离子色谱(IC)基础培训(戴安).ppt

,离子色谱基础培训,戴安中国技术服务中心,离子色谱基本原理及概述,离子色谱的基本构成分离与检测的基本原理和特征 分离柱、抑制器,离子色谱的使用要点,离子色谱基本原理及概述,什么是离子色谱 ?,利用色谱技术测定离子型物质的方法 色谱 : 用于分析的一种分离技术 离子型物质 : 在水溶液中电离，具有 + 或 电荷的 元素阴离子：，2，阳离子：，,色谱,气相色谱 (气固分离，流动相为载气) 液相色谱 (液固分离，流动相为液体) (主要分离非极性的有机化合物) (主要分离极性和部分弱极性的化合物),慢中等快,色谱分离,离子色谱 (IC) 是,1975 由H.Small 等人.（Dow chemical)首次提出 用于测定氯离子和硫酸根 许多国家将离子色谱法作为标准方法 中国 ： GB 饮用天然矿泉水水检试方法, ； 工业循环冷却水中阴、阳离子的测试方 法 等 。 美国： USEPA （US Env. Protect Agency）， ASTM （America Society for Testing and Materials）， （International Organization for Standardization）,电力 冷却水 / HPW 锅炉蒸汽中的杂质食品 / 饮料 酒 / 饮料/ 糖果 饮料中有机酸造纸. /纸浆 纸浆液处理水 张纸和液体中的离子,农业 肥料 /土壤 / 植物 /等 土壤中离子医学 血液 / 尿 尿中草酸化妆品 化妆品 / 清洁剂/ 洗发液 化妆品液体中的阴离子制药 化学 / 液体 化学品中的重金属,应用领域,领域,环境. / 污染 雨水/河水/ 大气/ 污水 雨水中离子城市用水 自来水 / 水源 自来水中消毒副产物,样品,应用,化学品 设备提取物 / 聚合物 环氧类粘合剂中的阴离子电子 / 半导体 高纯水 晶片冲洗水 高纯水中的离子型杂质金属 / 钢材 表面处理液镀 槽 冷却水 电镀 槽中的抗坏血酸,离子色谱的基本流程图,淋洗液,泵,色谱柱,检测器,泵液,分离,检测,记录,进样阀,抑制器,检测池,进样,离子色谱的特点(戴安产品),不同的操作者都可得到好的样品分析重现性 经过稀释、过滤后可以测定多种样品 多价态可氧化元素（NO2- & NO3-, SO32-&SO42- etc.）, 不同价态离子（Fe3+ & Fe2+,Cr3+ & Cr6+ etc.） 可单独测定某种离子.（通常为同时测定),离子色谱的基本构成,样品进样 ： 样品环进样分离 ： 离子交换分离 检测 ： 电导检测,（ 抑制型),进样阀,样品,装样,废液,淋洗液,至分离柱,定量环进样,（）,（）,样品环,分离的方式,离子排斥 ： 离解常数 和疏水性 离子对 (RP) ： 对离子对试剂的亲和力 离子对化合物的疏水性离子抑制 (RP) ： 在特定 pH下的疏水性反相 ： 疏水性,离子交换 ： 离子价态和离子半径,Temporal course,离子交换分离机理,阴离子交换树脂 (乳胶型）,m,阳离子交换树脂 (接枝型),分离阴离子,Column ： IonPac AG12A / AS12AEluent ： 2.7mM Na2CO3 0.3mM NaHCO3Flow rate： 1.2mL/minDetection： Conductivity (ASRS Recycle mode),0,2,4,6,8,10,12,14,16,Retention time(min),0,8,mS,Column :IonPac CS12A, CG12AEluent :20 mM Methanesulfonic acidFlow rate :1.0 mL/minDetection :Conductivity （CSRS Recycle mode),分离阳离子,0,2,4,6,8,10,12,14,Retention time (min),0,1,2,3,4,S,离子排斥法分离机理, , , , , , , ,Donnan membrane, ,固定相,流动相,离子排斥色谱法的分离机理,1.Donnan排斥作用Donnan膜的负电荷层排斥完全离解的离 子型化合物，仅允许未离解的化合物通过 2.吸附保留时间与有机酸的烷基键的长度有关。通常烷基键越长，其保留时间也越长。3. 空间排阻与有机酸的分子量大小及交换树脂的交联度有关,Column ：IonPac ICE AS1Eluent ：0.4 mM Octonesulfonic acidFlow rate ：1.0 mL/minSuppressor ： AMMS-ICERegenerator liquid ：5mM TBAOH 50mM H3BO3Detection ： Conductivity,离子排斥法分离有机酸,20,10,0,保留时间 (min),0,S,5,1,2,3,4,5,1. 