离子对简介

　　带有相反电荷的两个离子依靠库仑引力结合成的一对离子。在溶液中，一个离子对(ion pair)在电导率、动力学、渗透性等方面的行为犹如一个整体。

　　离子直接接触形成的离子对称为紧密离子对，用符号x⁺y^-。表示离子间间隔一个或几个溶剂分子或其他中性分子而形成的离子对称为松散离子对，用符号x⁺‖y^-表示。

　　在溶液中，松散离子对之间或其与自由离子之间易发生离子交换(可用同位素标记法来测定)。溶液浓度愈大，离子的电荷数愈多，溶剂的相对介电常数愈小，则离子对的形成愈是普遍。

常见不能共存的离子对

　　H⁺+OH^-=H₂O

　　H⁺+CO₃^2-=H₂O+CO₂↑

　　H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑

　　NH⁴⁺+OH^-=H₂O+NH₃↑

　　Cu²⁺+OH^-=Cu(OH)₂↓(蓝色)

　　Fe³⁺+OH^-=Fe(OH)₃↓(红褐色)

　　Mg²⁺+OH^-=Mg(OH)₂↓(白色)

　　Al³⁺+OH^-=Al(OH)₃↓(白色)

　　Zn²⁺+OH^-=Zn(OH)₂↓(白色)

　　Ba²⁺+CO₃^2-=BaCO₃↓(白色)

　　Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓(白色)

　　Mg²⁺+CO₃^2-=MgCO₃↓(白色)

　　Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓(白色，且不溶于稀硝酸)

　　Ag⁺+Cl^-=AgCl↓(白色，且不溶于稀硝酸)

离子对试剂

　　离子对试剂的定义：离子对试剂是由强亲水离子形成，反作用于样品分子的中性离子对。因此，可用于同时分离带电分子和非带电分子。

　　适用范围：一般可适用所有色谱固定相。当使用长链的离子对试剂时，如：十六烷基硫酸铵或十二烷基硫酸钠，色谱柱将选用反相色谱柱。

　　使用浓度：离子对试剂的适用浓度短链离子对试剂：5×10^-3mol/L长链离子对试剂：5×10^-4mol/L。

　　离子对试剂作用：

　　使用液相色谱法分析电离能力比较强的样品时，样品在反相色谱柱上的保留时间很短或者根本不保留，这时要加入相应的离子对试剂，将分析物上的离子进行结合，形成在柱子上有保留的分子。就像是一个物质要穿色谱柱而过时，我们使用离子对试剂将它留住。

　　离子对试剂是在GX液相色谱法中引入了离子色谱方法的一种表现。它主要是作用于样品和固定相之间的一种物质，所以在选择离子对试剂时，要考虑色谱柱的填料和样品的酸碱性。

　　离子对试剂的选择：

　　离子对试剂的种类和浓度对分离效果都有较大的影响。离子对试剂种类的选择依赖于被分离样品的性质。被分离溶质是强酸或强碱，离子对试剂可以是强酸或强碱，弱碱或强酸，弱酸。

　　如被分离的溶质是弱酸或弱碱，则选用的离子对试剂必须是强碱或强酸。对于溶质结构性质相差较大的混合样品，离子对试剂种类的选择并没有特殊要求。离子对试剂疏水性的差别可以通过调节离子对试剂浓度和有机溶剂浓度获得满意的分离效果。

　　离子对试剂用于高压液相离子对萃取的液相色谱法分离分析强极性有机酸和有机碱的好方法。广泛应用于生物化学，药物学，和石油化工等领域。

　　用于酸性化合物：

　　①四丁基氢氧化铵(10%水溶液);

　　②四丁基溴化铵;

　　③十二烷基三甲基氯化铵。

　　用于碱性化合物：

　　①戊烷磺酸钠;

　　②己烷磺酸钠;

　　③庚烷磺酸钠;

　　④辛烷磺酸钠;

　　⑤癸烷磺酸钠。

　　离子对试剂是GX液相色谱专用试剂，主要分析测试有机碱类离子化合物，代替离子交换法，具有可靠的分离效果。也可用于分析多肽和蛋白质，是制备抗静电聚脂纤维的中间体。

反向离子对色谱

　　反相离子对色谱采用目前使用Z为广泛的反相GX液相色谱柱，在一般的通用型GX液相色谱仪上，一次运行可同时分离分析离子型和中性化合物，分析速度快，效率高且操作简便，因此近年来越来越受到人们的重视。

　　反相离子对色谱多以C₈或C₁₈键合相作为固定相，用含有离子对试剂的有机溶剂-水溶液作为流动相。反相离子对色谱法兼有反相色谱和离子色谱共同的优点，因此在药物分析、生化样品分析、染料及其中间体等领域获得了日益广泛的应用。

