

第30页：循环再生模式流程

淋洗液泵进样阀柱抑制器检测池废液反压管电源循环再生模式流程图

第31页：外加水模式流程

溶離液泵柱废液废液外加水模式流程图纯水电源加压进样阀抑制器检测池反压管

第32页：化学再生模式流程

溶離液泵柱废液废液再生液化学再生模式流程图加压进样阀抑制器检测池

第33页：饮用水的电导检测色谱图

饮用水的电导检测色谱图

05.0010.0015.00Retention time(min)05.010.015.020.0uSColumn:IonPacAG12A / AS12AEluent:2.7mM Na2CO30.3mM NaHCO3Flow rate:1.2mL/minDetection:Conductivity(ASRSRecycle Mode)电导检测(样品:饮用水)F-Cl-NO3-SO4-

第34页：碘离子的电化学检测

碘离子的电化学检测

30nA-10Retention time (min)0246810I-Column:IonPac AS11, AG11Eluent:5mM HNO3Flow rate:1.5 mL/minDetection:DCamperometry(Ag Electrodes,0.05V supply)电化学检测(1)

第35页：糖类化合物的脉冲安培检测

糖类化合物的脉冲安培检测

2012150100nC13456963Column:CarboPac PA10Eluent :18 mM NaOHFlow rate:1 mL/minDetection:Pulsed amperometry,Gold electrodes(each 1 nmol)component : 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)

第36页：离子色谱分析示例

UV/VIS检测Column:IonPac CS5A, CG5AEluent:7mM PDCA, 66mM KOH5.6mM K2SO4, 74mMFormic acidFlow rate:1.2 mL/minDetection:Absorbance, 530 nm(+Post column derivative)Deriv. Solution:0.2mM PAR, 1.0M DMAE0.5M NH4OH , 0.3M NaHCO302468101214Retention time (min)0.0AU0.2Fe3+Cu2+Ni2+Zn2+Co2+Cd2+Mn2+Fe2+

第37页：柱后衍生与金属离子检测

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Fe3+Cu2+Ni2+Zn2+Co2+Mn2+Fe2+Cd2+UV/VIS 检测器记录

第38页：操作步骤与仪器稳定

操作步骤(1)ω启动仪器与仪器的稳定

• 提供一定压力的氮气并检查压力是否合适
• 系统中有淋洗液流出,并进入了抑制器•淋洗泵中无气泡
• 确认系统中无液体/气体泄漏
• 确认系统有稳定的压力与背景电导ω开始测定
• 用注射器注入标准或者样品

第39页：校正曲线与定量计算

Conc. of standard标准响应值操作步骤(2)ω定量计算

• 根据标样制作校正曲线. 以此为标准计算样品中的待测离子component: sulfate; approximation: linearmethod: c:\peaknet\method\as14.met; renewal: 97/05/23 10:24:26Correlation coefficient = 1.000000Concentration = 8.731e-006 response + 0Quantification method: external standardQuantification standard:area0.005.0010.015.020.0浓度(ppm)0.005.00e+51.00e+61.50e+62.00e+62.50e+6响应样品响应值Conc. of sample

第40页：如何获得可靠的分析结果

如何获得可靠的分析结果

• 了解可能影响色谱分析结果的各种干扰因素
• 配制淋洗液、标准液所使用水和试剂的纯度
• 了解所使用的预处理方法的优/缺点
• 仪器应进行例行保养

第41页：影响分析结果的色谱条件

色谱柱、淋洗液的温度ω淋洗液的浓度与组成ω淋洗液的流速ω淋洗液中的杂质影响色谱分析的各种条件

第42页：一价离子快速洗脱二价离子较慢洗脱

一价离子快速洗脱二价离子较慢洗脱

• 温度增加02468101214202530354045Temp.℃)Retention time (min)F-Cl-NO2-Br-NO3-HPO42-SO42-色谱柱、淋洗液的温度

第43页：淋洗液浓度与保留时间

淋洗液浓度vs.保留时间0481216208mM9mM10mM11mM12mM13mM浓度(MSA)Retention time (min)Na+NH4+K+Mg2+Ca2+

第44页：淋洗液组成与保留时间

淋洗液的组成vs.保留时间04812162000.110.220.33Comp. ratio (NaHCO3/Na2CO3)Retention time (min)F-Cl-NO2-Br-NO3-HPO42-SO42-

第45页：影响分析结果的条件

影响分析结果的条件

100µS0% ACN20% ACN50% ACN12345671234567010Retention time (min)12,34567101000µSµS1.F-2.Cl-3.NO2-4.Br-5.NO3-6.HPO42-7.SO42-淋洗液中有机溶剂的影响Ex) AS4A-SC column

