高效離子色譜儀有非抑制型離子色譜儀和抑制型離子色譜儀。沒(méi)有流動(dòng)相抑制系統(tǒng)的高效離子色譜儀稱(chēng)為非抑制型離子色譜儀，帶流動(dòng)相抑制系統(tǒng)的高效離子色譜儀稱(chēng)為抑制型離子色譜儀。

高效離子色譜儀的基本構(gòu)造和工作原理與高效液相色譜儀基本相同，所不同的是高效離子色譜儀的檢測(cè)器通常不是紫外可見(jiàn)光吸收檢測(cè)器，而是電導(dǎo)檢測(cè)器；色譜柱通常不是高效液相色譜儀所用的吸附型硅膠柱和分配型ODS柱，而是離子交換劑填充柱；高效離子色譜分析，特別是抑制型離子色譜分析往往用強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性物質(zhì)作流動(dòng)相，儀器流路系統(tǒng)耐酸堿的要求更高。

非抑制型離子色譜分析中，高壓輸液泵將流動(dòng)相以穩(wěn)定的流速或壓力輸送至分離體系，樣品在色譜柱之前通過(guò)進(jìn)樣器導(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，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行記錄、處理和保存。非抑制型離子色譜儀不用抑制器和輸送再生液的高壓泵。

抑制型離子色譜儀是在電導(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至抑制器，在抑制器中，流動(dòng)相背景電導(dǎo)被降低，然后將流出物導(dǎo)入檢測(cè)器。

 

第一節(jié) 高效離子色譜儀的結(jié)構(gòu)

 

高效離子色譜儀與高效液相色譜儀一樣，一般也是先做成一個(gè)個(gè)單元組件，然后根據(jù)分析需要將各個(gè)單元組件組合起來(lái)。最基本的單元組件是流動(dòng)相容器、高壓輸液泵、進(jìn)樣器、色譜柱、檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，也可根據(jù)需要配置流動(dòng)相在線脫氣裝置、梯度洗脫裝置、流動(dòng)相抑制系統(tǒng)、柱后反應(yīng)系統(tǒng)和全自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

一、流動(dòng)相容器：

流動(dòng)相容器通常由一個(gè)或多個(gè)聚乙稀或硬質(zhì)玻璃瓶組成。

應(yīng)經(jīng)常清洗流動(dòng)相容器和過(guò)濾頭，經(jīng)常更換流動(dòng)相。

二、高壓輸液泵：

高壓輸液泵的作用是將流動(dòng)相以穩(wěn)定的流速或壓力輸送至色譜分離系統(tǒng)。高壓輸液泵的穩(wěn)定性直接關(guān)系到分析結(jié)果的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性，是高效離子色譜儀的關(guān)鍵部件之一。高壓輸液泵有恒壓泵和恒流泵，常用的有氣動(dòng)放大泵、單柱塞往復(fù)泵、雙柱塞往復(fù)泵和往復(fù)式隔膜泵等。

三、進(jìn)樣器：

進(jìn)樣裝置有手動(dòng)進(jìn)樣器和自動(dòng)進(jìn)樣器。

四、色譜柱：

色譜柱是實(shí)現(xiàn)分離的核心部件，要求柱效高、柱容量大和性能穩(wěn)定。

標(biāo)準(zhǔn)柱內(nèi)徑為4mm，小內(nèi)徑柱內(nèi)徑為2mm。柱長(zhǎng)通常在50～100mm，比高效液相色譜柱短。柱內(nèi)填充粒徑5～10μm的球形顆粒填料。

在微量離子色譜中也用到內(nèi)徑為數(shù)十納米的毛細(xì)管柱（包括填充型和內(nèi)壁修飾型）。

色譜柱是有方向的，安裝和更換時(shí)一定要注意。

高效離子色譜儀需用保護(hù)柱和恒溫裝置。

五、檢測(cè)器：

高效離子色譜中應(yīng)用最多的檢測(cè)器是電導(dǎo)檢測(cè)器，其次是紫外可見(jiàn)光吸收檢測(cè)器、衍生化光度檢測(cè)器、安培檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器和在高效液相色譜中幾乎不被重視的原子發(fā)射檢測(cè)器。

1、非抑制型電導(dǎo)檢測(cè)器：

高效離子色譜的分析對(duì)象和使用流動(dòng)相都是離子型物質(zhì)，不同離子溶液的導(dǎo)電性不同。電導(dǎo)檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)與樣品中待測(cè)離子的濃度成正比。

