離子色譜 (Ion Chromatography)是高效液相色譜(HPLC)的一種，是分析陰離子和陽(yáng)離子的一種液相色譜方法。離子色譜法的定義是：利用被測(cè)物質(zhì)的離子性進(jìn)行分離和檢測(cè)的液相色譜法。

離子色譜法在上世紀(jì)70年代逐步發(fā)展起來(lái)的一種微量離子分析技術(shù)，在分析測(cè)定陰、陽(yáng)離子、離子型化合物方面具有靈敏、快速、準(zhǔn)確度高、選擇多樣等優(yōu)點(diǎn)，獲得很多研究人員及技術(shù)人員的青睞，隨后離子色譜儀被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、石油化工、農(nóng)藥、食品生產(chǎn)等行業(yè)。

由于樣品組成及其濃度復(fù)雜，樣品物理形態(tài)多變，對(duì)離子色譜儀的正常分析測(cè)定造成影響，為此，在使用儀器前，應(yīng)安排專門人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)，對(duì)設(shè)備原理及維護(hù)進(jìn)行全面掌握，使用及操作過(guò)程中注意儀器的維護(hù)和保養(yǎng)，才能熟練掌握離子色譜分析技術(shù)，滿足不同行業(yè)的應(yīng)用需求。現(xiàn)以離子色譜儀為例，介紹并分析設(shè)備使用操作的注意事項(xiàng)及技巧。

離子色譜儀原理

離子色譜法是以低交換容量的離子交換樹(shù)脂為固定相對(duì)離子性物質(zhì)進(jìn)行分離, 用電導(dǎo)檢測(cè)器連續(xù)檢測(cè)流出物電導(dǎo)變化。

離子色譜類型

離子色譜可以分為三種類型：離子交換色譜、離子排斥色譜、離子對(duì)色譜。

1、離子交換色譜

高效離子交換色譜，應(yīng)用離子交換的原理，采用低交換容量的離子交換樹(shù)脂來(lái)分離離子，這在離子色譜中應(yīng)用廣泛，其主要填料類型為有機(jī)離子交換樹(shù)脂，以苯乙烯二乙烯苯共聚體為骨架，在苯環(huán)上引入磺酸基，形成強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，引入叔胺基而成季胺型強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂，此交換樹(shù)脂具有大孔或薄殼型或多孔表面層型的物理結(jié)構(gòu)，以便于快速達(dá)到交換平衡，離子交換樹(shù)脂耐酸堿可在任何pH范圍內(nèi)使用，易再生處理、使用壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差、易溶易脹、受有機(jī)物污染。

硅質(zhì)鍵合離子交換劑以硅膠為載體，將有離子交換基的有機(jī)硅烷與基表面的硅醇基反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合型離子交換劑，其特點(diǎn)是柱效高、交換平衡快、機(jī)械強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是不耐酸堿、只宜在pH2-8范圍內(nèi)使用。

2、離子排斥色譜

它主要根據(jù)Donnon膜排斥效應(yīng)，電離組分受排斥不被保留，而弱酸則有一定保留的原理，制成離子排斥色譜主要用于分離有機(jī)酸以及無(wú)機(jī)含氧酸根，如硼酸根碳酸根和硫酸根有機(jī)酸等。它主要采用高交換容量的磺化H型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為填料以稀鹽酸為淋洗液。

3、離子對(duì)色譜

離子對(duì)色譜的固定相為疏水型的中性填料，可用苯乙烯二乙烯苯樹(shù)脂或十八烷基硅膠(ODS)，也有用C8硅膠或CN，固定相流動(dòng)相由含有所謂對(duì)離子試劑和含適量有機(jī)溶劑的水溶液組成，對(duì)離子是指其電荷與待測(cè)離子相反，并能與之生成疏水性離子，對(duì)化合物的表面活性劑離子，用于陰離子分離的對(duì)離子是烷基胺類如氫氧化四丁基銨氫氧化十六烷基三甲烷等，用于陽(yáng)離子分離的對(duì)離子是烷基磺酸類，如己烷磺酸鈉，庚烷磺酸鈉等對(duì)離子的非極性端親脂極性端親水，其CH2鍵越長(zhǎng)則離子對(duì)化合物在固定相的保留越強(qiáng)，在極性流動(dòng)相中，往往加入一些有機(jī)溶劑，以加快淋洗速度，此法主要用于疏水性陰離子以及金屬絡(luò)合物的分離，至于其分離機(jī)理則有3種不同的假說(shuō)，反相離子對(duì)分配離子交換以及離子相互作用。

