离子色谱仪的原理与应用

离子色谱仪的原理与应用
离子色谱技术是1975年提出的一种革命性的 微量湿化学分析新技术，1977年开始在水处理领 域中采用。现在离子色谱仪应用已经越来越广泛， 精密度也越来越高，已逐渐推广到对蒸汽纯度作更 精确的评价、对锅炉水处理的监督以及改善水中沉 积物特性方面的研究中。 (岛津)公司生产，采用离子色谱方法测 定离子浓度，具有以下特点：1、试样用量少(本仪器 只需求20 L以上的样品)，灵敏度高，操作简单， 不需要过多的辅助试剂，能准确、快速地顺序检测 出多种离子，这是比色法等常规分析方法所无法比 拟的优点。2、由于它是属于色谱学方面的技术，因 而可以同任何具有峰值一积分软件的数据处理技术 结合使用。

1 系统介绍 整个系统由储液罐、柱塞泵、进样阀、分离柱、 抑制柱、检测器和数据记录处理系统等部分组成， 见图1。当流动相将所测样品带到分离柱时，由于 各种离子对分离柱中离子交换树脂的相对亲和力 大小不同，样品在分离柱上分离成不连续的谱带， 并依次被流动相洗脱，测定溶液中多种离子使用电 导检测器进行检测，这种检测器灵敏而通用，所检 测的电导率是溶液中离子的共性．在低浓度时是离 子浓度的简单函数，并与之成线性关系。然而由于 离子交换分离的流动相几乎都是强电解质，电导率 一般比待测离子高两个数量级，往往完全“淹没”了 待测离子的信号，在分析流程中引入抑制柱，就很 好地解决了这个问题。方法就是由分离柱流出待测 离子的流动相．在检测前先进入抑制柱，在抑制柱 中填充了电荷与分离柱相反的离子交换树脂，从而 在抑制柱上发生两个简单而重要的化学反应，一个 反应是将流动相转变成低电导组分，以降低来自流 动相的背景电导：二是将样品离子转变成其相应的 酸或碱，以增加其电导。抑制柱的_[作流程起到将 无选择性电导检测器转变成选择性电导检测器的 作用，并且增加了待测离子的检测灵敏度。 流动相贮存器 样品注射器 分离柱 抑制柱 电导检测器 图1 系统组成示意图 将A、 两层火嘴改为了少油直接点火燃烧 器，该燃烧器结构示意图见图1，由于该燃烧器具 有浓淡分离，使4、 两层火嘴的燃烧加强，降低炉 膛火焰中心。 A向 一墒 图1 燃烧器结构示意图 3．8 控制炉前煤气压力 将炉前煤气压力由原来的10 kPa降为4．8 kPa， 这样就控制了进入炉膛的煤气量，减少了烟气量，降 低了排烟温度。 改造效果 经过多方面的调整与改造后，锅炉的排烟温度 调整取得了一定的效果。在不掺烧高炉煤气时．排 烟温度已降至设计值，在大负荷掺烧10万Nm3／h 高炉煤气的情况下，排烟温度由原来的最高187℃ 降至现在的170 oC左右，提高了锅炉热效率，增强 了锅炉运行的经济性和安全性。水分测定仪| 浊度计| 色度计| 粘度计| 折射计| 滴定仪| 密度计| 热流计| 浓度计| 折射仪| 采样仪|

2 离子色谱仪的原理 在离子色谱法中，各种离子是根据对交换树脂 的相对亲和力通过离子交换而分离开的。阴离子是 在阴离子交换树脂柱(分离柱)上分离的，当阴离子 分离柱的出水再流过一个阳离子交换树脂柱f抑制 柱1时，阴离子就转变成其相应的酸；阳离子是在阳 离子交换树脂柱(分离柱)上被分离的。阳离子交换 柱的出水再经过一个阴离子交换树脂柱(抑制柱) 时，阳离子就转变成氢氧化物，而阴离子则转变成 为低电导率的组分。