　　由于反相离子色谱法中使用了离子对试剂和无机盐，因此在操作上要注意以下几个方面：

　　1、改变冲洗剂浓度或梯度冲洗操作后，柱系统的冲洗时间要长些，以保证柱内平衡;

　　2、实验停止后须用纯水或甲醇/水冲洗进样阀、高压泵及色谱柱，以防流动相腐蚀设备和担体;

　　3、一经发现离子对试剂在柱内产生了不可逆吸附，则须用甲醇冲洗柱子。

　　一、反相离子对色谱的性质

　　由于反相离子对色谱是在反相系统中实现的，除了在流动相中加入适量的离子对试剂外，其它条件与反相色谱法完全相同。在实际操作中影响离子性质样品保留值大小的因素主要有：

　　1、固定相的键合量和碳链长度;

　　2、离子对试剂的疏水作用力强弱、电荷数和在流动相中的浓度;

　　3、流动相的酸度;

　　4、流动相中强组分的性质和浓度;

　　5、流动相中的离子强度。

　　在一个选定的反相色谱柱系统中，选择合适的离子对试剂是进行分离的首要条件。下表列出的是常用离子对试剂类型和主要应用对象。

　　一般来说，所选用的离子对试剂的电荷应与被分离的样品的电荷相反，如对于酸性或带负电荷的溶质，多用带正电荷的季胺盐作为离子对试剂，而对碱性或带正电荷溶质，多用烷基磺酸盐(或硫酸盐)作为离子对试剂，这是两类Z常用的离子对试剂。下表列出的是对一些样品选择流动相pH值的基本原则。

　　由于反相离子对色谱大多都用烷基键合固定相，所以流动相的pH值应控制在2～8.0范围内，以防止硅胶基质的溶解。反相离子对色谱法对键合固定相的要求是尽可能选用烷基复盖度高的填料(如C₁₈、C₈)，而短链烷基键合固定相的稳定性较差。为了防止盐析现象，流动相缓冲液中的盐浓度不宜太高，一般在10～20mmol/L范围内。

　　二、反相离子对色谱的分离机理

　　关于离子对色谱法的保留机理，目前有三种模型或理论来解释所观察到的现象和结果：其一是离子对模型，其二是动态离子交换模型，Z后是离子作用机理。

　　根据离子对模型，认为样品离子在吸附剂表面吸附之前先在流动相中与离子对试剂形成中性的离子对。样品的保留值由对固定相亲合力大小起决定作用的离子对试剂浓度所控制。烷基碳链较大的离子对试剂使得形成的离子对与固定相亲合力较大，因此被分离的溶质离子保留值也较大。

　　根据动态离子交换模型，认为离子对试剂在流动相与溶质离子形成离子对之前先吸附在固定相表面，使得固定相具有离子交换的性质，样品的分离由静电作用力的差别而实现。由于烷基碳链较大的离子对试剂在固定相表面吸附量较大，因此对离子性质的样品交换容量大，其保留值也较大。

　　离子作用模型假定离子对试剂在固定相和流动相间形成吸脱附平衡，吸附的离子对试剂在固定相表面形成双电层。由于离子对试剂的电荷数相同，它们在固定相表面排列均匀，但复盖很少一部分固定相表面，大部分固定相表面仍是非极性的键合碳链。离子性质的样品主要由离子对试剂形成的双电层的静电作用力和固定相表面的非静电作用力决定其保留值。由于离子对试剂在流动相和固定相间存在动态平衡，当流动相中离子对试剂浓度升高时，或烷基碳链增大时，吸附在固定相表面的量增大，电荷密度增加，离子性质的样品保留值也增大。

　　在反相离子对色谱中，以上这三种模型都能解释一些实验现象和结果。现在一般认为只有当离子对试剂疏水作用力很弱(如无机离子作为离子对试剂)而浓度较高时，离子对保留机理可能成为主要分离机制;而当离子对试剂的疏水作用力较强时，则离子作用是主要的分离机理。

　　Z近Stahlberg等应用静电作用理论对离子对色谱的各种因素对保留值的影响作了定量解释。我们应用统计热力学模型，考虑到静电和非静电作用力的影响，推导出流动相有机溶剂C_b和离子对试剂浓度C_p及离子强度I对保留值影响的基本关系式为：

　　并应用大量的实验数据和文献数据验证了这些基本关系式。同时证明参数b在多数情况下可以忽略不计。

　　从下图中可以看到随着冲洗剂有机溶剂浓度的增大，k’迅速减小，这是因为强组分浓度增加，使得流动相与有机离子的非静电作用力增大，同时使在固定相表面的离子对试剂的吸附量减小。这两个变化都促使保留值减小。

