離子色譜分析法

關(guān)于離子色譜分析法第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月一、離子色譜法原理離子色譜法（IC):以離子型化合物為分析對象的液相色譜法。通常使用離子交換劑固定相和電導(dǎo)檢測器。離子型物質(zhì):在水溶液中電離，具有+或–電荷的元素?zé)o機(jī)陰離子（Ｃｌ－，ＮＯ2－，ＳＯ４２－，ＣｒＯ４２－）和無機(jī)陽離子（Ｎａ＋，ＮＨ４＋，Ｃａ２＋，Ｆｅ３＋），還有有機(jī)陰離子（有機(jī)酸、有機(jī)磺酸鹽和有機(jī)磷酸鹽等）和有機(jī)陽離子（胺、吡啶）以及生物物質(zhì)（糖、醇、酚、氨基酸和核酸）第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月固定相：離子交換劑流動相：無機(jī)化合物檢測器：電導(dǎo)檢測器。

離子色譜與液相色譜的區(qū)別第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電力冷卻水/HPW

鍋爐蒸汽中的雜質(zhì)食品/飲料酒/飲料/糖果

飲料中有機(jī)酸造紙./紙漿

紙漿液?處理水

張紙和液體中的離子農(nóng)業(yè)肥料/土壤/植物/等

土壤中離子醫(yī)學(xué)血液/尿

尿中草酸化妝品化妝品/清潔劑/洗發(fā)液

化妝品液體中的陰離子制藥化學(xué)/液體

化學(xué)品中的重金屬應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域環(huán)境./污染雨水/河水/大氣/污水

雨水中離子城市用水自來水/水源

自來水中消毒副產(chǎn)物樣品應(yīng)用化學(xué)品設(shè)備提取物/聚合物

環(huán)氧類粘合劑中的陰離子電子/半導(dǎo)體

高純水?晶片沖洗水

高純水中的離子型雜質(zhì)金屬/鋼材表面處理液?鍍槽?冷卻水

電鍍槽中的抗壞血酸

第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月一、離子色譜法原理2.

高效離子排斥色譜（HPIEC）分離機(jī)理1.

高效離子交換色譜法（HPIC）3.離子對色譜法（IPC）第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月一、離子色譜法原理離子交換劑是離子色譜法中應(yīng)用最為廣泛的固定相，是一種具有可交換離子的聚合電解質(zhì)，能參與溶液中離子的交換作用而不改變本身一般物理特性。在離子交換反應(yīng)中，離子交換劑的本體結(jié)構(gòu)不發(fā)生明顯的變化，僅由帶有的離子與外界同電性離子發(fā)生等量的離子交換。第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）高效離子交換色譜法（HPIC）

分離機(jī)理主要是離子交換，是基于離子交換樹脂上可離解的離子與流動相中具有相同電荷的溶質(zhì)離子之間進(jìn)行的可逆交換，依據(jù)這些離子對交換劑有不同的親和力而被分離。第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月離子交換色譜的固定相具有固定電荷的功能基。陰離子交換色譜法中，其固定相的功能基一般是季胺基；陽離子交換色譜法中，其固定相的功能基一般為磺酸基；（一）高效離子交換色譜法（HPIC）第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）高效離子交換色譜法（HPIC）以陰離子交換過程為例，說明分離過程：在離子交換進(jìn)行的過程中，流動相連續(xù)提供淋洗陰離子，這種淋洗陰離子與固定相離子交換位置的陽離子以庫侖力相結(jié)合，并保持電荷平衡。進(jìn)樣之后，樣品陰離子與淋洗劑陰離子競爭固定相上的正電荷位置，當(dāng)固定相上的陰離子交換位置被樣品陰離子轉(zhuǎn)換時，由于樣品陰離子與固定相之間的庫侖力，樣品離子將暫時被固定相保留，樣品中不同陰離子與固定相電荷之間的庫侖力不同，即親和力不同，因此被固定相保留的程度不同，則流出色譜的速度不同，從而達(dá)到了不同離子被分離開的目的。第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月影響離子保留的因素離子色譜法中用分配系數(shù)（指在固定相和流動相中的濃度比）來描述離子的色譜保留行為，不同離子分配系數(shù)的差異是色譜分離的基礎(chǔ)。影響因素有流動相流速、分離柱長度、柱溫、固定相性質(zhì)、流動相的種類與濃度、流動相的pH等。第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月淋洗液和分析對象主要的淋洗液：

