GX离子色谱仪的结构与实验技术

GX离子色谱仪有非YZ型离子色谱仪和YZ型离子色谱仪。没有流动相YZ系统的GX离子色谱仪称为非YZ型离子色谱仪，带流动相YZ系统的GX离子色谱仪称为YZ型离子色谱仪。

GX离子色谱仪的基本构造和工作原理与GX液相色谱仪基本相同，所不同的是GX离子色谱仪的检测器通常不是紫外可见光吸收检测器，而是电导检测器；色谱柱通常不是GX液相色谱仪所用的吸附型硅胶柱和分配型ODS柱，而是离子交换剂填充柱；GX离子色谱分析，特别是YZ型离子色谱分析往往用强酸性或强碱性物质作流动相，仪器流路系统耐酸碱的要求更高。

非YZ型离子色谱分析中，高压输液泵将流动相以稳定的流速或压力输送至分离体系，样品在色谱柱之前通过进样器导入，流动相将样品带入色谱柱，在色谱柱中各组分被分离，并依次随流动相流至检测器，数据处理系统对检测信号进行记录、处理和保存。非YZ型离子色谱仪不用YZ器和输送再生液的高压泵。

YZ型离子色谱仪是在电导检测器之前增加一个YZ系统，即用另一个高压输液泵将再生液输送至YZ器，在YZ器中，流动相背景电导被降低，然后将流出物导入检测器。

GX离子色谱仪与GX液相色谱仪一样，一般也是先做成一个个单元组件，然后根据分析需要将各个单元组件组合起来。Z基本的单元组件是流动相容器、高压输液泵、进样器、色谱柱、检测器和数据处理系统，也可根据需要配置流动相在线脱气装置、梯度洗脱装置、流动相YZ系统、柱后反应系统和全自动控制系统等。

一、流动相容器：

流动相容器通常由一个或多个聚乙稀或硬质玻璃瓶组成。

应经常清洗流动相容器和过滤头，经常更换流动相。

二、高压输液泵：

高压输液泵的作用是将流动相以稳定的流速或压力输送至色谱分离系统。高压输液泵的稳定性直接关系到分析结果的重现性和准确性，是GX离子色谱仪的关键部件之一。高压输液泵有恒压泵和恒流泵，常用的有气动放大泵、单柱塞往复泵、双柱塞往复泵和往复式隔膜泵等。

三、进样器：

进样装置有手动进样器和自动进样器。

四、色谱柱：

色谱柱是实现分离的核心部件，要求柱效高、柱容量大和性能稳定。

标准柱内径为4mm，小内径柱内径为2mm。柱长通常在50～100mm，比GX液相色谱柱短。柱内填充粒径5～10μm的球形颗粒填料。

在微量离子色谱中也用到内径为数十纳米的毛细管柱（包括填充型和内壁修饰型）。

色谱柱是有方向的，安装和更换时一定要注意。

GX离子色谱仪需用保护柱和恒温装置。

五、检测器：

GX离子色谱中应用Z多的检测器是电导检测器，其次是紫外可见光吸收检测器、衍生化光度检测器、安培检测器、荧光检测器和在GX液相色谱中几乎不被重视的原子发射检测器。

1、非YZ型电导检测器：

GX离子色谱的分析对象和使用流动相都是离子型物质，不同离子溶液的导电性不同。电导检测器的检测信号与样品中待测离子的浓度成正比。

非YZ型电导检测是直接测定色谱柱流出物的电导。流动相中的离子主要是淋洗离子和与之平衡的反离子，其电导值称为背景电导。进样后，当待测组分通过检测池时，测得的电导是淋洗液离子及与之平衡的反离子、待测离子及与之平衡的反离子共同的电导。非YZ型离子色谱使用流动相是低电导、浓度为数mmol/L的有机酸或有机酸盐溶液，从色谱柱流出的溶液直接进入电导检测器。当样品加入后，样品带随流动相到达色谱柱，待测组分在交换基团上与淋洗离子竞争，达到Z初的离子交换平衡，被交换下来的淋洗离子和待测离子的反离子迅速通过色谱柱到达检测器，在色谱图上对应死体积（死时间）的位置出现一个称为水跌的色谱峰（又称水峰）。各待测组分在色谱柱中的保留不同，依次流出色谱柱，此时流动相中待测离子的浓度增加，同时有等摩尔的淋洗离子交换到固定相中，由于待测离子和淋洗离子的摩尔电导率不同，这时流动相的电导不同于背景电导，这种电导的变化以色谱峰的形式记录下来。如果淋洗离子的摩尔电导率比待测离子小，则在色谱图上出现正峰，阴离子通常是这种情况。

