離子色譜

離子色譜 (Ion Chromatography)是高效液相色譜（HPLC）的一種，是分析陰離子和陽離子的一種液相色譜方法。

狹義而言, 離子色譜法是以低交換容量的離子交換樹脂為固定相對離子性物質進行分離, 用電導檢測器連續檢測流出物電導變化的一種色譜方法。《離子色譜原理與套用》中對離子色譜法的定義是：利用被測物質的離子性進行分離和檢測的液相色譜法。

發展歷史

1975 年, Small 等人成功地解決了用電導檢測器連續檢測柱流出物的難題, 即採用低交換容量的陰離子或陽離子交換柱, 以強電解質作流動相分離無機離子, 流出物通過一根稱為抑制柱的與分離柱填料帶相反電荷的離子交換樹脂柱。這樣, 將流動相中被測離子的反離子除去, 使流動相背景電導降低, 從而獲得高的檢測靈敏度。從此, 有了真正意義上的離子色譜法( ion chromat ography, IC) , IC 也從此作為一門色譜分離技術從液相色譜法中獨立出來。1979 年, Gjerde 等用弱電解質作流動相。因流動相本身的電導率較低, 不必用抑制柱就可以用電導檢測器直接檢測。人們把使用抑制柱的離子色譜法稱作雙柱離子色譜法( double column IC) 或抑制型離子色譜法( suppress ed IC) , 把不使用抑制柱的離子色譜法稱作單柱離子色譜法( s ingle column IC) 或非抑制型離子色譜法( nonsuppressed IC) 。

基本原理

離子色譜的分離機理主要是離子交換，有3種分離方式，它們是高效離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜 （HPIEC）和離子對色譜 （MPIC）。用於3種分離方式的柱填料的樹脂骨架基本都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但樹脂的離子交換功能基和容量各不相同。HPIC用低容量的離子交換樹脂，HPIEC用高容量的樹脂，MPIC用不含離子交換基團的多孔樹脂。3種分離方式各基於不同分離機理。HPIC的分離機理主要是離子交換，HPIEC主要為離子排斥，而MPIC則是主要基於吸附和離子對的形成。

離子交換色譜

高效離子交換色譜，套用離子交換的原理，採用低交換容量的離子交換樹脂來分離離子，這在離子色譜中套用最廣泛，其主要填料類型為有機離子交換樹脂，以苯乙烯二乙烯苯共聚體為骨架，在苯環上引入磺酸基，形成強酸型陽離子交換樹脂，引入叔胺基而成季胺型強鹼性陰離子交換樹脂，此交換樹脂具有大孔或薄殼型或多孔表面層型的物理結構，以便於快速達到交換平衡，離子交換樹脂耐酸鹼可在任何pH範圍內使用，易再生處理、使用壽命長，缺點是機械強度差、易溶易脹、受有機物污染。

矽質鍵合離子交換劑以矽膠為載體，將有離子交換基的有機矽烷與基表面的矽醇基反應，形成化學鍵合型離子交換劑，其特點是柱效高、交換平衡快、機械強度高，缺點是不耐酸鹼、只宜在pH2-8範圍內使用。

離子交換色譜是最常用的離子色譜。

離子排斥色譜

它主要根據Donnon膜排斥效應，電離組分受排斥不被保留，而弱酸則有一定保留的原理，製成離子排斥色譜主要用於分離有機酸以及無機含氧酸根，如硼酸根碳酸根和硫酸根有機酸等。它主要採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。

離子對色譜

離子對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矽膠(ODS)，也有用C8矽膠或CN，固定相流動相由含有所謂對離子試劑和含適量有機溶劑的水溶液組成，對離子是指其電荷與待測離子相反，並能與之生成疏水性離子，對化合物的表面活性劑離子，用於陰離子分離的對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，用於陽離子分離的對離子是烷基磺酸類，如己烷磺酸鈉，庚烷磺酸鈉等對離子的非極性端親脂極性端親水，其CH2鍵越長則離子對化合物在固定相的保留越強，在極性流動相中，往往加入一些有機溶劑，以加快淋洗速度，此法主要用於疏水性陰離子以及金屬絡合物的分離，至於其分離機理則有3種不同的假說，反相離子對分配離子交換以及離子相互作用。