Na2B4O7,NaOH,NaHCO3,Na2CO3分析對象：陰離子（F-、Cl-、NO3-、Br-、PO43-），陽離子（Li+、Na+、NH4+、K+、Ca2+）一些碳水化合物也可以用離子交換法進(jìn)行分離分析。第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月二、高效離子排斥色譜（HPIEC）分離是基于固定相和被分析物之間三種不同的作用-Donnan排斥、空間排斥和吸附作用。第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1、分離原理典型的離子排斥色譜柱是全磺化高交換容量的H+型陽離子交換劑，其功能基為磺酸根陰離子(SO3-)，樹脂表面的這一負(fù)電荷層對負(fù)離子具有排斥作用，即所謂的Donnan排斥。由于Donnan排斥，完全離解的酸不被固定相保留，而被洗脫，而未離解的化合物不受排斥，從而進(jìn)入樹脂的內(nèi)微孔，在固定相中保留。保留值的大小取決于非離子性化合物在樹脂內(nèi)溶液和樹脂外溶液間的分配系數(shù)。第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2、淋洗液和分析對象最簡單的淋洗液是去離子水，對有機(jī)酸的分析，常用礦物酸，如HCl，H2SO4，HNO3等。分析對象：無機(jī)弱酸：硼酸，氫氟酸，硅酸，亞硫酸，碳酸等有機(jī)酸：羧酸，醇，醛等。第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月二、離子抑制色譜和離子對色譜法無機(jī)離子以及離解很強(qiáng)的有機(jī)離子通?？梢圆捎秒x子交換色譜法或離子排斥色譜法進(jìn)行分離。有很多大分子或離解較弱的有機(jī)離子需要采用通常用于中性有機(jī)化合物分離的反相（或正相）色譜來進(jìn)行分離分析。直接采用正相和反相色譜又存在困難，因?yàn)榇蠖鄶?shù)可離解的有機(jī)化合物在正相色譜法的硅膠固定相上吸附太強(qiáng)，致使被測物質(zhì)保留值太大，出現(xiàn)脫尾峰，有時甚至不能被洗脫，而在反相色譜法的非極性或弱極性固定相中的保留值又太小，致使分離度太差。第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月解決方法第一種方法：由酸堿平衡理論可知，如果降低（或增加）流動相的pH，可以使酸（或堿）性離子化合物盡量保持離子狀態(tài)，然后可以利用離子色譜的一般體系來進(jìn)行分析測定。這種方法就是離子抑制色譜法。第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月解決方法第二種方法：如果被分析的離子是較強(qiáng)的電解質(zhì)，單靠改變流動相的酸堿性不能抑制離子性化合物的解離，這時可以在流動相中加入適當(dāng)?shù)木哂信c被測離子相反電荷的離子，即離子對試劑，使之于被測離子形成中性的離子對化合物，此離子對化合物在反相色譜柱上被保留，從而達(dá)到被分離的目的。這種方法便是離子對色譜法。離子對色譜法中保留值大小主要取決于離子對化合物的離解平衡常數(shù)和離子對試劑的濃度。第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月二、離子色譜儀1、基本構(gòu)造流動相容器高壓輸液泵進(jìn)樣器色譜柱檢測器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)需要配置流動相在線脫氣裝置、梯度洗脫裝置、自動進(jìn)樣系統(tǒng)、流動相抑制系統(tǒng)、柱后反應(yīng)系統(tǒng)和全自動控制系統(tǒng)等。第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2、工作流程高壓輸液泵將流動相以穩(wěn)定的流速（或壓力）輸送至分析體系，在色譜柱之前通過進(jìn)樣其將樣品導(dǎo)入，流動相將樣品帶入色譜柱，在色譜柱中各組分被分離，并依次隨流動相流至檢測器。抑制型離子色譜則在電導(dǎo)檢測器之前增加一個抑制系統(tǒng)，即用另一個高壓輸液泵將再生液輸送到抑制器。在抑制器中，流動相背景電導(dǎo)被降低，然后將流出物導(dǎo)入電導(dǎo)池，檢測到的信號送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)紀(jì)錄、處理和保存。非抑制型離子色譜儀不用抑制器和輸送再生液的高壓泵，因此結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜。第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月工作流程第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3、流動相容器是由一個或多個聚乙烯或硬質(zhì)玻璃瓶組成。離子色譜所用水應(yīng)是經(jīng)過蒸餾的去離子水，通常稱重蒸去離子水或二次蒸餾水。與高效液相色譜一樣，配制好的流動相應(yīng)用0.45um以下孔徑的濾膜過濾，防止流動相中有固體小顆粒堵塞流路。流動相放置一段時間后可能會因微生物的作用而出現(xiàn)絮狀物，因此，流動相依次不能配制太多，應(yīng)經(jīng)常清洗流動相容器和過濾頭，經(jīng)常更換流動相。第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4、高壓輸液泵是離子色譜儀的關(guān)鍵部件，其作用是將流動相以穩(wěn)定的流速或壓力輸送至色譜分離系統(tǒng)，離子色譜儀高壓輸液泵也分為恒壓泵和恒流泵兩種。第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月5、進(jìn)樣裝置離子色譜儀中的進(jìn)樣裝置也分為手動進(jìn)樣器和自動進(jìn)樣器。第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6、色譜柱分離的核心部件，要求柱效高、柱容量大和性能穩(wěn)定。柱長通常在50-100mm，比普通液相色譜柱要短。國產(chǎn)柱內(nèi)徑多為5mm，國外內(nèi)徑為4.6mm。離子色譜柱也是有方向的。與液相色譜儀一樣，離子色譜儀也需要一根保護(hù)柱，也有恒溫裝置。第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月7、檢測系統(tǒng)