離子色譜基本構(gòu)成

離子色譜儀主要包括由淋洗液系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、色譜泵系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、流路系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、化學(xué)抑制系統(tǒng)、和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。

1、淋洗液系統(tǒng)

離子色譜儀常用的分析模式為離子交換電導(dǎo)檢測(cè)模式，主要用于陰離子和陽(yáng)離子的分析。

常用陰離子分析淋洗液有OH根體系和碳酸鹽體系等，常用陽(yáng)離子分析淋洗液有甲烷磺酸體系和草酸體系等。

淋洗液的一致性是保證分析重現(xiàn)性的基本條件。為保證同一次分析過(guò)程中淋洗液的一致性，在淋洗液系統(tǒng)中加裝淋洗液保護(hù)裝置，可以將進(jìn)入淋洗液瓶的空氣中的有害部分吸附和過(guò)濾，如二氧化碳和水等。

2、檢測(cè)系統(tǒng)

離子色譜最基本和常用的檢測(cè)器是電導(dǎo)檢測(cè)器，其次是安培檢測(cè)器。

（1）電導(dǎo)檢測(cè)器：

電導(dǎo)檢測(cè)器是基于極限摩爾電導(dǎo)率應(yīng)用的檢測(cè)器，主要用于檢測(cè)無(wú)機(jī)陰陽(yáng)離子、有機(jī)酸和有機(jī)胺等。

雙極脈沖檢測(cè)器：

在流路上設(shè)置兩個(gè)電極，通過(guò)施加脈沖電壓，在合適的時(shí)間讀取電流，進(jìn)行放大和顯示。

容易受到電極極化和雙電層的影響。

四極電導(dǎo)檢測(cè)器：

在流路上設(shè)置四個(gè)電極，在電路設(shè)計(jì)中維持兩測(cè)量電極間電壓恒定，不受負(fù)載電阻、電極間電阻和雙電層電容變化的影響，具有電子抑制功能(陽(yáng)離子檢測(cè)支持直接電導(dǎo)檢測(cè)模式)。

五極電導(dǎo)檢測(cè)器：

在四極電導(dǎo)檢測(cè)模式中加一個(gè)接地屏蔽電極，極大提高了測(cè)量穩(wěn)定性，在高背景電導(dǎo)下仍能獲得極低的噪聲，具有電子抑制功能(陽(yáng)離子檢測(cè)支持直接電導(dǎo)檢測(cè)模式)。

（2）安培檢測(cè)器：

安培檢測(cè)器是基于測(cè)量電解電流大小為基礎(chǔ)的檢測(cè)器，主要用于檢測(cè)具有氧化還原特性的物質(zhì)。

直流安培檢測(cè)模式：

主要用于抗壞血酸、溴、碘、氰、酚、硫化物、亞硫酸鹽、兒茶酚胺、芳香族硝基化合物、芳香胺、尿酸和對(duì)二苯酚等物質(zhì)的檢測(cè)。

脈沖安培檢測(cè)模式：

主要用于醇類、醛類、糖類、胺類(一二三元胺，包括氨基酸)、有機(jī)硫、硫醇、硫醚和硫脲等物質(zhì)的檢測(cè)。不可檢測(cè)硫的氧化物。

積分脈沖安培檢測(cè)模式：

為脈沖安培檢測(cè)的升級(jí)檢測(cè)模式，適用于檢測(cè)脈沖安培檢測(cè)的物質(zhì)。

3、離子色譜儀色譜泵系統(tǒng)

（1）材質(zhì)：

離子色譜的淋洗液為酸、堿溶液，與金屬接觸會(huì)對(duì)其產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。如果選擇不銹鋼泵頭，腐蝕會(huì)導(dǎo)致色譜泵漏液、流量穩(wěn)定性差和色譜柱壽命縮短等。離子色譜泵頭應(yīng)選擇全PEEK材質(zhì)(色譜柱正常使用壓力一般小于20MPa)。

（2）類型：

單柱塞泵

雙柱塞泵：

1)串聯(lián)雙柱塞泵

2)并聯(lián)雙柱塞泵

3)壓力脈動(dòng)消除方式：電子脈動(dòng)抑制，脈沖阻尼器。

4、離子色譜儀流路系統(tǒng)

采用色譜專用管路、接頭及其它連接部件，保證全塑無(wú)污染溶出，保證材料的可靠性和使用壽命。

材料有PEEK管(高壓區(qū))、PTFE管、硅膠管(氣路或廢液用)、各種接頭和連接配件。

5、分離系統(tǒng)