对于阳离子分析，阳离子交换色谱流动相中的淋洗离子一般是H+，其极限摩尔电导率（离子的摩尔电导率随溶液浓度的变化而变化，在无限稀释情况下，离子的摩尔电导率达到Zda值，此Zda摩尔电导率称为极限摩尔电导率）远比一般阳离子大，阳离子通常产生负峰。实际分析中，可通过改变电导检测器的输出极性，使负峰变成易于处理的正峰。很多体系中，在待测离子峰之后会出现一个系统峰。系统峰往往会给分离带来负面影响，目前还无法完全消除，一般可通过调节流动相pH值来YZ系统峰的大小和调节系统峰的出峰位置，使其对分析无干扰。

2、YZ型电导检测器：

YZ型电导检测离子色谱分析使用的是强电解质流动相，如分析阴离子用Na2CO3和NaOH，分析阳离子用稀硝酸和稀硫酸等。这类流动相的背景电导高，且待测离子以盐的形式存在于溶液中，检测灵敏度很低。为提高灵敏度，需用YZ器来降低流动相的背景电导和增加待测组分的电导。

Z初使用的YZ器是YZ柱，目前使用较多的空心纤维管和微膜YZ器。常用的YZ器是通过连续输送再生试剂使YZ器始终保持YZ功能，分析阴离子时通常用稀硫酸（10～20mmol/L）作再生试剂，分析阳离子时通常用稀NaOH溶液作再生试剂。

随着离子色谱YZ技术的发展，无需使用再生试剂的自动再生电解YZ器已得到广为应用。阴离子分析用的电解型阳离子YZ器的工作原理是将水电解生成H+和OHˉ，只有H+能通过阳离子交换膜进入流动相（NaOH水溶液）中，将NaOH中和，使流动相变成难离解的H2O，使背景电导降低，检测灵敏度提高。电解型阴离子YZ器采用阴离子交换膜（只有OHˉ能通过），可YZ约100mmol/L的酸或碱流动相的背景电导。当用NaOH作流动相时，从YZ器中出来的流动相变成了纯水，完全可将通过检测池后的流出液循环至YZ器再生室作电解水源。以强碱（如NaOH）作流动相的阴离子分析和以强酸（如HCl）作流动相的阳离子分析占GX离子色谱分析的大部分，自动再生电解YZ器的应用价值很大。

自动再生电解YZ器在操作上非常方便，可用于梯度洗脱。

六、数据处理系统：

常用数据处理系统有色谱数据处理机和色谱工作站。

一、溶剂和样品的预处理：

1、去离子水的制备：

GX离子色谱分析所用水应是经过蒸馏的去离子水，通常称为重蒸去离子水或二次蒸馏水。

2、流动相的配制和过滤：

配制流动相时一定要用重蒸去离子水，以防离子污染。配制好的流动相要用0.45μm以下孔径的滤膜过滤，防止流动相中有固体小颗粒堵塞流路。流动相放置一段时间后可能会因微生物的作用而出现絮状物，因此，流动相一次不能配制太多，Z好现配现用。

3、流动相的脱气：

流动相在过滤之后要进行脱气。

4、样品的预处理：

样品的预处理方法有很多种，常用的有液液萃取、固相萃取、微渗析、超滤和超临界流体萃取等。GX离子色谱中的样品溶液和标准溶液的配制一般都要用重蒸去离子水，配制好的样品溶液和标准溶液也都要用0.45μm以下孔径的滤膜过滤。样品溶液和标准溶液放置时间不宜过长，Z好现配现用。

二、分离和检测方式的选择：

分析前首先应了解待测化合物的分子结构和性质以及样品的基体情况，如是无机还是有机离子、是酸还是碱、是亲水还是疏水、离子的电荷数、是否为表面活性化合物等。待测离子的疏水性和水合能是决定选用何种分离方式的主要因素。

水合能高和疏水性弱的离子，如Clˉ和K+，Z好选用离子交换色谱分离。

水合能低和疏水性强的离子，如高氯酸（ClO4ˉ）和四丁基铵，Z好选用亲水性强的离子交换色谱分离。

有一定疏水性，也有明显水合能的pKa=1～7的离子，如乙酸盐和丙酸盐，Z好选用离子排斥色谱分离。

有些离子，既可用阴离子交换色谱分离，也可用阳离子交换色谱分离，如氨基酸和生物碱等。

无紫外或可见光吸收以及强离解的酸和碱，Z好选用电导检测器检测。

具有电化学活性和弱离解的离子，Z好选用安培检测器检测。

离子本身或通过柱后衍生化反应后的络合物在紫外或可见光区有吸收，Z好选用紫外可见光吸收检测器检测。

能产生荧光的离子和化合物，Z好选用荧光检测器检测。

三、色谱参数的优化：

GX离子色谱分析中色谱参数的优化是通过改变各种色谱参数来提高分离度、缩短分析时间和提高检测灵敏度等。

1、提高分离度：

（1）稀释样品：

若待测离子之间的浓度相差较大，而且与固定相的亲和力差异很大，提高分离度的Z简单方法是稀释样品。因为若样品浓度较大，某些组分可能会出现平头峰（柱超载）或峰很宽且拖尾，覆盖某些浓度较小的组分，使分离度下降。稀释样品可比较明显地改变这种状况，使样品之间得到较好的分离。