甲酸2. 乙酸3. 丙酸4. 丁酸5. 戊酸,Mobile phase TBAOHACNH2OSampleY+ X-,固定相,TBA+OH-,Y+ X-,Y+ X-,(TBA+X-),(TBA+X-),(TBA+X-),(TBA+X-),TBA+OH-,ACN,ACN,ACN,ACN,ACN,ACN,ACN,TBA+ OH-,TBA+ OH-,疏水相,亲水 相,反相离子对分离机理,Y+ OH-,反相离子对的分离机理,1.生成离子对待测离子与离子对试剂生成中性“离子对”分布于 固定相与流动相之间，其分离类似传统的反相分离2.动态离子交换离子对试剂的疏水部分吸附于固定相形成动 态的离子交换表面，其分离机理类似于离子交换。3.离子间相互作用除包括以上两种分离机理和固定相表面双 电层结构的分离机理。,Column : IonPac NS1、NG1 Eluent : 2 mM TBAOH, 24%48% CAN gradient in 10 min Flow rate : 1.0 mL/min Detection : Conductivity (suppressor type) （ASRS MPIC Mode） Regenerator : 10 mN H2SO41. Methanesulfonic acid 5.0 g/mL (ppm)2. 1-Propanesulfonic acid 8.63. 1-Butanesulfonic acid 8.74. 1-Hexanesulfonic acid 8.85. 1-Heptanesulfonic acid 8.96. 1-Octanesulfonic acid 8.97. 1-Decanesulfonic acid 9.1,0,Retention time (min),12,16,8,S,0.0,4,8.0,反相离子对分离测定,检测方式,电导 检测具有电导性化合物的通用型检测器 离子色谱最常用的检测器,电化学(安培法) 在特定的条件下可对某些化合物直接进行氧化还原反应 紫外可见光度法 紫外直接吸收或可见光光度法测定选择性强 可进行柱后衍生 荧光法 HPLC,电导检测器,测定溶液流过电导池电极时的电导率 可检测大部分离子型化合物,溶液,至检测池,电极,检测池,抑制器的作用,废液,抑制器,安装在电导池之前 提高待测离子的电导率： 提高灵敏度Na+,Cl-H+,Cl- 降低背景电导 (淋洗液) : 减少噪音Na+,HCO3-H2CO3,Na+,OH-H2O,极限摩尔电导值,Total conductivity （ ） （ ）,（unit：S/m equivalent）,电极,电极,离子交换膜,离子交换膜,淋洗液格网,再生液格网,再生液格网,抑制器的结构,自分离 柱,至检 测 池,排放,检测池或再生液 瓶,抑制器的工作原理 (阴离子),X-: 样品中的阴离子Y+: 样品中的阳离子,H2O,H2O,OH-,H2O Na+Y+ X- Na+ CO32-(样品, 淋洗液),电极 （）,电极 （）,纯水或来自检测器的流体,阳离子交换膜,阳离子交换膜,H2O,H2O,废液 / 气体,废液,H2O SO42-Y+ X- H+ MSA-(样品e, 淋洗液）,H+,抑制器的工作原理 (阳离子),X-: 样品中的阴离子Y+: 样品中的阳离子,电极 （）,电极 （）,阴离子交换膜,阴离子交换膜,纯水或来自检测器的液体,淋洗液,泵,进样阀,柱,抑制器,检测池,废液,反压管,电源,循环再生模式流程图,溶離液,泵,柱,废液,废液,外加水模式流程图,纯水,电源,加压,进样阀,抑制器,检测池,反压管,溶離液,泵,柱,废液,废液,再生液,化学再生模式流程图,进样阀,抑制器,检测池,Column ： IonPac AG12A / AS12AEluent ： 2.7mM Na2CO3 0.3mM NaHCO3Flow rate： 1.2mL/minDetection： Conductivity (ASRS Recycle Mode),电导检测 （ 样品：饮用水）,30,nA,-10,Retention time (min),0,2,4,6,8,10,I,Column ：IonPac AS11, AG11Eluent ： 5mM HNO3Flow rate： 1.5 mL/minDetection：DC amperometry (Ag Electrodes，0.05V supply）,电化学检测 (1),2,0,12,15,0,100,nC,1,3,4,5,6,9,6,3,Column ：CarboPac PA10Eluent :18 mM NaOHFlow rate: 1 mL/minDetection: Pulsed amperometry, Gold electrodes(each 1 nmol) component : 1. 