離子色譜儀原理

離子色譜儀是高效液相色譜的一種，故又稱高效離子色譜(HPIC)或現代離子色譜，其有別于傳統離子交換色譜柱色譜的主要是樹脂具有很高的交聯度和較低的交換容量，進樣體積很小，用柱塞泵輸送淋洗液通常對淋出液進行在線自動連續電導檢測。

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、離子對色譜。

 離子交換色譜 

高效離子交換色譜，應用離子交換的原理，采用低交換容量的離子交換樹脂來分離離子，這在離子色譜中應用泛，其主要填料類型為有機離子交換樹脂，以苯乙烯二乙烯苯共聚體為骨架，在苯環上引入磺酸基，形成強酸型陽離子交換樹脂，引入叔胺基而成季胺型強堿性陰離子交換樹脂，此交換樹脂具有大孔或薄殼型或多孔表面層型的物理結構，以便于快速達到交換平衡，離子交換樹脂耐酸堿可在任何pH范圍內使用，易再生處理、使用壽命長，缺點是機械強度差、易溶易脹、受有機物污染。

硅質鍵合離子交換劑以硅膠為載體，將有離子交換基的有機硅烷與基表面的硅醇基反應，形成化學鍵合型離子交換劑，其特點是柱效高、交換平衡快、機械強度高，缺點是不耐酸堿、只宜在pH2-8范圍內使用。

 離子排斥色譜 

它主要根據Donnon膜排斥效應，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酸以及無機含氧酸根，如硼酸根碳酸根和硫酸根有機酸等。它主要采用高交換容量的磺化H型陽離子交換樹脂為填料以為淋洗液。

 離子對色譜 

離子對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脂或十八烷基硅膠(ODS)，也有用C8硅膠或CN，固定相流動相由含有所謂對離子試劑和含適量有機溶劑的水溶液組成，對離子是指其電荷與待測離子相反，并能與之生成疏水性離子，對化合物的表面活性劑離子，用于陰離子分離的對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，用于陽離子分離的對離子是烷基磺酸類，如己烷磺酸鈉，庚烷磺酸鈉等對離子的非極性端親脂極性端親水，其CH2鍵越長則離子對化合物在固定相的保留越強，在極性流動相中，往往加入一些有機溶劑，以加快淋洗速度，此法主要用于疏水性陰離子以及金屬絡合物的分離，至于其分離機理則有3種不同的假說，反相離子對分配離子交換以及離子相互作用。

離子色譜基本構成

離子色譜儀主要包括由淋洗液系統、檢測系統、色譜泵系統、進樣系統、流路系統、分離系統、化學抑制系統、和數據處理系統等組成。

1、淋洗液系統：

離子色譜儀常用的分析模式為離子交換電導檢測模式，主要用于陰離子和陽離子的分析。

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性的基本條件。為保證同一次分析過程中淋洗液的一致性，在淋洗液系統中加裝淋洗液保護裝置，可以將進入淋洗液瓶的空氣中的有害部分吸附和過濾，如CO2和H2O等。

2、檢測系統：

離子色譜最基本和常用的檢測器是電導檢測器，其次是安培檢測器。

（1）電導檢測器：電導檢測器是基于極限摩爾電導率應用的檢測器，主要用于檢測無機陰陽離子、有機酸和有機胺等。

雙極脈沖檢測器：在流路上設置兩個電極，通過施加脈沖電壓，在合適的時間讀取電流，進行放大和顯示。

容易受到電極極化和雙電層的影響。

四極電導檢測器：在流路上設置四個電極，在電路設計中維持兩測量電極間電壓恒定，不受負載電阻、電極間電阻和雙電層電容變化的影響，具有電子抑制功能（陽離子檢測支持直接電導檢測模式）。

五極電導檢測器：在四極電導檢測模式中加一個接地屏蔽電極，極大提高了測量穩定性，在高背景電導下仍能獲得極低的噪聲，具有電子抑制功能（陽離子檢測支持直接電導檢測模式）。