1.電化學(xué)

A.電導(dǎo)檢測

B.安培檢測2.光度法

A.吸收光度法

B.發(fā)射光度法檢測方法第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電化學(xué)分析(electrochemicalanalysis)是利用物質(zhì)的電學(xué)及電化學(xué)性質(zhì)來測定物質(zhì)含量的分析方法。電化學(xué)分析法的基礎(chǔ)是電化學(xué)，電化學(xué)是利用電子學(xué)的方法來研究化學(xué)變化以及電能和化學(xué)能之間的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換過程的科學(xué)。電化學(xué)和電化學(xué)分析第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電化學(xué)分析法通常以待測試樣的溶液作為化學(xué)電池的一個組成部分，然后對其進(jìn)行測量，根據(jù)測得的電學(xué)量與待測組分的化學(xué)量之間的內(nèi)在聯(lián)系來進(jìn)行定性、定量分析。電化學(xué)原理第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

電化學(xué)分析方法類型1、利用測量原電池中兩個電極之間的電子電位差異—電位分析法。2、測量原電池的電阻（或電導(dǎo)）的—電導(dǎo)分析法。3、測量原電池的電量的—庫侖分析法。4、測量原電池的電流與電壓曲線的—伏安分析法。第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電導(dǎo)率是在陰極和陽極之間的離子化溶液傳導(dǎo)電流的能力。溶液中的離子越多，在兩電極間通過的電流越大。在低濃度時，電導(dǎo)率直接與溶液中導(dǎo)電物質(zhì)的濃度成正比。Back電導(dǎo)檢測法第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月歐姆定律R=V/IResistanceVoltageCurrent

(Ohm)

(Volt)

(Ampere)

電導(dǎo)G=1/RConductance(Siemen)濃度C=c×GConcentrationConstantConductance歐姆定律表明電阻等于電壓與電流的比值。電導(dǎo)為電阻的倒數(shù)，直接與溶液的濃度有關(guān)。第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電導(dǎo)檢測器定量原理電導(dǎo)G=1/RG

=1000LAiciλi1.=1000KciλiAi：電極截面積（cm2）L

：兩電極距離（cm）ci：某一離子的摩爾濃度（mol/L）λi

：該離子的摩爾電導(dǎo)率K=

L/Ai：電導(dǎo)池常數(shù)（cm-1）電極第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電導(dǎo)池的構(gòu)造與工作原理電導(dǎo)池測量電導(dǎo)率所需的電子線路變換靈敏度的裝置數(shù)字顯示儀（1）電導(dǎo)池的構(gòu)造第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電導(dǎo)池：核心部分（電導(dǎo)傳感器），其檢測可達(dá)到微升甚至納升級。電導(dǎo)池的基本構(gòu)造是在柱流出液中放置兩根電極，然后通過適當(dāng)?shù)碾娮泳€路測量溶液的電導(dǎo)率。來至色譜柱流至廢液瓶（2）工作原理電極電導(dǎo)池第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電解電解質(zhì)區(qū)域陰極------++++++陽極A-C+C+C+C+C+A-A-A-A-電解電極流動相當(dāng)向電導(dǎo)池的兩個電極施加電壓時，溶液中的陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，電解質(zhì)溶液電阻的大小取決于溶液中離子的數(shù)目和離子的遷移率，而離子的遷移率又取決于離子的電荷及其大小、介質(zhì)類型、溶液溫度和離子濃度。離子的遷移率取決于施加電壓的大小。當(dāng)施加的有效電壓確定后