　　从下图中可以看到，在离子对试剂浓度较低时，随着C_p的增加，溶质的k’值迅速增大;而当离子对试剂浓度达到一定值时，继续增加C_p值，溶质的k’值变化不大，有的甚至有下降。

　　我们认为产生下图所示的结果是在离子对试剂浓度较低时，随着C_p的增加，与溶质产生静电作用的双电层电荷密度也迅速增加，保留值迅速增大，而C_p达到一定值时，由于吸附态离子对试剂相互排斥作用，吸附在固定相表面的离子对试剂量基本达到动态平衡，再增大C_p值时作用不大，所以溶质的保留值也趋向于恒定值。

　　从上图中可以看到离子对试剂浓度一般在10～25mmol/L范围内。对于pK_a<2的强酸和pK_a>8的强碱，pH值对保留值的影响不大，但对于PK_a>2的中弱酸和pK_a<8的中弱碱，冲洗剂酸度对保留值的影响很大，此时冲洗剂pH值也是一个重要的调节参数。

　　下图表明随着离子强度的增大，溶质的保留值不断下降，这与反相色谱中离子强度对k’的影响相反，这一现象的原因可能是反相离子对色谱中增大离子强度减少溶质与离子对试剂的静电作用力所致。

　　三、反相离子对色谱法的应用

　　离子对色谱主要用于能电离的或有离子性质的有机化合物或离子性和中性溶质的混合物的分离。由于生理、生化中和工业产品中许多重要的化合物是水溶性的能电离的化合物，因此选择反相离子对色谱法分离检测这些样品是很合适的。

　　1、在药物分析中的应用

　　在医药工业和相关的领域中，原材料和产品的成分监测是很重要的工作;同时新药物试制和药理动力学的研究也需要有效地测定药物和经药理过程中代谢产物的各种成分。

　　由于很多药物成分和相应的化合物极性很大，水溶性很好且可离解为带电性溶质，用反相色谱分离测定这样的样品很困难，因此用离子对色谱法对药物成分和生理代谢产物的测定已成为一种很重要的技术。已有59类药物成分的几百个组分用反相离子对色谱获得很好分离分析，国内也有用反相离子对色谱测定中草药成分和西药成分的报道。

　　2、分离氨基酸、肽和蛋白质

　　GX液相色谱法在生物化学中的应用已对生物化学本身的研究和发展起到了重要的作用。生物化学Z重要的研究对象之一是蛋白质、多肽、小肽和氨基酸的含量和活性。由于这一类样品在一定的pH值下都可电离成离子性化合物，因此从理论上讲这一类化合物如在反相色谱中无保留，都可用离子对色谱法进行分离。

　　近年来反相离子对色谱法已在这一领域中，尤其是在氨基酸和聚合度较低的小肽的分离和测定中获得广泛的应用。已有四十多种类的氨基酸及其衍生物、肽和多肽以及蛋白质混合物在反相离子对色谱分离测定的报道。下图是反相离子对色谱法分离中等聚合度的碱性肽混合物的色谱图。

　　3、在核酸及降解产物分析中的应用

　　由于在生物体液和细胞组织中发现了核酸及其降解产物的存在，监测这些成分的含量对各种疾病的诊断和ZL都有重要的指导意义。

　　核酸的单元由一个嘌呤或吡啶碱、一个糖元和磷酸基组成，由于这些碱基是弱碱，而核甙酸糖基是强酸，因此由传统的单一液相色谱分离模式很难对这些混合物进行有效的分离，而反相离子对色谱恰好能满足这样的要求。

　　现有用反相离子对色谱法分离分析核甙酸、单核糖核甙酸、腺嘌呤核甙酸、碱基嘌呤和尿嘌呤混合物的报道。还有文献报道同时分离测定这单核糖核甙酸等几类组分混合物的方法。

　　4、在染料及其合成中间体分析中的应用

　　在染料的分离分析中，传统的方法是纸上色谱、薄层色谱和经典的柱色谱法。随着GX液相色谱法的引入，使染料及其合成中间体的分离分析获得长足的进步。

　　染料可分成水溶性和脂溶性两大类，其中水溶性染料及其合成中间体的很大一部分化合物是酸性或碱性可电离的化合物，而且在反相色谱中保留值很小，因此用离子对色谱法分离分析这一类产品和合成中间体很有效。

　　离子对色谱已被用于分离测定食品染料、食品添加剂成分、食品染料中杂质的检测;还有利用反相离子对色谱法分离测定着色染料、化妆品染料染料合成中间体和研究染料中间体反应动力学过程。