（2）改变分离和检测方式：

若待测离子与固定相的亲和力相近或相同，样品稀释的效果常常不好。对于这种情况，除了选择适当的流动相，还应选择适当的分离和检测方式。

如ClO4ˉ的疏水性大于NO3ˉ，在离子对色谱上很容易分开。

如NO2ˉ和Clˉ在阴离子交换柱上的保留时间相近，常见样品中的Clˉ浓度又远大于NO2ˉ，使分离更加困难。但NO2ˉ的紫外吸收强，而Clˉ很弱，实际分析中用UVD测定NO2ˉ，用电导检测器测定Clˉ，可很好地解决这个问题。

（3）选择适当的淋洗液：

淋洗液通常是电解质，在溶液中离解成阴离子和阳离子，对分离起实际作用的离子称为淋洗离子。如用Na2CO3水溶液作流动相分离无机阴离子时，Na2CO3是淋洗剂，CO32ˉ是淋洗离子。

选择淋洗液的基本原则是淋洗离子能从交换位置置换出待测离子。但在实际分析中，当样品中强保留离子和弱保留离子共存时，如果选择与保留Z强的离子的亲和力接近的的淋洗离子，往往有些弱保留离子会很快流出色谱柱，不能达到分离的目的。因此，合适的淋洗液应根据样品的组成通过实验进行选择。

GX离子色谱中，可通过加入不同的淋洗液添加剂来改善选择性。淋洗液添加剂只影响树脂和待测离子之间的相互作用，减少树脂对疏水性离子的吸附，而不影响离子交换。对与树脂亲和力较强的离子如Iˉ、ClO4ˉ、苯甲酸和三乙胺等，在淋洗液中加入适量极性的有机溶剂如甲醇或乙腈等，可缩短这些组分的保留时间并改善峰形的不对称性。又如测定1%NaCl中的痕量Iˉ和SCNˉ时，加入对氰酚占据树脂对Iˉ和SCNˉ的吸附位置，可减少峰拖尾，增加检测灵敏度。

淋洗液pH值决定待测组分的离解程度，是影响分离度较大的因素。对于硅胶基质的键合固定相，淋洗液pH值应为2～7.5。在离子对色谱中，有时缓冲溶液离子可能与离子对试剂结合，其浓度不宜过高，通常为1～5mmol/L。

2、缩短分析时间：

缩短分析时间与提高分离度有时是相互矛盾的。在能得到较好分离结果的前提下分析时间越短越好。为了缩短分析时间，常采用减小分离柱容量、增加淋洗液流速、增加淋洗液强度和梯度洗脱等方法。

减小分离柱容量或用短柱可明显的缩短分析时间，但用短柱时，有时要选用稍弱的淋洗液，否则可能会导致分离不好。

增加淋洗液流速可缩短分析时间，但流速的增加受系统所能承受的Zgao压力限制，而且流速的改变可能对分离度产生很大影响，如对Brˉ和NO2ˉ的分离。

增强淋洗液强度可加速离子的淋洗，缩短分析时间，但弱保留和中等保留的离子会在很短的时间内一起出峰，使分离度下降，甚至出现峰重叠现象。对于这种情况，可采用梯度洗脱，这样既能缩短分析时间，又能使各组分得到良好分离。

3、提高检测灵敏度：

（1）将检测器的灵敏度设置在较高灵敏度档：

这是提高检测灵敏度Z简单的方法，但同时也增大了基线噪声。因此，这种方法一般很少使用。

（2）增加进样量：

GX离子色谱中，为了提高检测灵敏度，可采用大体积进样。但进样量不能无限制的增加，其上限取决于保留时间Z短的色谱峰与死体积（水峰）之间的时间。

（3）选用浓缩柱：

对于较清洁样品中痕量组分的测定，采用此法效果较好。

使用浓缩柱时一定不能使分离柱超负荷。

（4）使用小内径柱：

GX离子色谱常用的标准柱内径为4mm，小内径柱内径为2mm。这样在小内径柱中进同样质量的样品，将在检测器中产生4倍于标准柱的信号，从而增加了检测灵敏度，同时减少了淋洗液的消耗。

四、定性和定量方法：

1、定性方法：

GX离子色谱的定性方法与GX液相色谱类似，主要采用标准物质对照定性和GX离子色谱与质谱联用来准确定性。

2、定量方法：

GX离子色谱的定量方法与其它色谱类似，主要采用标准曲线法定量（一点或多点）。

五、日常维护：

离子色谱柱能承受的压力比较小，使用时要特别小心。

离子色谱柱的固定相很容易被有机溶剂或其它极性物质破坏，使用时也要特别小心，对不确切的未知样品应弄清楚后再分析。

GX离子色谱分析对水的要求特别高，应用重蒸去离子水配制流动相、样品溶液和标准溶液。

电导检测器Z害怕的是电导池被样品和流动相玷污，使用过程中一定要保证流动相、样品溶液和标准溶液都比较干净。

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