分離系統(tǒng)是離子色譜的重要部件，也是主要耗材。

（1）預(yù)柱：

又稱在線過(guò)濾器，PEEK材質(zhì)，主要作用是保證去除顆粒雜質(zhì)。

（2）保護(hù)柱：

保護(hù)柱與分析柱填料相同，消除樣品中可能損壞分析住填料的雜質(zhì)。如果不一致，會(huì)導(dǎo)致死體積增大、峰擴(kuò)散和分離度差等。

（3）分析柱：

有效分離樣品組分。

5、化學(xué)抑制系統(tǒng)

抑制系統(tǒng)是離子色譜的核心部件之一，主要作用是降低背景電導(dǎo)和提高檢測(cè)靈敏度。抑制器的好壞關(guān)系到離子色譜的基線穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和靈敏度等關(guān)鍵指標(biāo)。

（1）柱－膠抑制：

采用固定短柱或現(xiàn)場(chǎng)填充抑制膠進(jìn)行抑制，不同的抑制柱交替使用，屬于間歇式抑制。

（2）離子交換膜抑制：

采用離子交換膜，利用離子濃度滲透的原理進(jìn)行抑制。

需要配制硫酸再生液，系統(tǒng)需要配置氮?dú)饣騽?dòng)力裝置。

（3）電解自再生膜抑制：

利用電解水產(chǎn)生媒介離子和離子配合離子交換膜進(jìn)行抑制(佳選擇)。

6、離子色譜儀進(jìn)樣系統(tǒng)

進(jìn)樣系統(tǒng)是將常壓狀態(tài)的樣品切換到高壓狀態(tài)下的部件。保證每次工作狀態(tài)的重現(xiàn)性是提高分析重現(xiàn)性的重要途徑。

（1）進(jìn)樣閥：

材質(zhì)：

與色譜泵類似，選擇全PEEK材質(zhì)的進(jìn)樣閥才能保證儀器的壽命和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

類型：

1)手動(dòng)進(jìn)樣閥：進(jìn)樣一致性靠人，系統(tǒng)集成性差。

2)電動(dòng)進(jìn)樣閥：進(jìn)樣一致性較好，系統(tǒng)集成性高。

2.自動(dòng)進(jìn)樣器：

進(jìn)樣一致性最好，系統(tǒng)集成性最好。

7、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

完成數(shù)據(jù)處理，聯(lián)通儀器。

離子色譜儀的工作流程

高壓輸液泵將流動(dòng)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(guò)進(jìn)樣器將樣品導(dǎo)入，流動(dòng)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(dòng)相流至檢測(cè)器。抑制型離子色譜則在電導(dǎo)檢測(cè)器之前增加一個(gè)抑制系統(tǒng)，即用另一個(gè)高壓輸液泵將再生液輸送到抑制器。在抑制器中，流動(dòng)相背景電導(dǎo)被降低，然后將流動(dòng)出物導(dǎo)入電導(dǎo)池，檢測(cè)到的信號(hào)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄、處理或保存。非抑制型離子色譜儀不用抑制器和輸送再生液的高壓泵，因此儀器結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格也相對(duì)比較便宜。

離子色譜儀使用注意事項(xiàng)

1、 流動(dòng)相瓶中濾頭要注意始終處于液面以下，防止將溶液吸干。

2、 啟動(dòng)泵前觀察從流動(dòng)相瓶到泵之間的管路中是否有氣泡，如果有則應(yīng)將其排除。

排除方法如下：先將與泵相連的塑料流路接頭擰下來(lái)，用洗耳球吸滿去離子水，從與泵段相連的流路管中注入，將流路管中的氣泡排除干凈。然后再將流動(dòng)相瓶(一般為去離子水瓶)抬高，再將流路接頭與泵連接好。啟動(dòng)泵，打開(kāi)泵內(nèi)排氣閥選鈕，將泵內(nèi)氣泡排除干凈，一般觀察為流出液比較均勻，再將泵排氣閥擰緊。(注意：此項(xiàng)操作時(shí)，整個(gè)流路是與色譜柱斷開(kāi)的)。

3、 用去離子水或流動(dòng)相清洗整個(gè)流路時(shí)，可以采用大流量清洗(一般可將流量設(shè)置為2.0ml/min，但不能再太大)以縮短清洗時(shí)間，但在通流動(dòng)相接色譜柱時(shí)需要將流量調(diào)整為色譜柱使用流量條件。

