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离子色谱分离度的改善

点击: 日期:2017-1-1

离子色谱分离度的改善 1、分离度的改良
(1)决定保存的参数

与高效液相色谱不同离子色谱的选择性主要由固定相性质决定。戴安公司有数10种不同选择性的柱子可供选择,对我国的多数用户,选购多种子有1定困难。本节主要讨论固定相选定以后的1些主要参数。对待测离子而言,决定保存时间的主要参数是待测离子的价数,离子的大小,离子的极化度和离子的酸碱性强度。

1 价数

1般的规律是,待测离子的价数越高,保存时间越长,如2价的SO42-的保存时间大于1价的NO3-。例外是多价离子,如磷酸盐的保存时间与淋洗液的PH有关,在不同的 PH磷酸盐的存在形态不同,随着PH的增高,磷酸由1价阴离子(H2PO4-)到2价(HPO32-)和3价(PO43-),3价阴离子PO43-的保存时间大于1价的H2PO4-。
2 离子大小
待测离子的离子半径越大,保存时间越长。例如,以下1价离子的保存时间按以下顺序增加:F-<Cl-<Br-<<I-。
3 极化度
待测离子的极化度越大,保存时间越长,例如2价SO42-的保存时间小于极化度大的1价离子SCN-。由于SCN-在固定相上的保存除离子交换以外还加上了吸附作用。

(2)改良分离度

1 稀释样品

对组成复杂的样品,若待测离子对树脂亲协力相差颇大,就要作几次进样,并用不同浓度或强度的淋洗液或梯度淋洗。对固定相亲协力差异较大的离子,增加分离度的最简单方法是稀释样品或作样品前处理。例如盐水中SO42-和Cl-的分离。若直接进样,其色谱峰很宽而且拖尾,表明进样量已超过分离柱容量,在经常使用的分析阴离子的色谱条件下,30min以后Cl-的洗脱仍在继续.在这类情况下,在未恢复稳定基线之前不能再进样。若将样品稀释10倍以后再进样便可得到Cl-与痕量SO42-之间的较好分离。对阴离子分析推荐的最大的进样量,1般为柱容量的30%,超过这个范围就会出现大的平头峰或肩峰。

