离子色谱基本原理.doc

1、 Dionex 中国有限公司应用研究中心2002 年 4 月 15 日离 子 色 谱 法基 本 原 理离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 目录第一 章 引言 11. 什么是色谱？ .12. 色谱的发展 .13. 液相色谱 .1第二章 色谱柱理论 31. 分离度 .32. 柱效 .43. 传质影响 .54. 纵向扩散 .55. 溶质传递动力学 .66. 选择性 .67. 保留特性 .78. 总结 .7第三章 离子色谱的优点 8第四章 分离模式 91. 离子交换 .92. 离子排阻色谱法（ICE） 103. 反相色谱法 .104. 离子对 .115. 离子抑制 .11第五章

2、检测方法 121. 电化学检测 .122. 分光光度检测法 .14第六章 抑制作用 16第七章 分离方式和检测方式的选择 201. 分离度的改善 .23附 录 30表 1. 电化学检测器测定的组分 30表 2. 用于化学抑制的典型淋洗液 31表 3. 常见电化学活性化合物的施加电压 32表 4. 常见无机阴离子的紫外线吸收波长 33表 5. 国际现行的离子色谱标准分析方法（环境与高纯水分析） 34表 6. 离子色谱法中的中国国家标准（GB） 36离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 1第一章 引言本 文 讲 述 有 关 离 子 色 谱 法 的 基 本 知 识 和 分 离 和

3、 检 测 方 面 的 理 论 。1. 什么是色谱？色 谱 法 是 一 种 物 理 化 学 分 析 方 法 。 它 利 用 混 合 物 中 组 分 在 两 相 间 分 配 系 数 的 差别 ， 当 溶 质 在 两 相 间 作 相 对 移 动 时 ， 各 组 分 在 两 相 间 进 行 多 次 分 配 ， 从 而 使 各 组 分得 到 分 离 。2. 色谱的发展色 谱 这 一 概 念 是 由 俄 国 植 物 学 家 Tswett（ 茨 维 特 ） 1903 提 出 的 ， 他 在 一根 细 长 的 玻 璃 管 中 装 入 碳 酸 钙 粉 末 ， 然 后 将 植 物 绿 叶 的 石 油 醚 萃 取

4、液 倒 入 管 中 ， 萃取 液 的 色 素 就 被 吸 附 在 管 上 部 的 碳 酸 钙 上 ， 再 用 纯 净 的 石 油 醚 洗 脱 这 些 被 吸 附 的 色素 ， 于 是 在 碳 酸 钙 上 形 成 了 一 圈 一 圈 的 色 带 ， 这 些 色 带 被 称 为 色 谱 。经 过 许 多 年 的 发 展 ， “色 谱 ”一 词 已 涵 盖 许 多 技 术 领 域 。 新 型 固 定 相 的 发 展和 气 体 、 液 体 以 及 超 临 界 流 体 作 为 可 动 相 的 使 用 ， 色 谱 逐 渐 成 为 最 为 有 效 的 分 离 分析 手 段 。本 文 仅 限 于 离 子 色

5、谱 。 不 过 涉 及 到 的 概 念 与 所 有 其 他 色 谱 方 法 是 一 样 的 。3. 液相色谱液 相 色 谱 一 词 指 使 用 的 流 动 相 是 液 体 的 色 谱 方 法 。 可 以 分 为 四 类 ：1. 反 相 色 谱 ： 固 定 相 为 非 极 性 物 质 （ 疏 水 性 ） ， 流 动 相 为 极 性 溶 液 （ 如 甲醇 或 乙 腈 水 溶 液 ） 。 分 离 方 式 基 于 多 次 吸 附 -解 吸 的 重 复 过 程 ， 非 极 性 化 合物 较 极 性 化 合 物 在 柱 中 具 有 较 强 的 保 留 。2. 正 相 色 谱 ： 固 定 相 是 极 性 物

6、 质 ， 流 动 相 是 非 极 性 或 弱 极 性 的 溶 液 （ 如 正 己烷 或 四 氢 呋 喃 ） ， 如 前 所 述 ， 分 离 过 程 也 是 基 于 被 分 离 组 分 在 流 动 相 与 固 定相 之 间 的 分 配 平 衡 。3. 分 子 排 阻 色 谱 ： 固 定 相 由 一 些 起 分 子 筛 作 用 的 多 孔 材 料 组 成 ， 较 大 的 分离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 2子 被 较 快 地 从 色 谱 柱 中 洗 脱 ， 较 小 分 子 则 滞 留 在 填 充 材 料 的 细 小 孔 径 中 ， 保留 较 长 的 时 间 。4. 离 子

