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青島凱達(dá)環(huán)保儀器有限公司
Kaida environmental protection instrument Co., Ltd
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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(xiàn)代離子色譜，其有別于傳統(tǒng)離子交換色譜柱色譜的主要是樹脂具有很高的交聯(lián)度和較低的交換容量，進(jìn)樣體積很小，用柱塞泵輸送淋洗液通常對(duì)淋出液進(jìn)行在線自動(dòng)連續(xù)電導(dǎo)檢測(cè)。
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(duì)色譜。
離子交換色譜
高效離子交換色譜，應(yīng)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(yīng)用最廣泛，其主要填料類型為有機(jī)離子交換樹脂，以苯乙烯二乙烯苯共聚體為骨架，在苯環(huán)上引入磺酸基，形成強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂，引入叔胺基而成季胺型強(qiáng)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(jié)構(gòu)，以便于快速達(dá)到交換平衡，離子交換樹脂耐酸堿可在任何pH范圍內(nèi)使用，易再生處理、使用壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差、易溶易脹、受有機(jī)物污染。
硅質(zhì)鍵合離子交換劑以硅膠為載體，將有離子交換基的有機(jī)硅烷與基表面的硅醇基反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合型離子交換劑，其特點(diǎn)是柱效高、交換平衡快、機(jī)械強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是不耐酸堿、只宜在pH2-8范圍內(nèi)使用。
離子排斥色譜
它主要根據(jù)Donnon膜排斥效應(yīng)，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(jī)酸以及無機(jī)含氧酸根，如硼酸根碳酸根和硫酸根有機(jī)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稀鹽酸為淋洗液。
離子對(duì)色譜
離子對(duì)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(dòng)相由含有所謂對(duì)離子試劑和含適量有機(jī)溶劑的水溶液組成，對(duì)離子是指其電荷與待測(cè)離子相反，并能與之生成疏水性離子，對(duì)化合物的表面活性劑離子，用于陰離子分離的對(duì)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(duì)離子是烷基磺酸類，如己烷磺酸鈉，庚烷磺酸鈉等對(duì)離子的非極性端親脂極性端親水，其CH2鍵越長(zhǎng)則離子對(duì)化合物在固定相的保留越強(qiáng)，在極性流動(dòng)相中，往往加入一些有機(jī)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(luò)合物的分離，至于其分離機(jī)理則有3種不同的假說，反相離子對(duì)分配離子交換以及離子相互作用。
離子色譜基本構(gòu)成
離子色譜儀主要包括由淋洗液系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、色譜泵系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、流路系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、化學(xué)抑制系統(tǒng)、和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。
1、淋洗液系統(tǒng)：
離子色譜儀常用的分析模式為離子交換電導(dǎo)檢測(cè)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(xiàn)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(tǒng)中加裝淋洗液保護(hù)裝置，可以將進(jìn)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(cè)系統(tǒng)：
離子色譜最基本和常用的檢測(cè)器是電導(dǎo)檢測(cè)器，其次是安培檢測(cè)器。
（1）電導(dǎo)檢測(cè)器：電導(dǎo)檢測(cè)器是基于極限摩爾電導(dǎo)率應(yīng)用的檢測(cè)器，主要用于檢測(cè)無機(jī)陰陽離子、有機(jī)酸和有機(jī)胺等。
雙極脈沖檢測(cè)器：在流路上設(shè)置兩個(gè)電極，通過施加脈沖電壓，在合適的時(shí)間讀取電流，進(jìn)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(dǎo)檢測(cè)器：在流路上設(shè)置四個(gè)電極，在電路設(shè)計(jì)中維持兩測(cè)量電極間電壓恒定，不受負(fù)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(cè)支持直接電導(dǎo)檢測(cè)模式）。
五極電導(dǎo)檢測(cè)器：在四極電導(dǎo)檢測(cè)模式中加一個(gè)接地屏蔽電極，極大提高了測(cè)量穩(wěn)定性，在高背景電導(dǎo)下仍能獲得極低的噪聲，具有電子抑制功能（陽離子檢測(cè)支持直接電導(dǎo)檢測(cè)模式）。
（2）安培檢測(cè)器：安培檢測(cè)器是基于測(cè)量電解電流大小為基礎(chǔ)的檢測(cè)器，主要用于檢測(cè)具有氧化還原特性的物質(zhì)。
直流安培檢測(cè)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(duì)二苯酚等物質(zhì)的檢測(cè)。