非抑制型電導(dǎo)檢測(cè)是直接測(cè)定色譜柱流出物的電導(dǎo)。流動(dòng)相中的離子主要是淋洗離子和與之平衡的反離子，其電導(dǎo)值稱(chēng)為背景電導(dǎo)。進(jìn)樣后，當(dāng)待測(cè)組分通過(guò)檢測(cè)池時(shí)，測(cè)得的電導(dǎo)是淋洗液離子及與之平衡的反離子、待測(cè)離子及與之平衡的反離子共同的電導(dǎo)。非抑制型離子色譜使用流動(dòng)相是低電導(dǎo)、濃度為數(shù)mmol/L的有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽溶液，從色譜柱流出的溶液直接進(jìn)入電導(dǎo)檢測(cè)器。當(dāng)樣品加入后，樣品帶隨流動(dòng)相到達(dá)色譜柱，待測(cè)組分在交換基團(tuán)上與淋洗離子競(jìng)爭(zhēng)，達(dá)到最初的離子交換平衡，被交換下來(lái)的淋洗離子和待測(cè)離子的反離子迅速通過(guò)色譜柱到達(dá)檢測(cè)器，在色譜圖上對(duì)應(yīng)死體積（死時(shí)間）的位置出現(xiàn)一個(gè)稱(chēng)為水跌的色譜峰（又稱(chēng)水峰）。各待測(cè)組分在色譜柱中的保留不同，依次流出色譜柱，此時(shí)流動(dòng)相中待測(cè)離子的濃度增加，同時(shí)有等摩爾的淋洗離子交換到固定相中，由于待測(cè)離子和淋洗離子的摩爾電導(dǎo)率不同，這時(shí)流動(dòng)相的電導(dǎo)不同于背景電導(dǎo)，這種電導(dǎo)的變化以色譜峰的形式記錄下來(lái)。如果淋洗離子的摩爾電導(dǎo)率比待測(cè)離子小，則在色譜圖上出現(xiàn)正峰，陰離子通常是這種情況。

對(duì)于陽(yáng)離子分析，陽(yáng)離子交換色譜流動(dòng)相中的淋洗離子一般是H⁺，其極限摩爾電導(dǎo)率（離子的摩爾電導(dǎo)率隨溶液濃度的變化而變化，在無(wú)限稀釋情況下，離子的摩爾電導(dǎo)率達(dá)到最大值，此最大摩爾電導(dǎo)率稱(chēng)為極限摩爾電導(dǎo)率）遠(yuǎn)比一般陽(yáng)離子大，陽(yáng)離子通常產(chǎn)生負(fù)峰。實(shí)際分析中，可通過(guò)改變電導(dǎo)檢測(cè)器的輸出極性，使負(fù)峰變成易于處理的正峰。很多體系中，在待測(cè)離子峰之后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)峰。系統(tǒng)峰往往會(huì)給分離帶來(lái)負(fù)面影響，目前還無(wú)法完全消除，一般可通過(guò)調(diào)節(jié)流動(dòng)相pH值來(lái)抑制系統(tǒng)峰的大小和調(diào)節(jié)系統(tǒng)峰的出峰位置，使其對(duì)分析無(wú)干擾。

2、抑制型電導(dǎo)檢測(cè)器：

抑制型電導(dǎo)檢測(cè)離子色譜分析使用的是強(qiáng)電解質(zhì)流動(dòng)相，如分析陰離子用Na₂CO₃和NaOH，分析陽(yáng)離子用稀硝酸和稀硫酸等。這類(lèi)流動(dòng)相的背景電導(dǎo)高，且待測(cè)離子以鹽的形式存在于溶液中，檢測(cè)靈敏度很低。為提高靈敏度，需用抑制器來(lái)降低流動(dòng)相的背景電導(dǎo)和增加待測(cè)組分的電導(dǎo)。

最初使用的抑制器是抑制柱，目前使用較多的空心纖維管和微膜抑制器。常用的抑制器是通過(guò)連續(xù)輸送再生試劑使抑制器始終保持抑制功能，分析陰離子時(shí)通常用稀硫酸（10～20mmol/L）作再生試劑，分析陽(yáng)離子時(shí)通常用稀NaOH溶液作再生試劑。

隨著離子色譜抑制技術(shù)的發(fā)展，無(wú)需使用再生試劑的自動(dòng)再生電解抑制器已得到廣為應(yīng)用。陰離子分析用的電解型陽(yáng)離子抑制器的工作原理是將水電解生成H⁺和OHˉ，只有H⁺能通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入流動(dòng)相（NaOH水溶液）中，將NaOH中和，使流動(dòng)相變成難離解的H₂O，使背景電導(dǎo)降低，檢測(cè)靈敏度提高。電解型陰離子抑制器采用陰離子交換膜（只有OHˉ能通過(guò)），可抑制約100mmol/L的酸或堿流動(dòng)相的背景電導(dǎo)。當(dāng)用NaOH作流動(dòng)相時(shí)，從抑制器中出來(lái)的流動(dòng)相變成了純水，完全可將通過(guò)檢測(cè)池后的流出液循環(huán)至抑制器再生室作電解水源。以強(qiáng)堿（如NaOH）作流動(dòng)相的陰離子分析和以強(qiáng)酸（如HCl）作流動(dòng)相的陽(yáng)離子分析占高效離子色譜分析的大部分，自動(dòng)再生電解抑制器的應(yīng)用價(jià)值很大。