7、 色 谱 ： 离 子 色 谱 法 基 于 三 种 分 离 机 理A. 高 效 离 子 交 换 色 谱 法 （ HPIC） ： 分 离 是 基 于 发 生 在 流 动 相 和 键 合在 基 质 上 的 离 子 交 换 基 团 之 间 的 离 子 交 换 过 程 ， 也 包 括 部 分 非 离 子 的 相 互 作用 。 这 种 分 离 方 式 可 用 于 有 机 和 无 机 阴 离 子 和 阳 离 子 的 分 离 。B. 高 效 离 子 排 斥 色 谱 （ HPICE） ： 分 离 是 基 于 固 定 相 和 被 分 析 物 之 间三 种 不 同 的 作 用 -Donnan 排 斥 、 空 间 排

8、 斥 和 吸 附 作 用 。 这 种 分 离 方 式 主 要 用于 弱 的 有 机 和 无 机 酸 的 分 离 。C. 流 动 相 离 子 色 谱 法 （ MPIC） ： 分 离 是 基 于 被 分 析 物 在 分 析 柱 上 的吸 附 作 用 。 分 析 柱 的 选 择 性 主 要 取 决 于 可 动 相 的 组 成 和 浓 度 。 流 动 相 除 了 加入 有 机 改 进 剂 之 外 ， 还 需 加 入 离 子 对 试 剂 。 这 种 分 离 方 式 可 用 于 表 面 活 性 阴离 子 和 阳 离 子 以 及 过 渡 金 属 络 和 物 的 分 离 。离子色谱法基本原理Dionex 中国

9、有限公司应用研究中心 3第二章 色谱柱理论本 章 将 简 要 描 述 色 谱 柱 性 质 的 术 语 和 概 念 。1. 分离度任 何 分 离 的 目 标 都 是 使 两 个 相 邻 的 峰 完 全 分 开 。 分 离 度 定 义 为 两 个 相 邻 色 谱 峰的 峰 中 心 之 间 的 距 离 与 两 峰 的 平 均 峰 宽 的 比 值 。方 程 1 给 出 了 一 个 衡 量 分 离 好 坏 的 尺 度 ， 但 它 并 没 有 告 诉 我 们 如 何 获 得 一 个 较 好的 分 离 。 为 了 搞 清 这 个 问 题 ， 我 们 将 分 离 度 表 示 为 含 有 3 个 色 谱 分 离

10、 参 数 的函 数 ， 这 三 个 参 数 分 别 为 柱 效 、 选 择 性 和 保 留 时 间 ， 这 些 参 数 与 固 定 相 和 流 动 相 性质 有 关 。 方 程 2 保 留 时 间式 中 ， 方程 1 两色谱峰的分离 141NKR表 示 保 留 特 性表 示 选 择 性表 示 柱 效1K -41N离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 4分 离 初 始 ， 在 零 时 间 ， 样 品 位 于 色 谱 柱 的 顶 端 。 被 分 析 的 样 品 随 流 动 相 进入 固 定 相 ， 样 品 组 分 基 于 对 两 相 亲 和 力 的 不 同 而 被 分 离 。

11、一 般 地 讲 ， 固 定 相 与流 动 相 之 间 化 学 性 质 的 差 别 应 该 足 够 大 ， 被 分 析 物 才 能 与 其 中 一 相 发 生 较 强作 用 。 正 是 由 于 保 留 时 间 的 不 同 ， 使 得 分 离 得 已 实 现 。2. 柱效柱 效 是 指 色 谱 柱 保 留 某 一 化 合 物 而 不 使 其 扩 散 的 能 力 ， 柱 效 能 是 一 支 色 谱 柱 得到 窄 谱 带 和 改 善 分 离 的 相 对 能 力 。 我 们 可 以 通 过 一 根 柱 子 的 理 论 塔 板 数 来 衡 量 色 谱柱 柱 的 柱 效 ， 在 色 谱 柱 中 ， 理 论

