离子色谱简介

一、离子色谱基本概念

　　1、离子色谱的含义

　　离子色谱是一种通过检测液体中阴阳离子的常量以及痕量的测量方式，在该过程中，利用YZ住YZ水质中电解质的背景导电率的目的，是GX液相色谱。

　　离子色谱特点主要在于利用了树脂材料，而其进样体积较小，对于淋出液能够进行在线自动连接的电导检测。

　　2、离子色谱分析法浅析

　　离子色谱法是在离子交换树脂柱后面安上电导检测器，不间断地检测，通过色谱分离所得离子。这种方法主要是在通过电荷间的交互时，利用电分子中电荷的极小的差异进行检测物质的分离，这种方法的分离容量比其他的方法高。这种方式的实质是将样品水质中的离子、离子交换官能团以及移动相紧密的联系在一起从而达到Z终分离的目的。

　　3、离子色谱分析法的内容

　　离子色谱分析法主要由进样器、检测器以及数据处理系统等组成。同时根据实际情况可以适当添加其他的装置或系统，如流动相在线脱气装置、全自动控制系统等。

　　离子色谱分析法分析法则主要有离子对色谱法、离子交换色谱法、离子排斥色谱法、静电离子色谱法和金属配位离子色谱法5种。

　　4、离子色谱分析法基本工作流程

　　流动相通过高压输液泵以恒定的压力或者稳定的流速运送到分析体系，样品在色谱柱前经进样器导入，跟随流动相进入色谱柱，在色谱柱中由于各组分的特性不同而被分离，并且顺次随流动相到达检测器。

　　对于YZ型离子色谱则在电导检测器之前增设一个YZ系统，即再生液用另一个高压输液泵输送到YZ器。流动相背景电导在YZ器中被降低，之后把流动出物导入电导池，数据处理系统将传输来的检测信号进行处理、记录和保存。不需要YZ器和输送再生液高压泵的非YZ型离子色谱仪，结构简单，价格也便宜。

二、离子色谱的优点

　　1、速度：对 7种常见阴离子(F^-、Cl^-、Br^-、NO₃^-、NO₂^-、SO₄^2-、PO₄^3-)和六种常见阳离子(Li⁺、Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺)的分析时间小于10min。如采用GX分离柱，对上述七种常见阴离子的分离时间只需3min。

　　2、灵敏度：直接进样可达 ppb级(微克/升)，用浓缩柱可达ppt级(纳克/升)。

　　3、选择性：已有多种成熟的固定相，以及选择性的检测器。

　　4、多组分同时测定：可同时测定多种离子化合物，与分光光度法、原子吸收法相比，IC的主要优点是只需很短的时间就可同时检测样品中的多种成分，但对样品成分之间的浓度差太大的样品有一定的限制。

　　5、运行费用非常低，勿需特殊试剂。

　　6、柱填料在广的pH范围内和对有机试剂的稳定性，广的应用范围及对复杂基体分析的可行性。IC中苯乙烯/二乙烯苯聚合物是应用Z广的填料。这种树脂的高pH稳定性允许用强酸或强碱作淋洗液，有利于扩大应用范围。

三、离子色谱法基本原理

　　1、离子交换(HPIC)

　　离子交换是基于离子交换树脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的离子之间进行的可逆交换。在一个短的时间，样品离子会附着在固定相中的固定电荷上。由于样品离子对固定相亲和力的不同，使得样品中多种组分的分离成为可能是离子色谱的主要分离形式，用于亲水阴、阳离子的分离。

　　离子交换树脂上可以离解的离子和流动相中具有相同电荷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。

　　GX离子交换色谱可以分析弱保留阴离子，主要包括F^-、一价无机阴离子、一元羧酸和一些弱离解组分，如HCO₃^-、CN^-、和S^2-等。同时，还可分析易极化的无机阴离子，如I^-，SCN^-，ClO4-，S₂O₃^2-，以及含氧金属阴离子MoO₄^2-，WO₄^2-、CrO₄^2-和多聚磷酸盐等。对小分子的有机酸类也有很好的分析效果。

　　2、离子排阻色谱(HPIEC)

　　这种分离模式包括Donnan排斥、空间排斥和吸附过程。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吸附—保留时间与有机酸的烷基键的长度有关。

　　由于Donnan排斥，完全离解的强电解质受排斥而不被固定相保留，而未离解的化合物不受Donnan排斥，能进入树脂的内微孔，分离是基于溶质和固定相之间的非离子性相互作用。对于二元、三元羧酸的分离，空间排斥则起主要作用。在这种情况下，保留主要取决于样品分子的大小。

　　3、离子对色谱(MPIC)

　　在流动相中加入一种与待分离的离子电荷相反的离子，使其与待测离子生成疏水性化合物。固定相为疏水型的中性填料，可用苯乙烯/二乙烯苯树脂或十八烷基硅胶(ODS)，也有用C8硅胶或CN固定相。

