高效离子色谱仪的结构与实验技术

  高效离子色谱仪有非抑制型离子色谱仪和抑制型离子色谱仪。没有流动相抑制系统的高效离子色谱仪称为非抑制型离子色谱仪，带流动相抑制系统的高效离子色谱仪称为抑制型离子色谱仪。

        高效离子色谱仪的基本构造和工作原理与高效液相色谱仪基本相同，所不同的是高效离子色谱仪的检测器通常不是紫外可见光吸收检测器，而是电导检测器；色谱柱通常不是高效液相色谱仪所用的吸附型硅胶柱和分配型ODS柱，而是离子交换剂填充柱；高效离子色谱分析，特别是抑制型离子色谱分析往往用强酸性或强碱性物质作流动相，仪器流路系统耐酸碱的要求更高。

        非抑制型离子色谱分析中，高压输液泵将流动相以稳定的流速或压力输送至分离体系，样品在色谱柱之前通过进样器导入，流动相将样品带入色谱柱，在色谱柱中各组分被分离，并依次随流动相流至检测器，数据处理系统对检测信号进行记录、处理和保存。非抑制型离子色谱仪不用抑制器和输送再生液的高压泵。

        抑制型离子色谱仪是在电导检测器之前增加一个抑制系统，即用另一个高压输液泵将再生液输送至抑制器，在抑制器中，流动相背景电导被降低，然后将流出物导入检测器。

*节 高效离子色谱仪的结构

        高效离子色谱仪与高效液相色谱仪一样，一般也是先做成一个个单元组件，然后根据分析需要将各个单元组件组合起来。zui基本的单元组件是流动相容器、高压输液泵、进样器、色谱柱、检测器和数据处理系统，也可根据需要配置流动相在线脱气装置、梯度洗脱装置、流动相抑制系统、柱后反应系统和全自动控制系统等。

一、流动相容器：

        流动相容器通常由一个或多个聚乙稀或硬质玻璃瓶组成。

        应经常清洗流动相容器和过滤头，经常更换流动相。

二、高压输液泵：

        高压输液泵的作用是将流动相以稳定的流速或压力输送至色谱分离系统。高压输液泵的稳定性直接关系到分析结果的重现性和准确性，是高效离子色谱仪的关键部件之一。高压输液泵有恒压泵和恒流泵，常用的有气动放大泵、单柱塞往复泵、双柱塞往复泵和往复式隔膜泵等。

三、进样器：

        进样装置有手动进样器和自动进样器。

四、色谱柱：

        色谱柱是实现分离的核心部件，要求柱效高、柱容量大和性能稳定。

        标准柱内径为4mm，小内径柱内径为2mm。柱长通常在50～100mm，比高效液相色谱柱短。柱内填充粒径5～10μm的球形颗粒填料。

        在微量离子色谱中也用到内径为数十纳米的毛细管柱（包括填充型和内壁修饰型）。

        色谱柱是有方向的，安装和更换时一定要注意。

        高效离子色谱仪需用保护柱和恒温装置。

五、检测器：

        高效离子色谱中应用zui多的检测器是电导检测器，其次是紫外可见光吸收检测器、衍生化光度检测器、安培检测器、荧光检测器和在高效液相色谱中几乎不被重视的原子发射检测器。

  1、非抑制型电导检测器：

        高效离子色谱的分析对象和使用流动相都是离子型物质，不同离子溶液的导电性不同。电导检测器的检测信号与样品中待测离子的浓度成正比。

        非抑制型电导检测是直接测定色谱柱流出物的电导。流动相中的离子主要是淋洗离子和与之平衡的反离子，其电导值称为背景电导。进样后，当待测组分通过检测池时，测得的电导是淋洗液离子及与之平衡的反离子、待测离子及与之平衡的反离子共同的电导。非抑制型离子色谱使用流动相是低电导、浓度为数mmol/L的有机酸或有机酸盐溶液，从色谱柱流出的溶液直接进入电导检测器。当样品加入后，样品带随流动相到达色谱柱，待测组分在交换基团上与淋洗离子竞争，达到zui初的离子交换平衡，被交换下来的淋洗离子和待测离子的反离子迅速通过色谱柱到达检测器，在色谱图上对应死体积（死时间）的位置出现一个称为水跌的色谱峰（又称水峰）。各待测组分在色谱柱中的保留不同，依次流出色谱柱，此时流动相中待测离子的浓度增加，同时有等摩尔的淋洗离子交换到固定相中，由于待测离子和淋洗离子的摩尔电导率不同，这时流动相的电导不同于背景电导，这种电导的变化以色谱峰的形式记录下来。如果淋洗离子的摩尔电导率比待测离子小，则在色谱图上出现正峰，阴离子通常是这种情况。