12、塔 板 数 N 定 义 为 ：式 中 ， T 是 色 谱 峰 中 心 与 进 样 起 始 点 间 的 距 离 ， W1/2 是 峰 高 一 半 处 峰 的 宽 度 。理 论 塔 板 是 指 固 定 相 和 流 动 相 之 间 平 衡 的 理 论 状 态 。 在 一 个 塔 板 的 平 衡 完 成 之 后 ，分 析 物 进 入 下 一 个 平 衡 塔 板 ， 这 种 传 送 过 程 重 复 不 断 ， 直 到 分 离 完 全 。 分 子 根 据 自身 的 性 质 （ 分 子 大 小 和 电 荷 ） 进 行 转 移 或 迁 移 ， 基 于 它 们 对 固 定 相 和 流 动 相 的 亲 和力 的

13、不 同 进 行 分 离 。 分 子 移 动 并 形 成 一 条 带 状 ， 以 正 态 分 布 （ 高 斯 ） 的 色 谱 峰 流 出 。理 论 塔 板 数 可 以 用 于 衡 量 整 个 色 谱 系 统 谱 带 的 扩 散 程 度 。 谱 带 扩 散 程 度 越 小（ 即 色 谱 峰 越 窄 ） ， 理 论 塔 板 数 N 越 大 。方程 3 柱效理论塔板数（N）离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 5理 论 塔 板 数 N 与 色 谱 柱 长 度 成 比 例 ； 也 就 是 说 ， 色 谱 柱 越 长 ， 理 论 塔 板 数 N 越 大 。理 论 塔 板 高 度 HET

14、P 一 词 是 单 位 长 度 色 谱 柱 效 能 的 量 度 ， 可 以 用 于 比 较 不 同长 度 的 色 谱 柱 的 理 论 塔 板 数 N。这 个 方 程 表 明 高 效 率 的 色 谱 柱 具 有 较 大 的 理 论 塔 板 数 。 也 就 是 说 ， 具 有 较 小 的理 论 塔 板 高 度 。影 响 理 论 塔 板 高 度 的 因 素 有 ：1. 多 流 路2. 纵 向 扩 散3. 传 质 影 响 3. 传质影响传 质 影 响 是 描 述 由 于 柱 子 装 填 不 均 ， 造 成 流 路 分 叉 而 引 起 的 扩 散 。 分 析 物 在 色谱 柱 中 的 流 路 受 到 柱

15、 子 装 填 和 树 脂 等 许 多 因 素 的 影 响 。 填 料 颗 粒 的 直 径 直 接 影 响 柱效 。 一 般 来 说 ， 粒 径 越 小 ， 分 离 效 率 越 高 。 同 时 ， 颗 粒 大 小 和 装 填 的 均 匀 度 越 好 ，柱 效 也 越 高 。 如 果 一 根 柱 子 由 大 小 不 均 匀 的 颗 粒 填 充 ， 溶 质 分 子 将 由 于 相 遇 颗 粒 粒径 大 小 的 不 同 而 以 不 同 速 度 移 动 。 这 样 造 成 溶 质 分 子 的 流 出 谱 带 变 宽 。 在 一 些 装 填不 均 匀 的 柱 子 中 ， 溶 质 分 子 经 过 一 些 未

16、 填 满 的 空 隙 或 溶 质 分 子 或 与 树 脂 颗 粒 的 相 互作 用 将 导 致 谱 带 扩 散 。 因 此 ， 提 高 颗 粒 的 均 匀 度 和 减 小 粒 径 可 以 减 小 谱 带 的 扩 散 。4. 纵向扩散 用 于 描 述 任 何 气 体 和 液 体 扩 散 或 分 散 的 内 在 趋 势 。 这 种 情 况 可 以 发 生 在 整 个 色谱 系 统 中 的 任 何 地 方 。 最 初 ， 在 窄 的 谱 带 中 的 溶 质 分 子 向 周 围 的 溶 剂 扩 散 ， 使 谱 带变 宽 。 理 论 上 讲 ， 纵 向 扩 散 也 可 以 在 流 动 相 和 在 固 定