　　对离子的非极性端亲脂，极性端亲水，其-CH₂键越长，则离子对化合物在固定相的保留越强。在极性流动相中往往加入一些有机溶剂以加快淋洗速度。可用于分离一般阴离子和金属络合物，也可分离多种胺类，并对阴、阳离子类的表面活剂有较好的分离效果。

四、离子色谱法应用于饮用水水质分析

　　1、无机离子方面

　　离子色谱法主要测定的无机离子为阴离子、阳离子，阴离子包括氟离子、氯离子、硝酸根离子、硫酸根离子等，阳离子包括钙离子、铵根离子、钠离子、镁离子和锂离子等，而随着离子色谱法检测技术不断完善和成熟，检测方式越来越多。

　　无机阴离子使用特定的淋洗液测定，如Na₂CO₃/NaHCO₃。

　　利用离子色谱法对饮用水中的无机阴离子的含量以及种类进行分解研究，和通过理化试验进行结果对比，F^-、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-这4种离子在使用离子色谱法的情况下明显检测出的含量明显比后者的实验得到的含量要高很多倍;在检测时间上，离子色谱法对于4种离子的检测出的平均时间明显比理化检验方法要快很多。通过实验对比发现，离子色谱法无论在检测限还是检测时间上，都节约了整个检验的成本。

　　在无机阳离子的测定上，饮用水的硬度的测试一般都是采用EDTA-2Na方法。

　　使用离子色谱法虽然在Z终的结果上并没有什么明显的差异，但是通过离子色谱法检测出的Mg²⁺、Ca²⁺检出限大大低于EDTA-2Na检测的结果。因此为得到更加精确的结果，采用离子色谱法检测无疑要比EDTA-2Na检测更有效果。

　　2、消毒副产物的应用

　　虽然离子色谱法具有环保、简单便捷等特点，在饮用水消毒的副产物测定中，国外已经逐渐开始使用离子色谱法，但是国内离子色谱法研究还比较缺乏，离子色谱法的相关资料也有限。

　　饮用水消毒的Z初目的在于减少以水为媒介的传染疾病。但是目前我国还有许多城市的自来水厂的消毒方式还是用氯进行消毒，甚至还存在使用一些极易产生副产物的消毒方式，如使用臭氧等，并且产生的副产物存在很大的危险性，即致癌，现今能检测出的毒副产物就高达500种，其中三卤甲烷类和卤乙酸类含量Z多，而后者是严重的致癌物质。

　　我国与2006年颁布了新的GB/T5749-2006 《生活饮用水卫生标准》，二氧化氯消毒时限值为0.7 mg/L;DCAA 限值为 0.05 mg/L, TCAA 限值为 0.1 mg/L;复合二氧化氯消毒时限值为 0.7 mg/L;臭氧消毒限值为0.01 mg/L。同时在GB/T 5750-2006《生活饮用水标准检验方法》中明确推荐使用离子色谱法作为二氧化氯消毒副产物的标准检验方法。

　　3、高氯酸根的应用

　　高氯酸盐应用非常广泛，如当作火箭、焰火等的氧化剂，润滑油、橡胶制品等的添加剂，农业当中也有一定的应用，但是即使浓度比较低也可能影响人的生长发育，在国外，对于儿童和成人的饮用水各成分的含量进行明文规定，如在美国，就规定饮用水中的高氯酸盐必须低于0.3 μg/L和1 μg/L，保证高氯酸盐含量的主要措施就是离子色谱法。

　　离子色谱法是检测高氯酸盐含量中，目前Z有效的方法，如利用微波浓缩-离子色谱法测定ClO₄^-，从20世纪90年代末开始到现在，离子分析的工作者们先后使用了Ionpac AS5、Ionpac AS11 和 Ionpac AS16等色谱柱对其进行分离。而美国的EPA对于饮用水测定的314.0号标准方法就是采用了Ionpac AS16色谱柱，该方法可以对浓度为2 mg/mL的饮用水中的高氯酸盐进行检测并确定，而有些科研人员更是采用AS16与加热蒸发相结合的方式，得到了ClO₄^-的检出限为0.20 μg/L。

　　利用离子色谱和质谱检测技术可以提高实验的稳定性、准确性、灵敏性，而且在时间、成本等方面前者都比传统的检测方式要少。但就目前而言，自来水厂中只有少部分能检测出饮用水中含量较低的高氯酸根，而在整个国内对于高氯酸盐的重视程度较低，高氯酸盐的针对性污染研究较为有限，并且没有出台具体的含量标准来避免高氯酸盐含量过高的情形。

五、离子色谱法在食品分析中的应用

　　1、营养成分的分析

　　人们主要从食物中的摄取糖类、氨基酸、维生素、有机酸等必要物质来维持自身的正常消耗。而加大对食品营养成分的检测有以下目的：

　　①确保营养保健品的保健功效真实可信，维护消费者的利益;