        对于阳离子分析，阳离子交换色谱流动相中的淋洗离子一般是H⁺，其极限摩尔电导率（离子的摩尔电导率随溶液浓度的变化而变化，在无限稀释情况下，离子的摩尔电导率达到zui大值，此zui大摩尔电导率称为极限摩尔电导率）远比一般阳离子大，阳离子通常产生负峰。实际分析中，可通过改变电导检测器的输出极性，使负峰变成易于处理的正峰。很多体系中，在待测离子峰之后会出现一个系统峰。系统峰往往会给分离带来负面影响，目前还无法完全消除，一般可通过调节流动相pH值来抑制系统峰的大小和调节系统峰的出峰位置，使其对分析无干扰。

  2、抑制型电导检测器：

        抑制型电导检测离子色谱分析使用的是强电解质流动相，如分析阴离子用Na₂CO₃和NaOH，分析阳离子用稀硝酸和稀硫酸等。这类流动相的背景电导高，且待测离子以盐的形式存在于溶液中，检测灵敏度很低。为提高灵敏度，需用抑制器来降低流动相的背景电导和增加待测组分的电导。

        zui初使用的抑制器是抑制柱，目前使用较多的空心纤维管和微膜抑制器。常用的抑制器是通过连续输送再生试剂使抑制器始终保持抑制功能，分析阴离子时通常用稀硫酸（10～20mmol/L）作再生试剂，分析阳离子时通常用稀NaOH溶液作再生试剂。

        随着离子色谱抑制技术的发展，无需使用再生试剂的自动再生电解抑制器已得到广为应用。阴离子分析用的电解型阳离子抑制器的工作原理是将水电解生成H⁺和OHˉ，只有H⁺能通过阳离子交换膜进入流动相（NaOH水溶液）中，将NaOH中和，使流动相变成难离解的H₂O，使背景电导降低，检测灵敏度提高。电解型阴离子抑制器采用阴离子交换膜（只有OHˉ能通过），可抑制约100mmol/L的酸或碱流动相的背景电导。当用NaOH作流动相时，从抑制器中出来的流动相变成了纯水，完全可将通过检测池后的流出液循环至抑制器再生室作电解水源。以强碱（如NaOH）作流动相的阴离子分析和以强酸（如HCl）作流动相的阳离子分析占高效离子色谱分析的大部分，自动再生电解抑制器的应用价值很大。

        自动再生电解抑制器在操作上非常方便，可用于梯度洗脱。

六、数据处理系统：

        常用数据处理系统有色谱数据处理机和色谱工作站。

第二节 高效离子色谱仪实验技术

一、溶剂和样品的预处理：

  1、去离子水的制备：

        高效离子色谱分析所用水应是经过蒸馏的去离子水，通常称为重蒸去离子水或二次蒸馏水。

  2、流动相的配制和过滤：

        配制流动相时一定要用重蒸去离子水，以防离子污染。配制好的流动相要用0.45μm以下孔径的滤膜过滤，防止流动相中有固体小颗粒堵塞流路。流动相放置一段时间后可能会因微生物的作用而出现絮状物，因此，流动相一次不能配制太多，zui好现配现用。

  3、流动相的脱气：

        流动相在过滤之后要进行脱气。

  4、样品的预处理：

        样品的预处理方法有很多种，常用的有液液萃取、固相萃取、微渗析、超滤和超临界流体萃取等。高效离子色谱中的样品溶液和标准溶液的配制一般都要用重蒸去离子水，配制好的样品溶液和标准溶液也都要用0.45μm以下孔径的滤膜过滤。样品溶液和标准溶液放置时间不宜过长，zui好现配现用。

二、分离和检测方式的选择：

        分析前首先应了解待测化合物的分子结构和性质以及样品的基体情况，如是无机还是有机离子、是酸还是碱、是亲水还是疏水、离子的电荷数、是否为表面活性化合物等。待测离子的疏水性和水合能是决定选用何种分离方式的主要因素。

        水合能高和疏水性弱的离子，如Clˉ和K⁺，zui好选用离子交换色谱分离。

        水合能低和疏水性强的离子，如高氯酸（ClO₄ˉ