自動(dòng)再生電解抑制器在操作上非常方便，可用于梯度洗脫。

六、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：

常用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)和色譜工作站。

 

第二節(jié) 高效離子色譜儀實(shí)驗(yàn)技術(shù)

 

一、溶劑和樣品的預(yù)處理：

1、去離子水的制備：

高效離子色譜分析所用水應(yīng)是經(jīng)過(guò)蒸餾的去離子水，通常稱(chēng)為重蒸去離子水或二次蒸餾水。

2、流動(dòng)相的配制和過(guò)濾：

配制流動(dòng)相時(shí)一定要用重蒸去離子水，以防離子污染。配制好的流動(dòng)相要用0.45μm以下孔徑的濾膜過(guò)濾，防止流動(dòng)相中有固體小顆粒堵塞流路。流動(dòng)相放置一段時(shí)間后可能會(huì)因微生物的作用而出現(xiàn)絮狀物，因此，流動(dòng)相一次不能配制太多，最好現(xiàn)配現(xiàn)用。

3、流動(dòng)相的脫氣：

流動(dòng)相在過(guò)濾之后要進(jìn)行脫氣。

4、樣品的預(yù)處理：

樣品的預(yù)處理方法有很多種，常用的有液液萃取、固相萃取、微滲析、超濾和超臨界流體萃取等。高效離子色譜中的樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制一般都要用重蒸去離子水，配制好的樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液也都要用0.45μm以下孔徑的濾膜過(guò)濾。樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液放置時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，最好現(xiàn)配現(xiàn)用。

二、分離和檢測(cè)方式的選擇：

分析前首先應(yīng)了解待測(cè)化合物的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及樣品的基體情況，如是無(wú)機(jī)還是有機(jī)離子、是酸還是堿、是親水還是疏水、離子的電荷數(shù)、是否為表面活性化合物等。待測(cè)離子的疏水性和水合能是決定選用何種分離方式的主要因素。

水合能高和疏水性弱的離子，如Clˉ和K⁺，最好選用離子交換色譜分離。

水合能低和疏水性強(qiáng)的離子，如高氯酸（ClO₄ˉ）和四丁基銨，最好選用親水性強(qiáng)的離子交換色譜分離。

有一定疏水性，也有明顯水合能的pKa = 1～7的離子，如乙酸鹽和丙酸鹽，最好選用離子排斥色譜分離。

有些離子，既可用陰離子交換色譜分離，也可用陽(yáng)離子交換色譜分離，如氨基酸和生物堿等。

無(wú)紫外或可見(jiàn)光吸收以及強(qiáng)離解的酸和堿，最好選用電導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)。

具有電化學(xué)活性和弱離解的離子，最好選用安培檢測(cè)器檢測(cè)。

離子本身或通過(guò)柱后衍生化反應(yīng)后的絡(luò)合物在紫外或可見(jiàn)光區(qū)有吸收，最好選用紫外可見(jiàn)光吸收檢測(cè)器檢測(cè)。

能產(chǎn)生熒光的離子和化合物，最好選用熒光檢測(cè)器檢測(cè)。

三、色譜參數(shù)的優(yōu)化：

高效離子色譜分析中色譜參數(shù)的優(yōu)化是通過(guò)改變各種色譜參數(shù)來(lái)提高分離度、縮短分析時(shí)間和提高檢測(cè)靈敏度等。

1、提高分離度：

（1）稀釋樣品：

若待測(cè)離子之間的濃度相差較大，而且與固定相的親和力差異很大，提高分離度的最簡(jiǎn)單方法是稀釋樣品。因?yàn)槿魳悠窛舛容^大，某些組分可能會(huì)出現(xiàn)平頭峰（柱超載）或峰很寬且拖尾，覆蓋某些濃度較小的組分，使分離度下降。稀釋樣品可比較明顯地改變這種狀況，使樣品之間得到較好的分離。

（2）改變分離和檢測(cè)方式：

若待測(cè)離子與固定相的親和力相近或相同，樣品稀釋的效果常常不好。對(duì)于這種情況，除了選擇適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)相，還應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)姆蛛x和檢測(cè)方式。

如ClO₄ˉ的疏水性大于NO₃ˉ，在離子對(duì)色譜上很容易分開(kāi)。

如NO₂ˉ和Clˉ在陰離子交換柱上的保留時(shí)間相近，常見(jiàn)樣品中的Clˉ濃度又遠(yuǎn)大于NO₂ˉ，使分離更加困難。但NO₂ˉ的紫外吸收強(qiáng)，而Clˉ很弱，實(shí)際分析中用UVD測(cè)定NO₂ˉ，用電導(dǎo)檢測(cè)器測(cè)定Clˉ，可很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

（3）選擇適當(dāng)?shù)牧芟匆海?/DIV>