17、 相 中 发 生 。 结 果 表 明 ， 扩 散 问题 在 离 子 色 谱 填 充 柱 中 并 不 象 在 气 相 色 谱 中 那 样 普 遍 。方程 4 理论塔板高度离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 65. 溶质传递动力学 是 描 述 溶 质 分 子 在 固 定 相 和 流 动 相 之 间 运 动 的 速 率 。 理 想 状 态 下 ， 与 填 充 柱 作用 的 溶 质 分 子 不 断 出 入 固 定 相 中 。 当 分 子 在 固 定 相 中 时 ， 分 子 被 保 留 而 位 于 谱 带 中央 的 后 面 。 当 分 子 在 流 动 相 中 时 ， 由 于 液 体

18、 流 动 速 率 总 是 大 于 谱 带 的 速 率 ， 则 它 的速 率 总 是 大 于 谱 带 中 心 的 速 率 。 这 种 在 两 相 之 间 的 随 意 出 入 引 起 谱 带 扩 散 。 如 果 不发 生 流 动 ， 溶 质 分 子 就 会 在 两 相 之 间 达 成 平 衡 。 正 因 为 存 在 流 动 ， 在 流 动 相 中 真 实的 溶 质 浓 度 无 法 与 相 邻 的 固 定 相 中 浓 度 达 到 平 衡 。 色 谱 峰 的 扩 散 可 以 通 过 减 小 不 平衡 程 度 和 增 加 交 换 速 率 来 降 低 。 溶 质 传 递 的 动 力 学 经 常 是 谱 带

19、 扩 散 的 主 要 原 因 ， 因此 对 柱 效 的 影 响 也 是 最 大 的 。6. 选择性 是 交 换 过 程 的 一 个 热 力 学 函 数 。 色 谱 柱 的 选 择 性 是 两 个 化 合 物 的 调 整 保 留 时 间的 比 值 ， 也 等 于 两 个 化 合 物 在 固 定 相 和 流 动 相 之 间 平 衡 常 数 的 比 值 。其 中 T2 和 T1 是 两 峰 峰 中 心 与 进 样 点 的 时 间 差 值 ， T0 是 死 体 积 保 留 时 间 。 当保 留 时 间 的 比 值 等 于 1 时 ， 没 有 任 何 分 离 度 或 或 称 共 洗 脱 。 选 择 性

20、越 好 或 比 值 越大 ， 对 于 两 个 化 合 物 的 分 离 越 容 易 。 公 式 中 相 对 较 小 的 改 变 ， 就 会 使 分 离 度 发 生 较大 的 改 变 。 较 高 选 择 性 可 以 在 柱 效 相 对 较 低 的 柱 子 上 得 到 较 好 的 分 离 。 一 般 来 说 ，流 速 和 柱 压 的 改 变 ， 对 选 择 性 没 有 影 响 。方程 3 柱的选择性离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 77. 保留特性用 容 量 因 子 k描 述 化 合 物 保 留 性 质 ， 其 定 义 如 下 ：方 程 6 容 量 因 子式 中 ， T 是

21、色 谱 峰 中 央 到 进 样 起 始 时 间 点 的 差 值 ， T0 是 死 体 积 时 间 。 本 质 上 ，容 量 因 子 给 出 了 分 析 物 在 固 定 相 的 时 间 超 过 在 流 动 相 中 时 间 的 数 量 。 k 值 小说 明 化 合 物 被 柱 子 保 留 弱 ， 化 合 物 洗 脱 体 积 与 死 体 积 相 近 。 k， 值 大 的 说 明 被分 析 物 与 固 定 相 作 用 较 强 而 具 有 好 的 分 离 ， 但 是 较 大 的 k， 值 导 致 较 长 的 分 析时 间 和 色 谱 峰 的 展 宽 。 一 般 来 说 ， k， 的 最 佳 范 围 在

22、210 之 间 ； 可 以 通 过 改 变流 动 相 来 获 得 最 佳 的 k， 值 。8. 总结分 离 度 表 示 为 一 个 与 柱 效 、 选 择 性 、 保 留 特 性 有 关 的 函 数 。 利 用 这 些 参 数 可 以获 得 一 个 较 好 的 分 离 度 。 其 中 每 一 项 都 可 以 用 于 改 善 分 离 效 果 。 当 建 立 一 个 得 方 法 时 ， 柱 子 的 选 择 性 是 十 分 重 要 的 ， 因 为 它 对 分 离 的 影 响 是 最大 的 。 柱 效 与 流 速 有 关 。 流 速 越 慢 ， 柱 效 越 高 。 这 是 由 于 流 动 相 中 的