2 改变分离和检测方式

若待测离子对固定相亲协力相近或相同,样品稀释的效果常不使人满意。对这类情况,除选择适当的活动相以外,还应斟酌选择适当的分离方式和检测方式。例如,NO3-和ClO3-,由于它们的电荷数和离子半径类似,在阴离子交换分离柱上共淋洗。但ClO3-的疏水性大于NO3-,在离子对色谱柱上就很容易分开了。又如NO2-与Cl-在阴离子交换分离柱上的保存时间相近,常见样品中Cl-的浓度又远大于NO2-,使分离更加困难,但NO2-有强的UV吸收,而Cl-则很弱,因此应改用紫外作检测器测定NO2-,用电导检测Cl-或将两种检测器串连,1次进样同时检测Cl-与NO2-。对高浓度强酸中有机酸的分析,若采取离子排挤,由于强酸不被保存,在死体积排除,将不干扰有机酸的分离。
3 样品前处理
对高浓度基体中痕量离子的测定,例如海水中阴离子的测定,最好的方法是对样品作适当的前处理。除去过量Cl-的前处理方法有:使样品通过Ag+型前处理柱除去Cl-,或进样前加AgNO3到样品中沉淀Cl-;也可用阀切换技术,其方法是使样品中弱保存的组分和90%以上的Cl-进入废液,只让10%左右的Cl-和保存时间大于Cl-的组分进入分离柱进行分离。对含有大的有机份子的样品,应于进样前除去有机物,较简单的方法是用戴安公司的前处理柱OnGuard的RP或P柱或在线阀切换除去有机基体。
4 选择适当的淋洗液
离子色谱分离是基于淋洗离子和样品离子之间对树脂有效交换容量的竞争,为了得到有效的竞争,样品离子和淋洗离子应有相近的亲协力。下面举例说明选择淋洗液的1般原则。用CO32--HCO3-作淋洗液时,在Cl-之前洗脱的离子是弱保存离子,包括1价无机阴离子、短碳链1元羧酸和1些弱离解的组分,如F-、甲酸、乙酸、AsO2-、CN-和S2-等。对乙酸、甲酸与F-、Cl-等的分离应选用较弱的淋洗离子,经常使用的弱淋洗离子有HCO3-OH-和B4O72-。由于HCO3-和OH-易吸收空气中CO2,CO2在碱性溶液中会转变成CO32-,CO32-的淋洗强度较HCO3-和OH-大,因此不利于上述弱保存离子的分离。B4O72-亦为弱淋洗离子,但溶液稳定,是分离弱保存离子的推荐淋洗液。中等强度的碳酸盐淋洗液对高亲和力组分的洗脱效力低。对离子交换树脂亲协力强的离子有两种情况,1种是离子的电荷数大,如PO43-、AsO43-和多聚磷酸盐等;1种是离子半径较大,疏水性强,如I-、SCN-、S2O32-,苯甲酸和柠檬酸等。对前者以增加淋洗液的浓度或光伏紫外老化试验箱选择强的淋洗离子为主。对后1种情况,推荐的方法是在淋洗液中加入有机改进剂(如甲醇乙腈和对氰酚等)或选用亲水性的柱子,有机改进剂的作用主要是减少样品离子电液伺服万能试验机相关知识与离子交换树脂之间的非离子交换作用,占据树脂的疏水性位置,减少疏水性离子在树脂上的吸附,从而缩短保存时间,减少峰的拖尾,并增加测定灵敏度。
在离子色谱中,可由加入不同的淋洗液添加剂来改良选择性,这类淋洗液添加剂只影响树脂和所测离子之间的相互作用,而不影响离子交换。对与树脂亲协力较强的离子,如1些可极化的离子,I-和ClO4-,和疏水性的离子,苯甲酸和3乙胺等,在淋洗液中加入适当极性的有机溶剂如甲醇或乙腈,可缩短这些组分的保存时间并改良峰形的不对称性。为了减少样品离子与树脂之间的非离子交换作用,减少树脂对疏水性离子的吸附,在阴离子分析中,可在淋洗液中加入对氰酚。如测定1%NaCl中的痕量I-和SCN-时,加入对氰酚占据树脂对I-和SCN-的吸附位置从而减少峰的拖尾并增加测定的灵敏度。IC中,1价淋洗离子洗脱1价待测离子,2价淋洗离子洗脱2价待测离子,淋洗液浓度的改变对2价和多价待测离子保存时间的影响大于1价待测离子。若多价离子的保存时间太长,增加淋洗液的浓度是较好的方法。

(3)减少保存时间
缩短分析时间与提高分离度的要求有时是相矛盾的。在能得到较好的分离结果的条件下分析的时间自然是越短越好。为了缩短分析时间,可改变分离柱容量、淋洗液流速、淋洗液强度,在淋洗液中加入有机改进剂和用梯度淋洗技术。
以上方法中最简便的是减小分离柱的容量,或用短柱。例如用3×500mm分离柱分离NO3-和SO42-,需用18min,而用3×250mm的分离柱,用相同浓度的淋洗液只用9min。但NO3-和SO42-的分离不好,若改用稍弱的淋洗液便可得到较好的分离。
大的进样体积有益于提高检测灵敏度,但致使大的系统死体积,即大的水负峰,因此推延样品离子的出峰时间。如在戴安公司的AS11柱上用NaOH为淋洗液,进样量分别为25、250和750μL时,F-的保存时间分别为2.0、2.5和3.6分。为了减小保存时间,最好用小的进样体积。
增加淋洗液的流速可缩短分析时间,但流速的增加受系统所能承受的最高压力的限制。流速的改变对分离机理不完全是离子交换的组分的分离度的影响较大,例如对 Br-和NO2-之间的分离,当流速增加时分离度下降很多,而分离机理主要是离子交换的NO3-和SO42-,自力调节阀乃至在很高的流速时,他们之间的分离度仍很好。
增加淋洗液的强度对分离度影响与缩短分离柱或增加淋洗液的流速相同。用较强的淋洗离子可加速离子的淋洗,但对弱保存和中等保存的离子,会下降分离度。当用弱淋洗液(如B4O72-)分离弱保存样品离子时,弱保存离子,如奎尼酸盐、F-、乳酸盐、乙酸盐、丙酸盐、甲酸盐、丁酸盐、甲基磺酸盐、丙酮酸盐、戊酸盐、BrO3-和Cl-等得到较好分离。但1般样品中都含有1些对阴离子交换树脂亲协力强的离子,如SO42-、PO43-、草酸盐等,如果用等浓度淋洗,它们将在1小时以后乃至更长时间才被洗脱。对这类情况,应于3⑸次进样以后,用高浓度的强淋洗液作样品进1次样,将强保存组分从柱中推出来,或用较强的淋洗液洗柱子半小时。
在淋洗液中加入有机改进剂,可缩短保存时间和减小峰的拖尾。