盐藻糖 2. 氨基半乳糖 3. 氨基葡萄糖 4. 半乳糖 5. 葡萄糖 6. 甘露糖,Retention time(min),电化学检测 (2),UV/VIS 检测,Column ：IonPac CS5A, CG5AEluent ： 7mM PDCA, 66mM KOH 5.6mM K2SO4, 74mM Formic acidFlow rate： 1.2 mL/minDetection：Absorbance, 530 nm (Post column derivative) Deriv. Solution： 0.2mM PAR, 1.0M DMAE 0.5M NH4OH , 0.3M NaHCO3,0,2,4,6,8,10,12,14,Retention time (min),Fe3+,Cu2+,Ni2+,Zn2+,Co2+,Cd2+,Mn2+,Fe2+,柱后衍生,输送,分离,检测,进样,泵,进样阀,柱,淋洗液,显 色 剂,反应管,排放,UV/VIS 检测器,记录,离子色谱的使用要点,操作步骤 (1),启动仪器与仪器的稳定 提供一定压力的氮气并检查压力是否合适 系统中有淋洗液流出，并进入了抑制器 淋洗泵中无气泡 确认系统中无液体/气体泄漏 确认系统有稳定的压力与背景电导 开始测定 用注射器注入标准或者样品,操作步骤 (2),定量计算 根据标样制作校正曲线. 以此为标准计算样品中的待测离子,component: sulfate; approximation: linear,method: c:peaknetmethodas14.met; renewal: 97/05/23 10:24:26,Correlation coefficient = 1.000000,Concentration = 8.731e-006 response + 0,Quantification method: external standard,Quantification standard:area,0.00,5.00,10.0,15.0,20.0,浓度（ppm),0.00,5.00e+5,1.00e+6,1.50e+6,2.00e+6,2.50e+6,响应,操作步骤 (3),文件 日期操作者采样, 预处理, 设备的设定结果定量值, 数据可靠性的有关信息,如何获得可靠的分析结果,了解可能影响色谱分析结果的各种干扰因素 配制淋洗液、标准液所使用水和试剂的纯度 了解所使用的预处理方法的优/缺点 仪器应进行例行保养,色谱柱、淋洗液的温度淋洗液的浓度与组成淋洗液的流速淋洗液中的杂质,影响色谱分析的各种条件,一价离子 快速洗脱,0,2,4,6,8,10,12,14,20,25,30,35,40,45,Temp.）,Retention time (min),色谱柱、淋洗液的温度,淋洗液浓度 vs. 保留时间,0,4,8,12,16,20,8mM,9mM,10mM,11mM,12mM,13mM,浓度（）,Retention time (min),淋洗液的组成 vs. 保留时间,0,4,8,12,16,20,0,0.11,0.22,0.33,Comp. ratio (NaHCO3/Na2CO3),Retention time (min),10,0,S,0% ACN,20% ACN,50% ACN,1,2,3,4,5,6,7,0,10,Retention time (min),10,10,0,0,S,S,1.F-2.Cl-3.NO2-4.Br-5.NO3-6.HPO42-7.SO42-,淋洗液中有机溶剂的影响,Ex) AS4A-SC column,淋洗液的流速 (面积),0,2000,4000,6000,8000,10000,12000,0.5,1,1.5,2,Flow rate（mL/min）,Area,流速增加,淋洗液中杂质的影响,正常淋洗液,淋洗液被Cl 沾污,离子色谱使用的水与试剂,纯度尽可能高,高纯水 ：电阻率 17M、0.22m 滤膜过滤 ：JIS K0557(Water used for industrial water and wastewater analysis) ：淋洗液脱气（真空和搅动）,试剂 ：尽可能使用优级纯 ：配标准的试剂应预先干燥,淋洗液的配制与保存,阴离子淋洗液的配制碳酸盐 (AS4A, AS12A, AS14 等.） 配 100 x 浓度的淋洗液作为储备液，使用时用高纯水稀释氢氧化钠 (AS10, AS11，AS15，16 等.) 