23、被 分 析 物 可 以 有更 多 的 时 间 与 固 定 相 作 用 。 不 幸 的 是 这 样 会 导 致 峰 形 的 扩 散 。 作 为 容 量 因 子 的 一 个 函 数 ， 保 留 特 性 是 确 定 柱 子 的 状 态 最 有 用 的 参 数 ， 因 此 需要 适 当 清 洗 和 恢 复 柱 子 。离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 8第三章 离子色谱的优点1 速 度 ： 一 般 10min 即 可 分 别 完 成 阴 、 阳 离 子 的 剖 面 。2 灵 敏 度 ： 直 接 进 样 可 达 ppb 级 ， 用 浓 缩 柱 可 达 ppt 级 ； 限 制 的 因

24、 素 是 对普 遍 存 在 离 子 如 Cl-和 Na+的 高 灵 敏 度 ， 由 此 而 存 在 的 污 染 。3 选 择 性 ： Dionex 已 有 多 种 成 熟 的 固 定 相 ， 以 及 选 择 性 的 检 测 器 。4 多 组 分 同 时 测 定 ， 但 对 样 品 成 分 之 间 的 浓 度 差 太 大 的 样 品 （ 如 半 导 体 级 化 学试 剂 中 杂 质 的 测 定 ） 有 一 定 的 限 制 。5 运 行 费 用 非 常 低 ， 勿 需 特 殊 试 剂 。6 柱 填 料 在 广 的 PH 范 围 内 和 对 有 机 试 剂 的 稳 定 性 ， 广 的 应 用 范 围

25、 及 对 复 杂基 体 分 析 的 可 行 性 。离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 9第四章 分离模式1. 离子交换离 子 交 换 是 用 于 分 离 阴 离 子 和 阳 离 子 常 见 的 典 型 分 离 方 式 。 在 色 谱 分 离 过 程 ，样 品 中 的 离 子 与 流 动 相 中 对 应 离 子 进 行 交 换 ， 在 一 个 短 的 时 间 ， 样 品 离 子 会 附 着 在固 定 相 中 的 固 定 电 荷 上 。 由 于 样 品 离 子 对 固 定 相 亲 和 力 的 不 同 ， 使 得 样 品 中 多 种 组分 的 分 离 成 为 可 能 。如 图

26、所 示 ， Cl-和 SO42-对 固 定 相 具 有 不 同 的 亲 和 力 。 SO42-被 较 强 地 保 留 并 且 在Cl-之 后 洗 脱 。与 前 述 相 似 ， 由 于 Na+和离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 10Ca2+对 固 定 相 具 有 不 同 的 亲 和 力 。 Ca2+比 Na+较 强 地 被 保 留 ， 在 较 长 时 间 时 被洗 脱 ， 易 于 与 Na+分 离 。最 佳 的 应 用 是 在 不 同 基 质 中 对 常 见 阴 离 子 （ F-、 Cl-、 NO3-、 Br-、 PO43-等 ）， 和 常 见 阴 离 子 （ Li+、

27、Na+、 NH4+、 K+、 Ca2+等 ） 的 分 离 测 定 。 一 些 碳 水 化 合物 也 可 以 用 离 子 交 换 法 进 行 分 离 分 析 。2. 离子排阻色谱法（ICE）这 种 分 离 模 式 包 括 Donnan 排 斥 、 空 间 排 斥 和 吸 附 过 程 。 固 定 相 通 常 是 由 总体 磺 化 的 聚 乙 烯 /二 乙 烯 基 苯 共 聚 物 形 成 的 高 容 量 阳 离 子 交 换 树 脂 。 ICE 可 以用 于 从 完 全 离 解 的 强 酸 中 分 离 有 机 弱 酸 和 硼 酸 盐 的 测 定 。在 上 面 的 保 留 模 式 中 ， 带 有 负 电

