1、实验十一 离子交换色谱法测定环境水样中的无机阴离子一、实验目的1. 了解抑制型电导检测离子色谱仪的结构和原理，学会仪器的正确使用方法。2. 掌握离子交换色谱法测定自来水中无机阴离子的原理和方法。二、实验原理用离子交换色谱法可同时对试样中的多种阴离子或阳离子进行定性和定量分析。分析阴离子，通常采用强碱型阴离子交换剂作固定相，以 KOH、NaOH或 Na2CO3 - NaHCO3 等溶液为流动相。分析阳离子，通常采用强酸型阳离子交换剂作固定相，以硫酸、甲基磺酸等溶液为流动相。在高压泵的作用下，淋洗液将样品载带到离子交换分离柱中，样品中的离子与离子交换剂固定相上可交换的离子基团进行可逆交换，依据样品
2、离子对离子交换剂亲合力的不同而彼此分离开。地表水、地下水、饮用水等环境水样中的阴离子主要有 F-、Cl -、Br -、NO 3-、NO 2-、SO 42-和 PO43-。本实验以 NaOH 或由 RFC-30 淋洗液在线发生器产生的KOH 作淋洗液，使用抑制电导检测器，在季铵型强碱性阴离子交换树脂柱上分析自来水中的 F-、Cl -、SO 42- 和 PO43-。离子交换反应为：R-N(CH3)3+OH-(s) + X-(m) R-N(CH3)3+X- (s) + OH-(m)被分离开的样品离子和淋洗液进入抑制器，发生如下反应: Na+OH- + H+ H 2O + Na+Na+X- + H+
3、H +X- + Na+淋洗液由 Na+OH-变成水，降低了背景电导值；样品离子由 Na+X-变成酸H+X-，增加了电导值 ，从而 提高了测定灵敏度。变成酸的样品离子经电导检测器测量并与标准溶液对照，根据保留时间定性，峰面积定量，一次进样可连续测定出自来水中 F-、Cl -、SO 42- 和 PO43- 的浓度。三、仪器与试剂仪器：DIONEXICS-90 离子色谱仪，配以 ASRSR-ULTRA 11 4-mm 型自动再生电化学抑制器、MODEL DS5 电导检测器、IonPac AS11HC （ 4250mm）阴离子分离柱和 IonPacAG11HC 阴离子保护柱；RFC-30 淋洗液在线发
4、生器； N2（纯度99.99） ；数控超声波清洗器；电子分析天平；聚乙烯容量瓶；2ml 注射器；0.22m 的水系针头过滤膜。试剂：20 mmol/LNaOH 淋洗液；优级纯 NaF、NaCl、Na 2SO4和Na3PO4（皆于105干燥2h ） ；重蒸去离子水或纯净水。四、实验步骤1. 配制单个阴离子标准储备液和单个阴离子标准溶液称取 0.4420 g NaF、0.3297 g NaCl、0.2957 g Na2SO4 和 0.3452 g Na3PO4，分别用重蒸去离子水溶解并定容于 4 个 200ml 聚乙烯容量瓶中，摇匀，得到浓度皆为 1000 mg/L 的 F-、Cl -、SO 42
5、- 和 PO43-的标准储备液，于 4保存。分别取上述阴离子储备液，用重蒸去离子水配制 50ml 浓度为 5mg/LF-、20mg/L Cl-、30mg/LSO 42- 和 30mg/LPO43-的单个阴离子标准溶液。2. 配制混合阴离子标准溶液分别移取 2.50 ml F-、18.75 ml Cl-、25.00 ml SO42- 和 18.75 ml PO43- 储备液于 250 ml 聚乙烯容量瓶中，用重蒸去离子水定容，摇匀，得到含 10 mg/L F-、75 mg/L Cl-、100 mg/L SO42- 和 75 mg/ PO43- 的混合阴离子溶液。再移取混合阴离子溶液，用重蒸去离子
