離子色譜是高效液相色譜的一種，是用于分離能在水中解離成有機(jī)和無(wú)機(jī)離子的一種液相色譜方法。從20世紀(jì)70年代中期問(wèn)世以來(lái)，很快成為水溶液中陰、陽(yáng)離子的重要分析手段。應(yīng)用范圍從分析水中常見(jiàn)的陰、陽(yáng)離子和有機(jī)酸類(lèi)，發(fā)展到分析極性有機(jī)化合物以及生物樣品中的糖、氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等。

　　一、離子色譜方法的特點(diǎn)

　　對(duì)離子型化合物的測(cè)定是經(jīng)典分析化學(xué)的主要內(nèi)容。對(duì)陽(yáng)離子的分析已有一些快速而靈敏的分析方法，如原子吸收、高頻電感偶合等離子體發(fā)射光譜和X射線熒光分析等。而對(duì)于陰離子的分析長(zhǎng)期以來(lái)缺乏快速靈敏的方法。一直沿用經(jīng)典的容量法、重量法和光度法等。這些方法操作步驟冗長(zhǎng)費(fèi)時(shí)，靈敏低且易受干擾。而發(fā)展起來(lái)的離子色譜克服了以上缺點(diǎn)，具有快速、靈敏度高、選擇性好、可同時(shí)測(cè)定多組分的優(yōu)點(diǎn)。可以說(shuō)，離子色譜對(duì)陰離子的分析是分析化學(xué)中的一項(xiàng)新突破。

　　1快速、方便對(duì)7種常見(jiàn)陰離子(F-、Cl-、Br-、NO3-、NO2-、SO42-、PO43-)和六種常見(jiàn)陽(yáng)離子(Li、Na、NH4、K、Mg2、Ca2)的分析時(shí)間小于10min。如采用高效分離柱對(duì)上述七種常見(jiàn)陰離子的分離時(shí)間只需3min。

　　2靈敏度高離子色譜分析的濃度范圍為μg/L~mg/L。當(dāng)進(jìn)樣量為50μl時(shí)，常見(jiàn)陰離子的檢出限小于是10μg/L。如增加進(jìn)樣量并采用小孔徑柱(2mm直徑)或在線濃縮時(shí)，檢出限可達(dá)10-12g/L。

　　3選擇性好IC法分析無(wú)機(jī)和有機(jī)陰、陽(yáng)離子的選擇性主要由選擇適當(dāng)?shù)姆蛛x和檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)達(dá)到的。由于IC的選擇性，對(duì)樣品的前處理要求簡(jiǎn)單、一般只需做稀釋和過(guò)濾。

　　4可同時(shí)測(cè)定多種離子化合物與光度法、原子吸收法相比，IC的主要優(yōu)點(diǎn)是只需很短的時(shí)間就可同時(shí)檢測(cè)樣品中的多種成分。

　　5分離柱的穩(wěn)定性好、容量高IC中苯乙烯/二乙烯苯聚合物是應(yīng)用最廣的填料。這種樹(shù)脂的高pH穩(wěn)定性允許用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿作淋洗液，有利于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。樣品分析時(shí)，溶解、稀釋和過(guò)濾是前處理的主要工作。

　　二、離子色譜系統(tǒng)的組成

　　IC系統(tǒng)的構(gòu)成主要由流動(dòng)相傳送部分、分離柱、檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理單元四個(gè)部分組成(見(jiàn)圖1為化學(xué)抑制型離子色譜工藝流程)。其中，分離柱是離子色譜的最重要部件之一。高效柱和特殊分離柱的成功研制是離子色譜迅速發(fā)展的關(guān)鍵。而對(duì)于抑制型檢測(cè)器，抑制器是關(guān)鍵部件，高的抑制溶量、低的死體積，能自動(dòng)連續(xù)工作，不用有害的化學(xué)試劑是現(xiàn)代抑制器的主要特點(diǎn)。