系統介紹

IC系統的構成與HPLC相同，儀器由流動相傳送部分、分離柱、檢測器和數據處理4個部分組成，在需要抑制背景電導的情況下通常還配有MSM或類似抑制器。其主要不同之處是IC的流動相要求耐酸鹼腐蝕以及在可與水互溶的有機溶劑（如乙腈、甲醇和丙酮等）中不溶脹的系統。因此，凡是流動相通過的管道、閥門、泵、柱子及接頭等均不宜用不鏽鋼材料，而是用耐酸鹼腐蝕的PEEK材料的全塑IC系統。離子色譜的最重要的部件是分離柱。柱管材料應是惰性的，一般均在室溫下使用。高效柱和特殊性能分離柱的研製成功，是離子色譜迅速發展的關鍵。

檢測方法

離子色譜的檢測器分為兩大類，即電化學檢測器和光學檢測器。電化學檢測器包括電導、直流安培、脈衝安培和積分安培；光化學檢測器包括紫外-可見和螢光。

隨著離子色譜的廣泛套用，離子色譜的檢測技術已由單一的化學抑制型電導法發展為包括電化學光化學和與其他多種分析儀器聯用的方法。 1、抑制電導檢測法；2、直接電導檢測法；3、紫外吸收光度法；4、柱後衍生光度法；5、電化學法；6、與元素選擇性檢測器聯用法。

套用範圍

無機陰離子的檢測

無機陰離子是發展最早，也是目前最成熟的離子色譜檢測方法，包括水相樣品中的氟、氯、溴等鹵素陰離子、硫酸根、硫代硫酸根、氰根等陰離子，可廣泛套用於飲用水水質檢測、啤酒、飲料等食品的安全、廢水排放達標檢測、冶金工藝水樣、石油工業樣品等工業製品的質量控制。特別由於鹵素離子在電子工業中的殘留受到越來越嚴格的限制，因此離子色譜被廣泛的套用到無鹵素分析等重要工藝控制部門。

無機陰離子交換柱通常採用帶有季胺功能團的交聯樹脂或其他具有類似性質的物質，常見的陰離子交換柱如Metrosep A supp 4-150， A supp 5-250等。常用的淋洗液為Na2CO3和NaHCO3按一定比例配置成的稀溶液，改變淋洗液的組成比例和濃度，可控制不同陰離子的保留時間和出峰順序。

無機陽離子的檢測

無機陽離子的檢測和陰離子檢測的原理類似，所不同的是採用了磺酸基陽離子交換柱，如Metrosep C1， C2-150等，常用的淋洗液系統如酒石酸/二甲基吡啶酸系統，可有效分析水相樣品中的Li，Na，NH4+，K，Ca，Mg等離子。

有機陰離子和陽離子分析

隨著離子色譜技術的發展，新的分析設備和分離手段不斷出現，逐漸發展到分析生物樣品中的某些複雜的離子，目較成熟的套用包括：

1）生物胺的檢測

Metrosep C1分離柱；2.5mM硝酸/10%丙酮淋洗液; 3 µL進樣，可有效分析腐胺、組胺、屍胺等成分，已經成為刑事偵查系統和法醫學的重要檢測手段。

2）有機酸的檢測

Metrosep Organic Acids分離柱，MSM抑制器 ；0.5 mM H2SO4作為淋洗液，可有效分析包括乳酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸、蘋果酸、檸檬酸等各種有機酸成分，在微生物發酵工業、食品工業都是簡便有效的分離方法。

3）糖類分析

現已經開發出各種糖類的分析手段，包括葡萄糖、乳糖、木糖、阿拉伯糖、蔗糖等多種糖類分析方法。在食品工業中的套用尤其廣泛。

系統優點

快速方便

對7種常見陰離子（F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、SO42-、PO43-）和6種常見陽離子（Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+）的平均分析時間已分別小於8min。用高效快速分離柱對上述7種最重要的常見陰離子達基線分離只需3min。

靈敏度高

離子色譜分析的濃度範圍為低μg/L（1～10μg/L）至數百mg/L。直接進樣（25μL），電導檢測，對常見陰離子的檢出限小於10μg/L。

選擇性好

IC法分析無機和有機陰、陽離子的選擇性可通過選擇恰當的分離方式、分離柱和監測方法來達到。與HPLC相比，IC中固定相對選擇性的影響較大。

可同時分析多種離子化合物

與光度法、原子吸收法相比，IC的主要優點是可同時檢測樣品中的多種成分。只需很短的時間就可得到陰、陽離子以及樣品組成的全部信息。

分離柱的穩定性好、容量高

與HPLC中所用的矽膠填料不同，IC柱填料的高pH值穩定性允許用強酸或強鹼作淋洗液，有利於擴大套用範圍。