6、水定容至 25ml，得到下列浓度的混合阴离子标准溶液。表 6-1 混合阴离子标准溶液编号 V 混合阴离子溶液 (ml)F-(mg/L)Cl-(mg/L)SO42-(mg/L)PO43-(mg/L)1 0.50 0.20 1.50 2.00 1.502 1.00 0.40 3.00 4.00 3.003 2.00 0.80 6.00 8.00 6.004 5.00 2.00 15.00 20.00 15.005 10.00 4.00 30.00 40.00 30.003. 打开 N2 气源，调节钢瓶分压为 0.20.4Mpa，将进入淋洗液的气压调为36psi。4. 打开计算机、打印机、离子色谱仪
7、主机电源开关和色谱工作站。按照实验要求编辑程序、方法和样品表，设置色谱条件。色谱条件：20 mmol/L NaOH，流速 1.2mL/min，洗脱时间 10min，进样量10uL。5. 开泵，待系统压力超过1000psi后，打开RFC-30后面的电源开关，打开RFC-30前面板的EGC电源，待抑制器出口有液体流出后，再打开AES/SRS 电源。6. 采集基线。待基线平稳后，停止采集基线。打开样品表，用注射器（事先分别用去离子水和待移取的溶液各润洗3次）按浓度由小到大的顺序依次取标准溶液进样分析。注意必须先排除注射器内溶液中的气泡，并经微孔滤膜过滤后才能进样。按操作说明建立标准曲线，查看各阴离子
8、分离情况和标准曲线是否合格。7. 分别取单个阴离子标准溶液经微孔滤膜过滤后进样分析，由各阴离子的保留时间，确定混合阴离子图谱中各阴离子的位置并命名。8. 打开自来水管放流约1min，用干净的试剂瓶取自来水约 100ml，经微孔滤膜过滤后进样分析，平行测定三次。自来水中阴离子浓度较高时，需用重蒸去离子水稀释2 倍后进样。必要时可作空白试验。9.实验结束后，计算机自动给出各阴离子的分析结果。再运行2个去离子水样，以便将进样系统和分析系统冲洗干净。打印标准曲线方程及分析结果。10. 依次关闭 RFC-30前面板的AES/SRS、EGC和RFC-30 后面板的电源，关泵，关闭离子色谱主机电源，关闭N
9、2钢瓶总阀并将减压表卸压。关闭计算机、打印机电源开关。五、数据记录与处理根据F -、Cl -、SO 42- 和PO 43- 准曲线方程及自来水被稀释的倍数、自来水中各阴离子的峰面积，计算原自来水中F -、Cl -、SO 42- 和PO 43- 的浓度。并对数据作分析讨论，得出合理的实验结论。六、注意事项1. 试剂及分析用水必须纯净。所用溶液和流动相要保存在聚乙烯瓶中，在标准曲线方程 相关系数 rF-Cl-SO42-标准溶液PO43-峰面积峰面积平均值浓度(mg/L)RSD(%)F-Cl-SO42-水样PO43-使用之前，要先经微孔滤膜过滤。2. 样品浓度和样品中的基体浓度不宜太大，否则极易损伤
10、色谱柱。3. 更换淋洗液时，应先将淋洗液超声半小时以上进行脱气，并对管路系统进行排气。4. 在使用RFC-30 时，实验前要先开泵，待系统压力超过1000psi后，再打开RFC-30后面的电源开关和 RFC-30前面板的EGC 电源，待抑制器出口有液体流出后，再打开AES/SRS 电源。而实验结束后，要依次关闭AES/SRS、EGC 、RFC-30后面板的电源、离子色谱主机电源，最后再关闭 N2钢瓶总阀。七、思考题1. 为什么会出现水负峰？（OH -体系的淋洗液抑制后生成水，水在色谱柱中没有保留，最先出峰，因其电导值低于淋洗液的背景电导值，因此以负峰出现。 ）2. 流动相、标准溶液和样品溶液未经微孔滤膜过滤等处理即进入色谱柱分析，会产生什么后果？3. 影响离子交换色谱法保留值的因素有哪些？如何选择色谱条件？