3 主要部件 f1)抑制柱抑制柱是构成离子色谱仪高灵敏 度和选择性的重要部件。由于抑制柱运行一段时间 后．将失去抑制能力，需要再生，本仪器配置了两个 抑制柱，自动切换把失效的树脂柱(抑制柱)再生，另 一个继续运行。本仪器自动进行再生，不需酸碱等 再生试剂。 (2)流动相 阴离子色谱分析中常用的流动 相是氢氧化钠、碳酸氢纳、乙二胺四乙酸等：阳离 子分析中常用的是盐酸、硝酸、甲烷磺酸等。本仪 器阴离子流动相常用的是碳酸氢纳，阳离子流动 相常用的是甲烷磺酸。但在分析复杂组分时．单一 固定的流动相是难以满足快速分析和良好分离目 的的，可以根据实际选择流动相或进行多流动相 梯次流动。 (3)检测器用离子交换或纤维膜抑制．结合 计算机控制．具有自动校正零点和进行温度补偿等 功能。

4 离子色谱分析 测定阴、阳离子所用分离柱、抑制柱、流动相 都不同，测定不同离子应正确更换，以免造成仪器 故障。
(1)阴离子色谱分析 流动相通过泵不断送人 阴离子分离柱、阳离子抑制柱和电导率池．经电导 率仪检测后排掉，在未进样前，阴离子分离柱的树 脂为R—HCO，型，流动相不与它作用，进到抑制柱 (含R—H树脂)时，发生下述反应： R—H+NaHC0r R—Na+H2CO3 即作为流动相的强电解质NaHCO 和Na CO 经抑制柱后转化为弱电解质H CO3 (包括CO ，电 导率仪对它显示低的电导率(本底)。基线平稳后，用 一70一 注射器通过进样阀注入试样，试样中的阴离子进入 分离柱中被同定相(分离树脂)和流动相进行无数次 交换，洗脱，再交换，再洗脱过程，使阴离子得到有 效的分离。分离后的物质进到阳离子抑制柱，柱中 的树脂又将阳离子进行交换，产生与阴离子相应的 酸．如Cl离子： R—H+NaCl— R—Na+H +C1一 这样试样中与阴离子相对应的盐经过抑制 后，就转化为阴离子对麻的酸，由此看出，抑制柱 同时起到了抑制背景电导和增强被测组分信号电 导的双重作用。对任一物质进行定量分析时，先要 注入该物质不同浓度的标准液，仪器会自动记下 出峰时间和峰高(或峰面积1并作出标准曲线，而 后注入未知含量的试样，标准曲线自动记下相同 出峰时间和峰高(或峰面积1。根据比值显示该离 子的浓度。
(2)阳离子色谱分析 流动相通过泵不断送人 阳离子分离柱、阴离子抑制柱和电导池，经检测后 排掉。未进样之前，阳离子分离柱的树脂为R—H 型．流动相不与它反应，进到抑制柱时则与R—OH 反应： R—OH+HCI=R—CI+H2O 由于水是微弱电离的物质，电导率仪对它显 示很低的电导率，基线平稳后，和阴离子测定一 样．用注射器通过进样阀注入试样，使阳离子在分 离柱中得到有效的分离。分离后的物质进到抑制 柱．柱中树脂对阴离子进行交换．产生相应的氢氧 化物： R一0H+NaCl— R—CI+Na 4-OH一 对任一物质进行定量分析时．先要注入该物质 不同浓度的标准液．仪器自动记下出峰时间和峰高 (或峰面积)并作出标准曲线，而后注入未知含量的 试样，标准曲线自动记下相同出峰时间和峰高f或 峰面积)，根据比值显示该离子的浓度。 离子色谱的技术已经解决了许多高纯水样品 的实际难题，在九江电厂水处理分析中得到了越来 越多的实际应用，包括痕量阴阳离子、过渡金属离 子、有机酸和胺类物质的直接分析等。
由于经典方 法中总需要加入试剂，试剂中或多或少地有待测物 质存在，一般都难以测准。离子色谱基本上已不存 在上述问题，而且准确快速。离子色谱仪还可以区 分出不同的氧化状态，避免测定过程中不同状态下 离子之间的相互转化。