操作如下：先將泵停止，再按動(dòng)正號(hào)或負(fù)號(hào)，將光標(biāo)調(diào)整至流量位置，按下確認(rèn)鍵，再通過(guò)調(diào)節(jié)正負(fù)號(hào)將流量調(diào)節(jié)至色譜柱使用條件后，再按確認(rèn)鍵。此時(shí)需要等待5s后再啟動(dòng)泵開(kāi)關(guān)。

接色譜柱時(shí)注意先將接頭在色譜柱前端抵上2-5s，將色譜柱前端氣泡排除后再將接頭擰緊。待色譜柱下端流出溶液后，在將色譜柱下端接頭擰上。(注意：接頭不能擰的太緊，防止將管路卡的太緊而造成系統(tǒng)壓力增大，擰的程度以不漏液為宜)。

4、 使用陰離子色譜柱檢測(cè)，通流動(dòng)相時(shí)注意將電流旋鈕打開(kāi)，調(diào)節(jié)至70±5mA，實(shí)驗(yàn)完畢，在關(guān)閉高壓泵以前將電流關(guān)閉。

5、 進(jìn)樣時(shí)閥的扳動(dòng)要注意，不能太快，以免損傷閥體; 也不能太慢，以免造成樣品流失。在進(jìn)樣過(guò)程中，要嚴(yán)格按清洗程序操作，以減小前次樣品殘留對(duì)本次檢測(cè)的影響。

離子色譜儀的維護(hù)

1、對(duì)泵的維護(hù)

(1)每次儀器使用前，通水20min，用于清洗泵和整個(gè)流路。

(2)每次實(shí)驗(yàn)完畢，通水20min，將泵中殘留的流動(dòng)相清洗干凈。(注意：此步非常重要，直接關(guān)系到泵的正常使用)

(3)儀器長(zhǎng)時(shí)間不用，一周得通去離子水一次。用于替換泵中已經(jīng)滋生了少量微生物的去離子水。去離子水如果長(zhǎng)期放置，會(huì)促使少量微生物的繁殖，微生物容易粘附在泵內(nèi)的單向閥上。

2、對(duì)色譜柱的維護(hù)

(1)進(jìn)入色譜柱的樣品，均需要對(duì)其進(jìn)行前處理。樣品中固體懸浮物、有機(jī)物和重金屬是影響色譜柱柱效的三大因素。

固體懸浮物的消除：使用0.45或0.22微米孔徑的微孔濾膜將樣品過(guò)濾即可。

有機(jī)物：固態(tài)樣品，其各檢測(cè)組份對(duì)高溫仍比較穩(wěn)定的，可以采用高溫灰化-淋洗液或去離子水浸取法將有機(jī)，直接IC檢測(cè)。

液態(tài)樣品，可以采用22%雙氧水微波消解1.5h除去有機(jī)物后調(diào)節(jié)pH至中性，直接IC進(jìn)樣檢測(cè)。(注意溶液濃度之間的換算)

重金屬：可以將樣品流經(jīng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂除去重金屬后直接IC進(jìn)樣。

(2)組份高含量樣品影響色譜柱柱效。

高Cl-樣品的處理：將樣品通過(guò)Ag處理柱將Cl-除去后進(jìn)樣或稀釋后進(jìn)樣分析。

高SO42-樣品的處理：將樣品通過(guò)Ba處理柱將SO42-除去后進(jìn)樣或稀釋后進(jìn)樣分析。

(3)實(shí)驗(yàn)操作完畢，色譜柱用淋洗液密封保存。

3、對(duì)抑制器的維護(hù)

通陰離子淋洗液時(shí)將電流旋鈕打開(kāi)，陰離子檢測(cè)完成關(guān)閉泵以前將電流旋鈕關(guān)閉。

離子色譜儀常見(jiàn)問(wèn)題及解決辦法

1、電導(dǎo)檢測(cè)器常見(jiàn)故障

電導(dǎo)檢測(cè)器常見(jiàn)故障是檢測(cè)池被污染。

故障原因：污染物主要來(lái)源于沒(méi)有經(jīng)過(guò)適當(dāng)前處理的樣品，如濃度過(guò)高、復(fù)雜的樣品基體等。

2、分析泵常見(jiàn)故障

故障現(xiàn)象：基線的噪聲加大,色譜峰形變差(出現(xiàn)亂峰)。

解決辦法：分析泵常見(jiàn)故障是泵內(nèi)產(chǎn)生氣泡和漏液。

3、抑制器使用中的常見(jiàn)故障與排除

抑制器在離子色譜儀中具有舉足輕重的作用。抑制器工作性能的好壞對(duì)分析結(jié)果有很大的影響。抑制器最常見(jiàn)的故障是漏液，使峰面積減小(靈敏度下降)和背景電導(dǎo)升高。