第46页：淋洗液流速与峰面积

淋洗液的流速(面积)0200040006000800010000120000.511.52Flow rate(mL/min)AreaF-Cl-NO2-Br-NO3-HPO42-SO42-ω流速增加各组份的峰面积减少

第47页：淋洗液杂质的影响

淋洗液中杂质的影响正常淋洗液淋洗液被Cl 沾污-1 5uSCl -: 0.5μg/ml背景电导:13μS0.005.0010.00-42 uSRetention time (min)背景电导:56μS

第48页：离子色谱使用的水与试剂

离子色谱使用的水与试剂

• 纯度尽可能高
• 高纯水:电阻率≧17MΩ、0.22μm 滤膜过滤:JIS K0557(Water used for industrial water and wastewater analysis):淋洗液脱气(真空和搅动)
• 试剂:尽可能使用优级纯:配标准的试剂应预先干燥

第49页：淋洗液的配制与保存

淋洗液的配制与保存ω阴离子淋洗液的配制

• 碳酸盐(AS4A, AS12A, AS14 等.)配100x 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ω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1M的储备液)ω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

第50页：标准溶液的配制与保存

标准的配制与保存ω配制1000 mg/L储备标准溶液

• 阴离子标准取钠盐,阳离子标准取氯化物,称取适量,用高纯水稀释
• 储备液(g) 100 ml:0.1 x(盐的分子量)/(离子的分子量)ω配制混合标准溶液
• 汲取适量的储备液,用高纯水稀释至刻度,摇匀ω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)
• ppm浓度的混合标准不能长期保存,应经常配制.
• ppb浓度的混合标准应在使用前临时配制

第51页：样品处理：过滤与稀释

样品处理ω过滤

• 样品中除去颗粒物
• 用0.45μm 或0.22μm 滤膜
• 用高纯水冲洗滤膜,以减少沾污ω稀释
• 待测物浓度较高时,应预先稀释.
• 降低干扰物的浓度.ω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

第52页：颗粒直径与过滤方法

颗粒直径与过滤方法

颗粒直径(μm)vs.过滤方法641Precipitated Air DustFloating Air DustBacteriumVirusPollenCarbon BlackMistSmokeFermentProteinBacillusPyrogenEnzymeMacro FiltrationMicro FiltrationUltra FiltrationReverse OsmosisMean MW(x 10,000)10040200.80.40.10.060.040.010.0080.0040.0020.0010.000510,0001,0001001010.1

第53页：过滤器沾污

过滤器沾污

• 评估的方法
• 用高纯水冲洗过滤器
• 汲取高纯水每1ml一次
• 按1st, 3rd, 5th 的顺序测定水中的离子浓度

第54页：样品处理

1mlHydrophilicPTFE1mlPTFE1mlHydrophilicPolysulfon1mlPolysulfon1mlCellulosenitrate1mlFP3ml3ml3ml3ml3ml3ml5ml5ml5ml5ml5ml020040060080010005mlSO42-HPO42-NO3-NO2-Cl-ppb1200过滤器沾污(测定结果)

第55页：预处理柱的类型与用途

预处理柱ωOn Guard Ag:Ag 型阳离子交换树脂

• 除卤素Cl-ωOn Guard H:H 型阳离子交换树脂
• 除阳离子ωOn Guard A:HCO3 型阴离子交换树脂
• 除阴离子ωOn Guard RP:二乙烯基苯聚合物
• 去除疏水性物质如表面活性剂ωOn Guard P:聚乙烯-吡硌烷酮聚合物
• 去除苯酚、染料ωOn Guard Ba:Ba 型阳离子交换树脂
• 去除硫酸根

第56页：准备进样萃取1萃取2固相萃取

准备进样萃取1萃取2固相萃取

第57页：预处理柱处理前后的色谱图

预处理柱处理前后的色谱图

02468101214Retention time (min)010mS02468101214Retention time (min)010mS123456713567处理前预处理柱OnGuard-Ag处理后1.F-2.Cl-3.NO2-4.Br-5.NO3-6.HPO42-7.SO42-

第58页：预富集的操作步骤

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

第59页：预富集浓缩进样测定

预富集浓缩进样测定

预富集浓缩进样测定Separate column :IonPac AS4A,AG4AEluent :1.8mM Na2CO3/1.7mM NaHCO3Flow rate :1.5 mL/minConc. column:TAC-2 Injection volume:10 mLDetection :Conductivity (suppressor type)0.005.0010.00-15 uSRetention time (min)1234561. Cl-2. NO2-3. Br-4. NO3-5. HPO42-6. SO42-4 ng/mL(ppb)1010152520