(4)改良检测灵敏度

首先是按说明书操作,是仪器在最好工作状态,得到稳定的基线,才可将检测器的灵敏度设置在较高灵敏档,这是提高检测灵敏度的最简单方法,但此时基线噪音也随之增大。

第2种方法是增加进样量。直接进样,进样量的上限取决于保存时间最短的色谱峰与死体积(IC中1般称水负峰)之间的时间,例如用IonPacCS12A柱,12mmol/L硫酸作淋洗液。进样体积1300μl,可直接用电导检测低μg/L的碱金属和碱土金属,见图1。图中,Li+(保存时间最小的峰)的保存时间为4.1min,水负峰在1.6min,Li+峰与水负峰之间相隔达2.5min,因此可直接用大体积进样。而在阴离子分析中,若用CO32-/HCO3-作活动相,由于F-峰(保存时间最短的峰)靠近水负峰,若增加进样体积,水负峰增大,F-的峰乃至与水负峰分不开;另外一方面由于F-的保存时间1般小于2min,若进样量大于1ml,流速为1⑵ml/min,F-没有足够的时间参加色谱进程,因此峰拖尾定量困难。若用亲水性强的固定相,以NaOH为淋洗液,特别是梯度淋洗时,由于梯度淋洗开始时NaOH浓度低,又由于通过抑制器以后的背景溶液是低电导的水,几近无水负峰,这类情况可适当增大进样量,图2表明,若进样量为750uL可直接测定10⑴g/L的常见阴离子。
离子色谱分离度的改善

图1 大体积进样 1300μL测定低含量(μg/L)的阳离子
分离柱:IonPacCS12A,2mm; 淋洗液:12mmol/LH2SO4
进样体积:1300μL; 检测器:抑制型电导;
色谱峰(μg/L):1-Li+(1); 2-Na+(4); 3-NH4+(5);4-K+(10);
5-Mg2+(5); 6-Ca2+(10)离子色谱分离度的改善

图 2 大体积(750 μL)进样测定低μg/L的阴离子
分离柱:IonPacAS11(2mm); 淋洗液:NaOH 梯度(0.5-26mmol/L);检测器;抑制性电导;色谱峰(μg/L):1-F-(0.5);2-乙酸(0.20);3-甲酸(0.10);4-Cl-(0.25);5-NO2-(0.25);6-Br-(0.75);7-NO3-(0.50);8-未知;9-CO32-;10-SO42-; 11-草酸(0.50);12-PO43-

第3种方法是用浓缩柱,但1般只用于较清洁的样品中痕量成份的测定,用浓缩柱时要注意,不要使分离柱超负荷。柱子的动态离子交换容量小于理论值的30%。用浓缩柱富集F-时,若样品中同时还含有保存较强的离子,如SO42-或PO43-等,F-的回收不好。其缘由是样品中的SO42-或PO43-也起淋洗离子的作用,可将弱保存的F-部份洗脱下来。对弱保存的离子,若浓缩柱的柱容量不是足够大,则用加大进样量方法所得到的结果较用浓缩柱好。除此以外,用浓缩柱时还应斟酌样品的基体。例如,动力厂冷凝水中Cl-和SO42-的含量只有1⑴0μg/L。用浓缩柱后,SO42-的测定结果很好,而Cl-的结果则很不正常。其缘由是工厂为了避免腐蚀,在水中加氨以下降水的pH值。氨与水作用生成的氢氧化铵中,OH-对树脂的亲协力与Cl-相近,其浓度则远大于Cl-,因此起了淋洗离子的作用。而SO42-对树脂亲协力较大,因此受OH-的影响小。

第4种方法是用微孔柱。离子色谱中经常使用的标准柱的直径为4mm,微孔柱的直径为2mm。由于微孔柱较标准柱的体积小4倍,在微孔柱中进一样(与标准柱)质量的样品,将在检测器产生4倍于标准柱的信号。而且淋洗液的用量只为标准柱的4分之1,因此减少淋洗液的消耗。