(1)峰面積減小

造成峰面積減小的主要原因有：微膜脫水、抑制器漏液、溶液流路不暢和微膜被玷污。抑制器長(zhǎng)期不用，會(huì)發(fā)生微膜脫水現(xiàn)象，為激活抑制器，可用注射器向陰離子抑制器內(nèi)以淋洗液流路相反的方向注入少許0.2mol/L的硫酸溶液。同時(shí)向再生液進(jìn)口注入少許純凈水，并將抑制器放置半小時(shí)以上。抑制器內(nèi)玷污的金屬離子可以用草酸鈉清洗。

(2)背景電導(dǎo)值高

在化學(xué)抑制型電導(dǎo)檢測(cè)分析過(guò)程中，若背景電導(dǎo)高，說(shuō)明抑制器部分存在一定的問(wèn)題。大多數(shù)是操作不當(dāng)引起的。例如淋洗液或再生液流路堵塞，系統(tǒng)中無(wú)溶液流動(dòng)造成背景電導(dǎo)偏高或使用的電抑制器電流設(shè)置的太小等。膜被污染后交換容量下降亦會(huì)使背景電導(dǎo)升高。而失效的抑制器在使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)背景電導(dǎo)持續(xù)升高的現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)更換一支新的抑制器。

(3)漏液

抑制器漏液的主要原因是抑制器內(nèi)的微膜沒(méi)有充分水化。

因此，長(zhǎng)時(shí)間未使用的抑制器在使用前應(yīng)讓微膜水溶脹后再使用。另外要保證再生液出口順暢，因此反壓較大時(shí)也會(huì)造成抑制器漏液。另外抑制器保管不當(dāng)造成抑制器內(nèi)的微膜收縮、破裂也會(huì)發(fā)生漏液現(xiàn)象。

4、由流動(dòng)相到泵之間的管路中有氣泡，怎么排除？

排除方法如下：先將與泵相連的塑料流路接頭擰下來(lái)，用洗耳球吸滿去離子水，從與泵段相連的流路管中注入，將流路管中的氣泡排除干凈。然后再將流動(dòng)相瓶(一般為去離子水瓶)抬高，再將流路接頭與泵連接好。啟動(dòng)泵，打開(kāi)泵內(nèi)排氣閥選鈕，將泵內(nèi)氣泡排除干凈，一般觀察為流出液比較均勻，再將泵排氣閥擰緊。(注意：此項(xiàng)操作時(shí)，整個(gè)流路是與色譜柱斷開(kāi)的)

5、泵單向閥堵塞會(huì)有哪些現(xiàn)象？怎么操作？

在如果泵單向閥上粘上了微生物造成堵塞會(huì)造成泵吸液不上，明顯的現(xiàn)象是，在廢液管沒(méi)有流液或啟動(dòng)泵時(shí)沒(méi)有液體流出或溶液流出速度很慢。

單向閥如果堵塞了，我們需要對(duì)其進(jìn)行清洗，清洗方法如下：

先將流路接頭和接頭1全部擰下，再將左側(cè)接頭2擰下，用鑷子將兩單向閥取出(在取單向閥時(shí)注意它是有方向的，在單向閥中有一個(gè)小圈圈，離小圈圈近的一端為液體的入口)，放入50ml燒杯中，加入無(wú)水乙醇蓋過(guò)兩個(gè)單向閥，放入超聲波清洗30min，然后按照1：1的比例加入10%的HNO3(用無(wú)水乙醇稀釋)，清洗5min后，用去離子水將單向閥沖洗干凈，將單向閥重新安裝到泵中。(注意：接頭不要擰的太緊，以免造成螺絲紋受損)

總結(jié)

離子色譜儀作為精密儀器，在快速和微量分析方面具有強(qiáng)的有優(yōu)勢(shì)，因此廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)工業(yè)、食品衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域。在使用離子色譜儀及維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照儀器說(shuō)明書的要求，正確操作，注意加強(qiáng)定期維護(hù)和保養(yǎng)，建立完善的維修日志，及時(shí)總結(jié)維修經(jīng)驗(yàn)，才能獲得理想的分析結(jié)果，減少故障率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。