　　②通过不断检测和研究，提高食品开发领域的质量，促进食品制造领域的发展。

　　有学者借助离子色谱法对人体营养补充液进行了详细的检测，发现阴阳离子(氯离子、硫酸根离子、磷酸根离子、钾离子、钠离子、钙离子)和有机酸(柠檬酸、葡萄糖酸、乙酸)，加标回收率在94.6%～103.9%之间，检出限在3.6～59μg/L之间，这一结论是符合正常标准的。

　　有学者通过离子色谱检测法对榴莲进行了检测，发现其含有的精氨酸、赖氨酸等17种氨基酸间相对标准偏差为2.3%～8.4%，加标回收率为80%～112.9%，检出限为0.0028～0.0126μmoL/L之间，这一方法简单实用，同时为榴莲食品的健康开发提供了帮助。

　　2、食品添加剂分析

　　在我们常见的食品中，基本上都运用了添加剂，因为必要的添加剂能够有效的提升食品的口味，同时增加食品的保存期限，促进了生产企业的效益，但是添加剂使用不当则会给人们的身体造成重大影响，这也是癌症的来源之一。

　　甜蜜素作为人造甜味剂，具有很高的甜度，并且价格低廉，现已大量使用在饮料、糕点中，但是甜蜜素却不具备蔗糖的营养含量，因此食用过量会对我们的身体产生很多负面影响。

　　有学者采用离子色谱电导的方法，在合理地利用在线渗析技术的基础上，选择牛奶作为实验对象来进行检测，检测结果发现甜蜜素的限为0.05mg/L，加标回收率在90.1%～103.3%，这种方法操作简单，效果明显。

　　日常食品中常见的添加剂有苯甲酸、山梨酸，三聚磷酸钠和糖精钠，针对这些常见的添加剂，有学者采用了离子色谱法检测，得出检测结果限为0.082～0.188mg/L，加标回收率为96.2%～101.1%。这种方法易操作且准确率高。

　　3、有害物质分析

　　在食品监测中，有害物质是其ZD监测对象，因为这些都能够直接作用与人们的身体，对人们的健康有很大的影响，常见的监测对象有农药、有毒物质、重金属离子等。丙烯酰胺作为一种典型的致癌物质，主要存在与高温下的淀粉类食品中，如常见的油炸淀粉中。

　　有学者通过离子色谱二极管阵列的方式针对一些常见的食品，如饼干、油炸食品等进行检测，并采用了甲醇实现对样品的固相萃取净化，Z终检测结果显示丙烯酰胺加标回收率为92.5%～104%，检出限30μg/ kg。该种方法准确率高。

　　三聚氰胺作为不可食用的化工原料，具有很高的含氮量，这也为许多黑心厂家所利用，通过在食品中加入三聚氰胺来增加食品总体含氮水平。有学者利用离子色谱-紫外检测法对液态奶进行了检测，发现三聚氰胺的检测限为0.03mg/L，回收率为82%～94%。该方法实用且重复性较好。

六、离子色谱技术在岩矿分析测试中的应用

　　1、分析无机阴离子

　　利用离子色谱技术对眼眶中阴离子在化学领域的主要作用进行分析，大约有60种以上的无机阴离子能够采用离子色谱技术对其进行测定。在利用离子色谱技术对岩矿样品进行分析的过程中，首先需要考虑的就是岩矿样品的前处理过程，之后是选择合理的分析和检测方法，Z后才是对具体的色谱条件进行确定。

　　利用电导检测的离子色谱法，选择使用的阴离子淋洗液通常是低浓度的NaHCO₃和Na₂CO₃，并且如果要相对淋洗液的强度和选择性进行改变，仅仅需要将HCO₃-DE值进行改变就可以了，所以其应用的范围是十分广泛的。

　　在测定岩矿样品中的各种成分的含量时必须要提前对样品进行酸碱分解预处理，在样品转变成为溶液的过程中，会引入大量的溶剂离子，而这些含有复杂离子样品的溶液一旦直接进入到离子色谱仪中，会给分离和检测工作带来很大的困难，因而必须要加强注意将样品中基体组分对待测离子的干扰进行消除。

　　根据相关文献记载发现，在对样品进行预处理的几种方法中，半熔法比较适合应用岩矿分析测试。在利用离子色谱法对岩矿样品中的阴离子进行测定的过程中，检测方法一般选择的是电导检测器，另外还可以采用安培检测方式将岩矿中的卤族离子检测出来。

　　2、无极阳离子的分析检测

　　在对碱土金属以及碱金属进行分析的过程中，离子色谱技术是1种非常有效的方法。在科技发展的今天，过渡金属也可以采用离子色谱技术来对阳离子进行测定。在采用浓缩技术之后，离子色谱技术的灵敏度与石墨炉原子吸收光谱法相近。

　　离子色谱法还具有1个非常独特的功能，就是对金属离子的不同价态进行测量。离子色谱法还能够对镧系金属进行分析，因为镧系元素具有+3电荷，它们在水溶液中强烈水解，都具有相近的性质，采用经典的离子交换技术无法获得满意的分析。但是在阳离子交换方法中利用络合剂能够分析镧系金属，有助于岩土勘探者寻找镧系矿藏。