（2）安培檢測器：安培檢測器是基于測量電解電流大小為基礎的檢測器，主要用于檢測具有氧化還原特性的物質。

 直流安培檢測模式：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、尿酸和對二等物質的檢測。

 脈沖安培檢測模式： 主要用于醇類、醛類、糖類、胺類（一二三元胺，包括氨基酸）、有機硫、硫醇、硫醚和硫脲等物質的檢測。

 積分脈沖安培檢測模式：

 為脈沖安培檢測的升級檢測模式，適用于檢測脈沖安培檢測的物質。　　

3、離子色譜儀色譜泵系統：

（1）材質：離子色譜的淋洗液為酸、堿溶液，與金屬接觸會對其產生化學腐蝕。如果選擇不銹鋼泵頭，腐蝕會導致色譜泵漏液、流量穩定性差和色譜柱壽命縮短等。離子色譜泵頭應選擇全PEEK材質（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）串聯雙柱塞泵

2）并聯雙柱塞泵

3）壓力脈動消除方式：電子脈動抑制、 脈沖阻尼器　　

4、離子色譜儀流路系統：

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

材料有PEEK管（高壓區）、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：

分離系統是離子色譜的重要部件，也是主要耗材。

（1）預柱：又稱在線過濾器，PEEK材質，主要作用是保證去除顆粒雜質。

（2）保護柱：保護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。如果不一致，會導致死體積增大、峰擴散和分離度差等。

（3）分析柱：有效分離樣品組分。　　

6、化學抑制系統：

 抑制系統是離子色譜的核心部件之一，主要作用是降低背景電導和提高檢測靈敏度。抑制器的好壞關系到離子色譜的基線穩定性、重現性和靈敏度等關鍵指標。

（1）柱膠抑制：

采用固定短柱或現場填充抑制膠進行抑制，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行抑制。

需要配制硫酸再生液，系統需要配置氮氣或動力裝置。

（3）電解自再生膜抑制：

利用電解水產生媒介離子和離子配合離子交換膜進行抑制（）。　　

7、離子色譜儀進樣系統：

進樣閥：進樣系統是將常壓狀態的樣品切換到高壓狀態下的部件。保證每次工作狀態的重現性是提高分析重現性的重要途徑。

材質：與色譜泵類似，選擇全PEEK材質的進樣閥才能保證儀器的壽命和分析結果的準確性。

類型：

1）、手動進樣閥：進樣一致性靠人，系統集成性差。

2）、電動進樣閥：進樣一致性較好，系統集成性高。

3）、自動進樣器：進樣一致性，系統集成性。　　

8、數據處理系統：

完成數據處理，聯通儀器。

離子色譜儀的工作流程

高壓將流動相以穩定的流速(或壓力)輸送至分析體系，在色譜柱之前通過進樣器將樣品導入，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檢測器之前增加一個抑制系統，即用另一個高壓將再生液輸送到抑制器。在抑制器中，流動相背景電導被降低，然后將流動出物導入電導池，檢測到的信號送至數據處理系統記錄、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，因此儀器結構相對比較簡單，價格也相對比較便宜。

離子色譜儀的基本操作步驟

1、開機前的準備：打開實驗室空調，根據樣品的檢測條件和色譜柱的條件配置所需淋洗液和再生液。

2、開機：依次打開打印機、計算機進入操作系統;打開氮氣鋼瓶總閥，調節鋼瓶減壓閥分壓表指針為0.2MPa左右，再調節色譜主機上的減壓表指針為5psi左右，確認離子色譜儀與及計算機數據線連接正常，打開離子色譜主機電源;點擊開始、程序、Chromeleon、severmonitor、雙擊桌面上工作站程序、雙擊安裝目錄下離子色譜操作控制面板;操作控制面板打開后選中connected使軟件與離子色譜儀聯動起來，打開泵頭廢液閥排除泵和管路里的氣泡，關閉泵頭廢液閥，開泵啟動儀器，查看基線，待基線穩定后方可進樣分析

3、樣品分析：建立程序文件；建立方法文件；建立樣品表文件;加樣品到自動進樣器或手動進樣；啟動樣品表;若是手動進樣，按系統提示逐個進樣分析。

4、數據處理：建立標準曲線；打印標準曲線；打印待測樣品分析報告

5、關機：關閉泵，關閉操作軟件；關閉離子色譜主機電源；關閉氮氣鋼瓶總閥并將減壓表卸壓；關閉計算機、顯示器和打印機電源。