離子色譜法(一)
發布時間：2017-09-01
離子色譜法(ion chromatography，IC)是以離子性物質為分析對象的液相色譜法。它與普通液相色譜法的不同之處是它通常使用離子交換劑固定相和電導檢測器。20世紀70年代中期，在液相色譜高效化的帶動下，Small等發明了現代離子色譜(或稱高效離子色譜)，即采用低交換容量的離子交換柱，以強電解質作流動相分離無機離子，然后用抑制柱將流動相中被測離子的反離子除去，使流動相背景電導降低，從而獲得高的檢測靈敏度。這就是所謂的雙柱離子色譜法(或稱抑制型離子色譜法)。1979年，Gjerde等用弱電解質作流動相，因流動相自身的電導較低，不必用抑制柱，因此稱作單柱離子色譜法(或稱非抑制型離子色譜法)。
狹義的IC通常指以離子交換柱分離與電導檢測相結合的離子交換色譜(ion exchange chromatography，IEC)和離子排斥色譜(ion chromatography exclusion，ICE)。離子抑制色譜(ion suppression chromatography，ISC)和離子對色譜(ion pairchromatography，IPC)采用的是通常的高效液相色譜(high Derformance liquid chromatography，HPLC)體系，因其分析對象是離子，也放在離子色譜中講述。
IC因靈敏度高、分析速度快，能實現多種離子的同時分離，而且還能將一些非離子性物質轉變成離子性物質后測定，所以在環境、食品、化工、電子、生物、醫藥、新材料等許多領域都得到了廣泛的應用。可以用IC分析的物質除無機陰陽離子外，還有有機陰離子(有機酸、有機磺酸鹽和有機磷酸鹽)、有機陽離子(胺、吡啶等)和生物物質(糖、醇、酚、氨基酸和核酸等)。
一、方法原理
1、離子交換色譜法
離子交換色譜法使用的是低交換容量的離子交換劑，這種交換劑的表面有交換基團。帶負電荷的交換基團(如磺酸基和羧酸基)可以用于陽離子的分離，帶正電荷的交換基團(如季胺鹽)可以用于陰離子的分離。圖13.1是陰離子交換過程示意圖。由于靜電相互作用，樣品陰離子和淋洗劑陰離子(稱淋洗離子)都與固定相中帶正電荷的交換基團作用，樣品離子不斷地進入固定相，又不斷地被淋洗離子交換而進入流動相，在兩相中達到動態平衡。不同的樣品陰離子與交換基團的作用力大小不同，電荷密度大的離子與交換基團的作用力大，在樹脂中的保留時間就長，于是不同的離子被相互分離。
2、離子排斥色譜法
離子排斥色譜法的分離機理是以樹脂的Donnan排斥為基礎的分配過程。分離陰離子用強酸性高交換容量的陽離子交換樹脂，分離陽離子用強堿性高交換容量的陰離子交換樹脂。下面以陰離子分離為例(見圖13.2)說明離子排斥色譜的原理。強電解質H+Cl-，因受排斥作用不能穿過半透膜進入樹脂的微孔，迅速通過色譜柱而無保留；弱電解質CH3COOH可以穿過半透膜進入樹脂微孔。電解質的離解度越小，受排斥作用也越小，因而在樹脂中的保留也就越大。
3、離子抑制色譜法和離子對色譜法
無機離子以及離解較強的有機離子通常可以采用離子交換色譜或離子排斥色譜進行分離。有很多大分子或離解較弱的有機離子需要采用通常用于中性有機化合物分離的反相(或正相)分配色譜。然而，直接采用正相或反相分配色譜。
又存在困難，因為大多數可離解的有機化合物在正相分配色譜的硅膠固定相上吸附太強，致使被測物質保留值太大，出現拖尾峰，有時甚至不能被洗脫。在反相分配色譜的非極性(或弱極性)固定相中的保留又太小。在這種情況下，就可采用離子抑制色譜或離子對色譜。
離子抑制色譜的原理是以酸堿平衡理論為基礎的，即通過降低(或增加)流動相的pH值來抑制酸(或堿)的離解，使酸(或堿)性離子化合物盡量保持未離解狀態。
如果被分析的離子是較強的電解質，單靠改變流動相的酸堿性來抑制離子性化合物的離解，往往不能得到足夠的保留，這時可以采用離子對色譜。離子對色譜是在流動相中加入適當的具有與被測離子相反電荷的離子，即“離子對試劑”，使之與被測離子形成中性的疏水離子對化合物，此離子對化合物在反相分配柱上被保留。保留的大小主要取決于離子對化合物的解離平衡常數和離子對試劑的濃度。離子對色譜也可采用正相分配色譜的模式，即可以用硅膠柱，但不如反相分配色譜效果好。
二、儀器結構與原理
圖13.3是帶抑制型電導檢測器的離子色譜儀的構造示意圖。離子色譜儀的基本構成及工作原理與液相色譜相同，只不過離子色譜儀通常配置的檢測器不是UV檢測器，而是電導檢測器。IC，特別是抑制型IC往往用強酸性或強堿性物質作流動相，因此儀器的流路系統需耐酸和堿。這里將重點介紹離子色譜柱的填料(離子交換劑)和電導檢測器。
參考資料：現代儀器分析實驗與技術