配制50%(w/w) NaOH 储备溶液.使用时用高纯水稀释阳离子淋洗液的配制甲烷磺酸(MSA) 取一定浓度的MSA配成储备液 ( 可以配制为1M的储备液)保存 使用聚丙烯(PP)瓶，保存在暗处及 4 左右. （ 通常可以保存6个月） 淋洗液要经常更换,标准的配制与保存,配制1000 mg/L储备标准溶液阴离子标准取钠盐, 阳离子标准取氯化物，称取适量，用高纯水稀释储备液 (g) 100 ml：0.1 x(盐的分子量)/(离子的分子量） 配制混合标准溶液 汲取适量的储备液，用高纯水稀释至刻度，摇匀 保存使用聚丙烯(PP)瓶，保存在暗处及 4 左右. （ 通常可以保存6个月）ppm浓度的混合标准不能长期保存，应经常配制.ppb浓度的混合标准应在使用前临时配制,样品处理,过滤样品中除去颗粒物用0.45m 或0.22m 滤膜用高纯水冲洗滤膜 ，以减少沾污稀释待测物浓度较高时，应预先稀释.降低干扰物的浓度.去除干扰物预处理柱，超滤固相萃取液相萃取离心盐析在线柱处理,颗粒直径 (m) vs.过滤方法,6,4,1,Macro Filtration,Micro Filtration,Ultra Filtration,Reverse Osmosis,Mean MW(x 10,000),100,40,20,0.8,0.4,0.10.060.04,0.010.008,0.004,0.002,0.001,0.0005,10,0001,0001001010.1,过滤器沾污,评估的方法用高纯水冲洗过滤器汲取高纯水每1ml一次按st, rd, th 的顺序测定水中的 离子浓度,0,200,400,600,800,1000,ppb,1200,过滤器沾污 (测定结果),预处理柱,On Guard Ag :Ag 型阳离子交换树脂除卤素 Cl-On Guard H :H 型阳离子交换树脂除阳离子On Guard A :HCO3 型阴离子交换树脂除阴离子On Guard RP : 二乙烯基苯聚合物去除疏水性物质如表面活性剂On Guard P :聚乙烯吡硌烷酮聚合物去除苯酚、染料 On Guard Ba :Ba 型阳离子交换树脂去除硫酸根,准备,进样,萃取,萃取 ,固相萃取,Retention time (min),Retention time (min),处理前,预处理柱,OnGuard-Ag,处理后,1.2.3.4.5.6.7.,废液,浓缩柱,采样泵 开始,淋洗液,至分离柱,冲洗采样管,预浓缩进样,预富集浓缩进样测定,Separate column ： IonPac AS4A,AG4AEluent ： 1.8mM Na2CO3/1.7mM NaHCO3Flow rate ： 1.5 mL/minConc. column： TAC-2 Injection volume： 10 mLDetection ： Conductivity (suppressor type),0.00,5.00,10.00,-1,5,uS,Retention time (min),例行保养 (1),检查是否有气体泄漏 检查是否有液体泄漏记录使用的色谱条件日期, 操作者, 色谱柱类型, 流速系统压力, 背景电导理论塔板数,分离度 清洗色谱柱,例行保养 (2),Cleaningsolution,Pump,Waste,色谱柱清洗最好分别清洗保护柱与分离柱如要同时清洗，应将分离柱置于保护柱之前溶液流动方向 : 保持 方向,例行保养 (3),清洗抑制器清洗 ELUENT 和 REGEN 两部分清洗时应先关闭抑制器电源清洗后要向抑制器内泵10分钟高纯水，以便于平衡系统,Cleaningsolution,Pump,Waste,REGEN OUT,ELUENT OUT,REGEN IN,ELUENT IN,DIONEX,例行保养 (4),激活抑制器 （0.2 N NaOH)初次安装时有液体泄漏时进行清洗之后灵敏度下降后,Waste,Pure water,Active liquid,REGEN OUT,ELUENT IN,ELUENT OUT,REGEN IN,DIONEX,抑制器的使用如果电源关闭不要连续向抑制器内泵淋洗液停泵时抑制器的电源应关闭测量结束关闭仪器前, 允许泵在关闭抑制器电源的情况下继续运行 30秒左右,确认再生液出口处没有气泡后再停泵经常检查废液桶确保气体不会存在桶内,例行保养 (5),例行保养 (6),停机时的保养措施 短时间停机23 天，色谱条件不变4 天以上 / 改变色谱条件长时间停机两周以上,开机不进样,(运行仪器不进样),地址： 北京市海淀区双清路18号 邮编：100085电话：01062936510 传真：01062923552 e-Mail: ,戴安中国技术服务中心,