28、 荷 的 Donnan 膜 允 许 未 解 离 的 化 合 物 通 过 而 不允 许 完 全 解 离 的 酸 如 盐 酸 通 过 ， 因 为 氯 离 子 带 负 电 荷 。一 元 羧 酸 的 分 离 主 要 由 发 生 在 固 定 相 表 面 的 Donnan 排 斥 和 吸 附 决 定 。 而对 于 二 元 、 三 元 羧 酸 的 分 离 ， 空 间 排 斥 则 起 主 要 作 用 。 在 这 种 情 况 下 ， 保 留 主 要 取决 于 样 品 分 子 的 大 小 。3. 反相色谱法反 相 色 谱 法 应 用 中 性 、 非 极 性 大 孔 的 填 充 材 料 和 极 性 流 动 相 。

29、分 离 基 于被 分 析 物 质 与 固 定 相 之 间 的 相 互 作 用 ， 换 句 话 说 ， 也 就 是 样 品 的 疏 水 性 。离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 114. 离子对在 流 动 相 中 加 入 一 种 与 被 分 析 物 相 反 电 荷 的 疏 水 性 离 子 ， 与 样 品 离 子 形 成 离 子对 。 这 种 方 法 适 用 于 分 离 金 属 络 和 物 和 表 面 活 性 阳 离 子 /阴 离 子 。5. 离子抑制是 用 于 反 相 色 谱 法 的 一 种 技 术 。 加 入 一 种 特 殊 离 子 改 变 溶 液 的 PH， 抑 制 化

30、 合物 如 羧 酸 或 胺 类 化 合 物 的 解 离 。 得 到 的 中 性 化 合 物 与 固 定 相 相 互 作 用 ， 化 合 物 得 以分 离 。离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 12第五章 检测方法Dionex 的 检 测 方 式 可 以 分 为 以 下 两 类 ：1. 电 化 学A. 电 导 检 测B. 安 培 检 测2. 光 度 法A. 吸 收 光 度 法B. 发 射 光 度 法1. 电化学检测电 导 检 测 法 电 导 率 是 在 阴 极 和 阳 极 之 间 的 离 子 化 溶 液 传 导 电 流 的 能 力 。 溶 液中 的 离 子 越 多 ， 在

31、两 电 极 间 通 过 的 电 流 越 大 。 在 低 浓 度 时 ， 电 导 率 直 接 与 溶 液 中 导电 物 质 的 浓 度 成 正 比 。-欧姆定律 R = V / IResistance Voltage Current (Ohm) (Volt) (Ampere) -电 导 G = I / R Conductance (Siemen) -浓 度 C = c G Concentration Constant Conductance -欧 姆 定 律 表 明 电 阻 等 于 电 压 与 电 流 的 比 值 。 电 导 用 西 门 子 (S)作 单 位 表 示 ，定 义 为 电 阻 的 倒

32、 数 ， 直 接 与 溶 液 的 浓 度 和 电 导 池 的 常 数 有 关 。 这 个 常 数 与 电 极 之 间的 距 离 和 池 子 的 体 积 有 关 。 如 果 电 导 池 中 电 极 之 间 的 距 离 越 近 ， 离 子 流 遇 到 的 电 阻离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 13越 小 ， 检 测 器 的 灵 敏 度 也 就 越 高 。 （ Dionex 采 用 惰 性 的 316 不 锈 钢 微 电 极 和1 微 升 的 池 体 积 ） 。经 过 对 电 导 池 校 正 之 后 （ 1mM KCl 显 示 电 导 为 147mS） ， 测 定 不 同

33、浓 度 的标 准 溶 液 ， 得 到 浓 度 和 响 应 值 的 线 性 关 系 。 在 浓 度 非 常 低 或 高 时 ， 线 性 关 系 存 在 一定 的 偏 差 。 甚 至 在 理 论 上 ， 由 于 溶 液 中 离 子 的 性 质 也 会 产 生 非 线 性 关 系 。温 度 对 电 导 率 的 影 响 温 度 是 严 重 影 响 电 导 的 另 一 个 因 素 。 一 般 来 说 ， 温 度和 电 导 率 在 一 定 范 围 内 存 在 线 性 关 系 。 因 此 ， 必 须 消 除 和 减 弱 温 度 对 电 导 测 定 的 影响 。 这 些 可 以 通 过 保 持 电 导 池 温