　　一個(gè)理想的檢測(cè)器，對(duì)不同的樣品，在不同濃度及各種淋洗條件下均能準(zhǔn)確、及時(shí)、連續(xù)地反應(yīng)色譜峰的變化。為實(shí)現(xiàn)上述要求，檢測(cè)器應(yīng)具備較高的靈敏度、較寬的定量檢測(cè)范圍，較好的選擇性和重現(xiàn)性。

　　離子色譜常用的檢測(cè)方法可以分為兩類(lèi)：即電化學(xué)法和光學(xué)法。電化學(xué)檢測(cè)器有三種，即電導(dǎo)、安培和積分安培(包括脈沖安培)。其中，電導(dǎo)檢測(cè)器應(yīng)用的最廣泛。電導(dǎo)檢測(cè)器又可分為抑制型(兩柱型)和非抑制型(單柱型)兩種。由于抑制型能夠顯著提高電導(dǎo)檢測(cè)器的靈敏度和選擇性已逐漸成為電導(dǎo)檢測(cè)器的主流。而光學(xué)法主要是紫外—可見(jiàn)光和熒光檢測(cè)器。

　　電導(dǎo)檢測(cè)器按照Kohlraush定律，電解液在一定的電場(chǎng)作用下，溶液的電導(dǎo)率與其濃度是成正比的。此檢測(cè)器主要用于測(cè)定無(wú)機(jī)陰、陽(yáng)離子離子(pKa<7,pKb<7)、部分極性有機(jī)化合物，如一些羧酸類(lèi)。各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的陰、陽(yáng)離子如氯離子、硫酸根、三氟乙酸、鈉離子和鉀離子在電導(dǎo)檢測(cè)器上都有很好的靈敏度。一些弱酸離子由于其不完全電離，測(cè)定的靈敏度較低。通�？赏ㄟ^(guò)改變流動(dòng)相的pH來(lái)提高靈敏度。我們熟知的有機(jī)酸不管是帶有羧基、磺酸基或膦酸基官能團(tuán)，其pKa均在4.75以下，因此都有很好的檢出效果。

　　安培檢測(cè)器是一種用于測(cè)量電活性分子在工作電極表面氧化或還原反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生電流變化的檢測(cè)器。常用于分析那些離解度低，用電導(dǎo)檢測(cè)器難于檢測(cè)或根本無(wú)法檢測(cè)的pK>7的離子。直流安培檢測(cè)器具有很高的靈敏度，可以測(cè)定μg/L級(jí)無(wú)機(jī)和有機(jī)離子，如與環(huán)境有關(guān)的陰離子、硫化物、氰化物、As、鹵素、肼和各種酚。積分安培和脈沖安培檢測(cè)器則主要測(cè)量醇、醛、胺和含硫基團(tuán)、糖類(lèi)有機(jī)化合物和硫化物。

　　紫外—可見(jiàn)光吸收和熒光檢測(cè)器它具有選擇性好、應(yīng)用面廣、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。紫外—可見(jiàn)光檢測(cè)器的基本原理是以郎伯—比爾定律為基礎(chǔ)的。UV-Vis檢測(cè)器在離子色譜中最重要的應(yīng)用是通過(guò)柱后衍生技術(shù)測(cè)量過(guò)渡金屬和鑭系元素。以吡啶2，6-二羧酸或草酸為淋洗液可分離過(guò)渡金屬，經(jīng)分離后，34種過(guò)渡金屬可與顯色劑4-間苯二酚發(fā)生衍生反應(yīng)。同時(shí)，還可對(duì)一些元素的不同氧化態(tài)進(jìn)行檢查，如Fe3/Fe2、Cr3/Cr6、Sn2/Sn4。

　　熒光檢測(cè)器是通過(guò)測(cè)定分子中電子能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)射出的熒光強(qiáng)度來(lái)表征物質(zhì)的濃度。可用于測(cè)定銨離子、伯胺、多胺和肽。

　　離子色譜檢測(cè)器的選擇，主要的依據(jù)是被測(cè)定離子的性質(zhì)、淋洗液的種類(lèi)等。同一種物質(zhì)有時(shí)可以用多種檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，但靈敏度不同。離子色譜常用檢測(cè)器的主要應(yīng)用范圍見(jiàn)表1。