脈沖安培檢測(cè)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(jī)硫、硫醇、硫醚和硫脲等物質(zhì)的檢測(cè)。
積分脈沖安培檢測(cè)模式：
為脈沖安培檢測(cè)的升級(jí)檢測(cè)模式，適用于檢測(cè)脈沖安培檢測(cè)的物質(zhì)?！ ?/span>
3、離子色譜儀色譜泵系統(tǒng)：
（1）材質(zhì)：離子色譜的淋洗液為酸、堿溶液，與金屬接觸會(huì)對(duì)其產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。如果選擇不銹鋼泵頭，腐蝕會(huì)導(dǎo)致色譜泵漏液、流量穩(wěn)定性差和色譜柱壽命縮短等。離子色譜泵頭應(yīng)選擇全PEEK材質(zhì)（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(lián)雙柱塞泵
2）并聯(lián)雙柱塞泵
3）壓力脈動(dòng)消除方式：電子脈動(dòng)抑制、 脈沖阻尼器
4、離子色譜儀流路系統(tǒng)：
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(qū)）、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(tǒng)：
分離系統(tǒng)是離子色譜的重要部件，也是主要耗材。
（1）預(yù)柱：又稱在線過濾器，PEEK材質(zhì)，主要作用是保證去除顆粒雜質(zhì)。
（2）保護(hù)柱：保護(hù)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(zhì)。如果不一致，會(huì)導(dǎo)致死體積增大、峰擴(kuò)散和分離度差等。
（3）分析柱：有效分離樣品組分?！ ?/span>
6、化學(xué)抑制系統(tǒng)：
抑制系統(tǒng)是離子色譜的核心部件之一，主要作用是降低背景電導(dǎo)和提高檢測(cè)靈敏度。抑制器的好壞關(guān)系到離子色譜的基線穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和靈敏度等關(guān)鍵指標(biāo)。
（1）柱膠抑制：
采用固定短柱或現(xiàn)場(chǎng)填充抑制膠進(jìn)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(jìn)行抑制。
需要配制硫酸再生液，系統(tǒng)需要配置氮?dú)饣騽?dòng)力裝置。
（3）電解自再生膜抑制：
利用電解水產(chǎn)生媒介離子和離子配合離子交換膜進(jìn)行抑制（最佳選擇）?！ ?/span>
7、離子色譜儀進(jìn)樣系統(tǒng)：
進(jìn)樣閥：進(jìn)樣系統(tǒng)是將常壓狀態(tài)的樣品切換到高壓狀態(tài)下的部件。保證每次工作狀態(tài)的重現(xiàn)性是提高分析重現(xiàn)性的重要途徑。
材質(zhì)：與色譜泵類似，選擇全PEEK材質(zhì)的進(jìn)樣閥才能保證儀器的壽命和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
類型：
1）、手動(dòng)進(jìn)樣閥：進(jìn)樣一致性靠人，系統(tǒng)集成性差。
2）、電動(dòng)進(jìn)樣閥：進(jìn)樣一致性較好，系統(tǒng)集成性高。
3）、自動(dòng)進(jìn)樣器：進(jìn)樣一致性最好，系統(tǒng)集成性最好。
8、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：
完成數(shù)據(jù)處理，聯(lián)通儀器。
離子色譜儀的工作流程
高壓輸液泵將流動(dòng)相以穩(wěn)定的流速(或壓力)輸送至分析體系，在色譜柱之前通過進(jìn)樣器將樣品導(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。抑制型離子色譜則在電導(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到抑制器。在抑制器中，流動(dòng)相背景電導(dǎo)被降低，然后將流動(dòng)出物導(dǎo)入電導(dǎo)池，檢測(cè)到的信號(hào)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)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(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格也相對(duì)比較便宜。
離子色譜儀的基本操作步驟
1、開機(jī)前的準(zhǔn)備：打開實(shí)驗(yàn)室空調(diào)，根據(jù)樣品的檢測(cè)條件和色譜柱的條件配置所需淋洗液和再生液。
2、開機(jī)：依次打開打印機(jī)、計(jì)算機(jī)進(jìn)入操作系統(tǒng);打開氮?dú)怃撈靠傞y，調(diào)節(jié)鋼瓶減壓閥分壓表指針為0.2MPa左右，再調(diào)節(jié)色譜主機(jī)上的減壓表指針為5psi左右，確認(rèn)離子色譜儀與及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線連接正常，打開離子色譜主機(jī)電源;點(diǎn)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(lián)動(dòng)起來，打開泵頭廢液閥排除泵和管路里的氣泡，關(guān)閉泵頭廢液閥，開泵啟動(dòng)儀器，查看基線，待基線穩(wěn)定后方可進(jìn)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(dòng)進(jìn)樣器或手動(dòng)進(jìn)樣；啟動(dòng)樣品表;若是手動(dòng)進(jìn)樣，按系統(tǒng)提示逐個(gè)進(jìn)樣分析。
4、數(shù)據(jù)處理：建立標(biāo)準(zhǔn)曲線；打印標(biāo)準(zhǔn)曲線；打印待測(cè)樣品分析報(bào)告
5、關(guān)機(jī)：關(guān)閉泵，關(guān)閉操作軟件；關(guān)閉離子色譜主機(jī)電源；關(guān)閉氮?dú)怃撈靠傞y并將減壓表卸壓；關(guān)閉計(jì)算機(jī)、顯示器和打印機(jī)電源。