34、 度 的 恒 定 或 通 过 电 导 率 乘 以 一 个 与 温 度 有 关 的 校 正因 子 ， 将 测 定 值 修 正 到 温 度 为 25 时 的 电 导 率 。 这 个 常 数 为 温 度 补 偿 因 子 ， 以每 摄 氏 度 改 变 的 百 分 率 表 示 。-Gnorm = (CT) (G measured) Normalized Conductivity(Siemens) Temperature Compensation Factor CT = ek(25-T) where: k = Solution temperature coefficient (%/C) T = solut

35、ion temperature (C) -在 CRC 化 学 手 册 中 ， 对 几 种 缓 冲 溶 液 中 得 到 的 数 据 进 行 回 归 分 析 ， 发 现 在18 25 之 间 ， 具 有 很 好 的 线 性 。 当 温 度 在 25 以 上 时 ， 盐 类 具 有 很 好 的 线性 ， 碱 类 继 续 保 持 基 本 的 线 性 ， 酸 类 则 表 现 为 非 线 性 。抑 制 作 用 电 导 检 测 器 测 定 的 离 子 型 成 分 ， 离 子 交 换 和 离 子 对 色 谱 法 是 广 泛 采用 的 分 离 方 法 。 这 些 方 法 用 高 电 导 的 流 动 相 。 化

36、学 抑 制 通 过 降 低 流 动 相 的 背 景 电 导值 ， 提 高 被 测 物 的 电 导 值 ， 使 信 噪 比 得 到 显 著 的 提 高 。 有 关 抑 制 的 作 用 和 技 术 将 在抑 制 一 节 中 详 细 介 绍 。离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 14安 培 检 测 安 培 检 测 用 于 测 定 在 一 个 施 加 电 位 下 能 够 进 行 电 化 学 反 应 的 电 活 性物 质 。 在 单 电 位 安 培 法 中 ， 一 个 固 定 电 位 连 续 施 加 到 电 化 学 检 测 池 上 。 测 量 样 品 物质 在 工 作 电 极 表

37、面 的 氧 化 或 还 原 作 用 所 产 生 的 电 流 。 产 生 电 流 的 大 小 与 进 行 电 化 学反 应 的 被 测 物 浓 度 成 正 比 。单 电 位 时 ， 由 于 一 些 反 应 产 物 使 电 极 表 面 “中 毒 ”， 导 致 测 定 重 现 性 差 和 检测 的 灵 敏 度 迅 速 降 低 。 用 多 电 位 时 ， 选 择 第 二 电 位 、 第 三 电 位 、 甚 至 第 四 电 位 （ 在特 定 的 时 间 内 ） 形 成 电 化 学 清 洗 电 极 表 面 的 依 次 重 复 的 电 位 。 这 样 就 可 以 得 到 好 的重 现 性 和 测 定 那 些

38、 无 法 用 单 电 位 安 培 法 测 定 的 组 分 。 当 采 用 脉 冲 安 培 法 时 ， 施 加 电位 、 脉 冲 时 间 和 工 作 电 极 的 材 料 都 可 以 根 据 被 测 物 进 行 选 择 优 化 以 达 到 高 的 灵 敏 度和 选 择 性 。2. 分光光度检测法吸 收 法 光 度 检 测 法 是 基 于 某 些 分 子 对 光 的 吸 收 。 被 吸 收 的 能 量 激 发 外 层 价 电子 由 基 态 到 较 高 的 能 级 态 。 吸 收 能 量 的 波 长 取 决 于 分 子 内 的 化 学 键 。当 样 品 中 的 分 子 吸 收 部 分 紫 外 或 可

39、见 光 时 ， 检 测 器 检 测 光 线 的 强 度 减 小 。 光 强度 的 减 小 与 样 品 中 吸 收 光 的 分 子 的 浓 度 成 正 比 。-Beers Law A = a b C Absorbance molar cell path length concentration of absorptivity (cm) absorbing species(moles/L)-摩 尔 吸 光 度 与 分 子 的 结 构 有 关 ， 对 任 何 一 种 特 定 的 物 质 ， 其 值 是 常 数 。 检 测 池的 长 度 b 由 检 测 池 的 物 理 尺 寸 决 定 ， 因 此 也