　　表1離子色譜中的主要檢測(cè)器的應(yīng)用范圍檢測(cè)方法檢測(cè)原理應(yīng)用范圍電導(dǎo)法電導(dǎo)pKa<7;pKb<7的陰、陽(yáng)離子安培法在電極上產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)CN-，S2-，I-，SO32-，氨基酸，醇，醛，單糖、寡糖、酚、有機(jī)胺、硫醇紫外/可見(jiàn)光檢測(cè)器紫外/可見(jiàn)光吸收在紫外或可見(jiàn)光區(qū)域有吸收的陰、陽(yáng)離子和在柱前柱后衍生反應(yīng)后具有紫外或可見(jiàn)光吸收的離子或化合物，如過(guò)渡金屬、二氧化硅等。熒光激發(fā)和發(fā)射銨、氨基酸

　　三、離子色譜的分離方式

　　按照分離機(jī)理，離子色譜可分為高效離子交換色譜(HPIC)、離子排斥色譜(HPIEC)和離子對(duì)色譜(MPIC)三種。用于三種分離方式的柱填料的樹(shù)脂骨架都是苯乙烯和二

　　乙烯苯的共聚物。HPIC用低溶量的離子交換樹(shù)脂，HPIEC用高容量的樹(shù)脂，MPIC用不含離子交換基團(tuán)的多孔樹(shù)脂。

　　高效離子交換色譜HPIC的分離機(jī)理主要是離子交換，是基于離子交換樹(shù)脂上可離解的離子與流動(dòng)相中具有相同電荷的離子之間進(jìn)行的可逆交換。依據(jù)不同離子對(duì)交換劑的不同親合力而被逐漸分離。它是離子色譜的主要分離方式，用于親水性陰、陽(yáng)離子的分離。如以NaOH為淋洗液分析水體中陰離子時(shí)，先用淋洗液平衡陰離子交換分離柱，再將樣品帶入。樣品進(jìn)入后，待測(cè)離子將陰離子交換樹(shù)脂上OH-根置換下來(lái)，并暫時(shí)而選擇地保留在固定相上。隨后，被保留的待測(cè)陰離子依據(jù)與樹(shù)脂親合力的差別，而由弱到強(qiáng)逐漸被洗脫下來(lái)，從而達(dá)到分離的目的。經(jīng)分離柱分離之后，如洗脫液直接進(jìn)入電導(dǎo)池時(shí)稱(chēng)非抑制型離子色譜，如洗脫液先通過(guò)抑制器，再進(jìn)入電導(dǎo)池稱(chēng)抑制型離子色譜。相比而言，抑制型離子色譜具有更高的靈敏度。抑制器主要起到降低淋洗液的背景電導(dǎo)和增加被測(cè)離子的電導(dǎo)值，改善信噪比的作用。通過(guò)抑制器后，淋洗液被中和成電導(dǎo)值很小的水，而被測(cè)樣品轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的酸或堿，大大提出高了被測(cè)樣品的靈敏度。為了減弱抑制器填充樹(shù)脂再生時(shí)外來(lái)的干擾，自動(dòng)再生連續(xù)工作的抑制器是目前最先進(jìn)的抑制器。

　　高效離子交換色譜可以分析弱保留陰離子，主要包括F-、一價(jià)無(wú)機(jī)陰離子、一元羧酸和一些弱離解組分，如HCO32-、CN-、和S2-等。

　　同時(shí)，還可分析易極化的無(wú)機(jī)陰離子，如I-，SCN-，CLO4-，S2O32-，以及含氧金屬陰離子MoO42-,WO42-、CrO42-和多聚磷酸鹽等。對(duì)小分子的有機(jī)酸類(lèi)也有很好的分析效果。利用離子交換色譜分析堿金屬、堿土金屬和胺類(lèi)是最常用的方法。在測(cè)定過(guò)渡金屬和重金屬方面，柱后衍生光度法的成功應(yīng)用，顯著地改進(jìn)了重金屬和過(guò)渡金屬的分析方法，使得IC成為一種廣泛應(yīng)用的多元素分析方法。它不僅可同時(shí)分析多種元素，還可同時(shí)檢測(cè)元素的不同價(jià)態(tài)。使得IC成為復(fù)雜體系中重金屬和過(guò)渡金屬分析的有效方法。

　　利用IC法測(cè)定重金屬和過(guò)渡金屬時(shí)，首先，在淋洗液中加入一定的絡(luò)合劑，使待測(cè)金屬與其發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而降低金屬離子的活性，進(jìn)而使其能在分離柱上有效分離。經(jīng)分離柱分離后金屬離子與連續(xù)加入的顯色劑發(fā)生顯色反應(yīng)，生成可用分光光度法測(cè)定的帶發(fā)色基團(tuán)的衍生物。

　　離子排斥色譜由于Donnan排斥，完全離解的強(qiáng)電解質(zhì)受排斥而不被固定相保留，而未離解的化合物不受Donnan排斥，能進(jìn)入樹(shù)脂的內(nèi)微孔，分離是基于溶質(zhì)和固定相

　　之間的非離子性相互作用。被分離的化合物再經(jīng)過(guò)不同檢測(cè)器的測(cè)定，可成功地分析無(wú)機(jī)弱酸(如：硼酸、氟、亞砷酸、氫氰酸、氫碘酸、硅酸、亞硫酸和碳酸)和大量有機(jī)酸，也可用于醇類(lèi)、醛類(lèi)的分析。

　　離子對(duì)色譜在流動(dòng)相中加入一種與待分離的離子電荷相反的離子，使其與待測(cè)離子生成疏水性化合物。經(jīng)分離柱分離后，再用不同的檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)定�？捎糜诜蛛x一般陰離子和金屬絡(luò)合物，也可分離多種胺類(lèi)，并對(duì)陰、陽(yáng)離子類(lèi)的表面活劑有較好的分離效果。

　　四、離子色譜的應(yīng)用

　　作為近20年來(lái)來(lái)發(fā)展最快的技術(shù)這一，離子色譜的應(yīng)用已滲透到眾多領(lǐng)域。應(yīng)用范圍從分析水中常見(jiàn)陰、陽(yáng)離子和有機(jī)酸，發(fā)展到分析極性化合物、氨基酸、糖、重金屬和過(guò)渡過(guò)金屬及不同氧化態(tài)。作為一種有效的痕量分析手段，由于其具有簡(jiǎn)便、高效、高靈敏度和重現(xiàn)好的特點(diǎn)，離子色譜已在許多領(lǐng)域代替了傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法，如蒸氣鍋中痕量Fe3、Fe2、Cu2、和SiO32-以及Cl-、SO42-、Na、Mg2、Ca2等離子分析，已經(jīng)廣泛采用離子色譜法。另外，離子色譜在環(huán)境、食品、衛(wèi)生、石油開(kāi)發(fā)、石油化工、飲用水、高純水和水文地層方面已得到廣泛應(yīng)用。

　　離子色譜在分析飲用水水質(zhì)方面，除能對(duì)十三種常見(jiàn)陰、陽(yáng)離子(F-、Cl-、Br-、NO3-、NO2-、SO42-、PO43-、Li、Na、NH4、K、Mg2、Ca2)的快速分析外，還可對(duì)已被美國(guó)EPA列入飲用水必測(cè)項(xiàng)目(國(guó)內(nèi)正著手制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn))的消毒副產(chǎn)物：亞氯酸根、次氯酸根、氯酸根、溴酸根、溴化物等進(jìn)行準(zhǔn)確得定量。同時(shí)，還可分析氰化物、不同價(jià)態(tài)的鉻、二氧化硅、部分重金屬，有機(jī)酸類(lèi)。對(duì)于水處理中常用的混凝劑Al和Fe的殘留濃度也能準(zhǔn)確測(cè)定。

　　經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用，離子色譜已逐漸被國(guó)內(nèi)外分析領(lǐng)域所接受，并被一些國(guó)際上有影響的機(jī)構(gòu)確定為標(biāo)準(zhǔn)分析方法或推薦方法。它是一種很有發(fā)展前途的分析方法。