40、是 一 个 常 数 。 由 于 a 和 b 都 是 常数 ， 一 旦 吸 光 度 已 知 ， 就 可 以 容 易 地 测 定 被 测 物 C 的 浓 度 。 在 大 多 数 的 定 量 分析 中 ， 通 过 测 定 已 知 浓 度 的 被 测 物 溶 液 的 吸 收 度 ， 作 出 吸 光 度 与 浓 度 的 工 作 曲 线 ，然 后 就 可 以 求 出 未 知 样 品 的 浓 度 。因 为 任 何 检 测 方 式 都 存 在 吸 光 度 和 浓 度 之 间 线 性 关 系 的 限 制 。 比 尔 定 律 的 偏 差 主 要由 以 下 的 因 素 造 成 ：离子色谱法基本原理Dionex 中国

41、有限公司应用研究中心 15化 学 的 仪 器 的1. 络 和 反 应2. 与 溶 剂 的 反 应3. 温 度 的 变 化1. 电 源 不 稳 定 2. 散 射 光 的 影 响3. 单 色 光 的 纯 度4. 检 测 器 的 误 差5. 仪 器 噪 音偏 差 是 普 遍 的 ， 但 是 可 以 通 过 工 作 曲 线 或 标 准 加 入 的 方 法 减 少 。发 射 光 度 法 关 于 痕 量 分 析 ， 有 一 些 检 测 器 可 以 检 测 柱 流 出 物 中 p 克 和 f克 水 平 。 普 通 的 吸 光 度 检 测 器 可 以 在 p 克 范 围 测 定 具 有 很 强 生 色 基 团

42、 的 物 质 ，但 是 测 定 经 常 受 样 品 基 体 的 干 扰 。荧 光 检 测 具 有 较 高 选 择 性 和 灵 敏 度 。 不 是 所 有 能 吸 收 光 的 化 合 物 都 产 生 荧 光 。因 此 有 高 的 选 择 性 。 灵 敏 度 的 增 加 是 由 于 较 弱 的 荧 光 容 易 在 非 常 低 的 背 景 条 件 下 检测 到 的 缘 由 。自 身 具 有 荧 光 性 质 的 化 合 物 大 多 数 含 有 一 个 环 状 的 结 构 功 能 基 。 如 果 化 合 物 不具 备 这 样 的 功 能 基 ， 可 以 将 化 合 物 或 分 子 进 行 柱 前 或 柱

43、 后 衍 生 转 变 为 具 有 荧 光 的 化合 物 。离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 16第六章 抑制作用Kohlraush， s 定 律 表 明 在 稀 溶 液 中 溶 液 的 电 导 率 是 溶 液 中 每 个 离 子 电 导 率 乘 以它 们 各 自 的 离 子 浓 度 之 和 。 也 就 是 说 溶 液 的 电 导 率 直 接 与 离 子 浓 度 成 比 例 。 简 单 地说 ， 在 整 个 溶 液 中 每 种 离 子 的 电 导 率 对 整 个 溶 液 的 电 导 率 的 贡 献 中 与 其 他 离 子 无 关 。Equivalent Conductan

44、ces, 25CCations AnionsH+ 350 OH- 198Li+ 39 F- 55Na+ 50 Cl- 76K+ 74 Br- 78NH4+ 73 NO3- 71Mg2+ 53 PO43- 80Ca2+ 60 SO42- 80抑 制 是 通 过 弱 酸 和 弱 碱 盐 的 离 子 交 换 中 和 作 用 。 抑 制 的 结 果 是 ： 1） 降 低流 动 相 的 背 景 电 导 值 ， 2） 增 加 被 测 物 的 响 应 值 。 化 学 抑 制 的 结 果 是 改 善 被 测 物的 灵 敏 度 和 检 测 限 。 例 如 ， 在 常 见 阴 离 子 分 析 中 ， 以 Na2CO3/NaHCO3 为 淋洗 液 ， Cl- 以 盐 的 形 式 存 在 。 NaCl 的 总 的 电 导 是 126 S（ 50uS/cm Na+76uS/cm Cl-） 。 在 抑 制 器 中 ， 盐 经 过 离 子 交 换 后 ， 待 测 离 子 Cl-变 为 强 酸 ，其 电 导 值 为 426 S（ 350 S/cm H+ +76 S/cm Cl-） 。离子色谱法基本原理Dionex 中国有限公司应用研究中心 17自 身 再 生 抑 制 器化 学 抑 制 的 发 展 如 上 图 所 示 。 第 一 个