碘离子的离子色谱分析_离子色谱阴离子_离子色谱测定阴离子(3)

二、离子色谱法的基本原理

（一)高效离子色谱法

1.分离机制高效离子色谱法是应用最广泛的抑制型离子色谱，固定相是低容量（0.01～0.5mmol/g)的离子交换树脂，根据不同离子对树脂亲和力的差别使试样组分分离，主要用于亲水性阴、阳离子的分析。

阴离子分离中，固定相常用薄壳型阴离子交换树脂，流动相一般用碱性溶液。以聚苯乙烯型季铵型离子交换树脂作固定相，以NaOH溶液作流动相分离阴离子X-为例。用流动相平衡色谱柱后进样，样品组分在柱上的交换平衡可用下式表示：

阳离子分离中，常用薄壳型阳离子交换树脂作为固定相，流动相一般用酸性溶液。以聚苯乙烯型磺酸型离子交换树脂作固定相，以HCl溶液作流动相分离阳离子M+为例，样品离子在柱上的交换平衡为：

高效离子色谱法的分离机制除了离子交换之外，对某些离子也存在非离子相互作用，重要的是吸附作用。

2.抑制柱的工作原理抑制柱有树脂填充抑制柱、管状纤维膜抑制柱、平板微膜抑制柱等。下面以树脂填充抑制柱为例进行讨论。树脂填充抑制柱是第一代抑制柱，其制作简单，价格便宜，抑制容量中等，至今仍在使用。

阴离子分析中，抑制柱的填料用中到高交联度的常规磺酸型阳离子交换树脂。分离后的阴离子X-随流动相NaOH进入抑制柱，在柱上发生两个重要的交换反应：

经过抑制柱反应，流动相转变成水，样品离子转变成相应的酸。

阳离子分析中，抑制柱的填料用中到高交联度的常规季铵型阴离子交换树脂。经过分离的阳离子M+随流动相HCl进入抑制柱，在柱上发生下列交换反应：

流动相转变成水，样品离子转变成相应的碱。

总之，通过抑制柱反应，流动相本身的电导值大大降低，改善了检测的信噪比，获得较高的检测灵敏度。

树脂填充抑制柱有两个缺点：一是树脂需要周期性再生。二是分离弱酸阴离子时，由于抑制柱树脂具有高电荷密度，阴离子会受到Donnan排斥，因此得不到好的再现性，甚至无法进行低浓度的定量测定。管状纤维膜抑制柱、平板微膜抑制柱、自身再生抑制柱和电化学抑制柱能克服树脂填充抑制柱的缺点，特别自身再生抑制柱和电化学抑制柱是目前最先进的抑制柱。

（二)高效离子排斥色谱法

高效离子排斥色谱法主要用于无机弱酸和有机酸的分析，也可用于醇类、醛类、糖类、氨基酸的分析。

1.分离机制高效离子排斥色谱法的固定相为高交换容量（3～5mmol/g)的离子交换树脂，树脂的电荷密度较大，其分离机制主要基于Donnan排斥，下面以分离水溶液中草酸和丙二酸为例说明。用苯乙烯-二乙烯基苯磺酸型阳离子交换树脂为固定相、HCl为洗脱液，分离过程见图11-4。

图11-4 有机酸在离子排斥色谱柱上的分离过程

当流动相通过固定相时，在磺酸基表面形成水化层，该水化层与流动相之间的界面相当于带负电荷的Donnan膜，该膜只允许未离解的分子通过。洗脱液阴离子和以离子形式存在的其它组分由于受到Donnan排斥，不能通过水化层，很快地流出柱外；未离解的有机酸不受Donnan排斥，可通过水化层，并在树脂微孔和洗脱液中进行分配而被保留。保留时间主要取决于弱酸的pKa，pKa越大，保留时间越长。所以，草酸（pKa1=1.27)先流出，丙二酸（pKa1=2.86)后流出。另外，保留时间还受空间位阻和吸附作用的影响，空间位阻越大，吸附作用越小，保留时间越短。

2. 抑制柱的工作原理 有机酸主要采用抑制型电导检测，常用阳离子纤维膜抑制柱，它是一种磺酸型离子交换膜，洗脱液在纤维管内流动，再生液在纤维管外与洗脱液相反的方向流动。以烷基磺酸为洗脱液，氢氧化四丁基铵为再生液分离有机酸时，四丁基铵离子通过膜与内侧洗脱液和有机酸中的H+交换，并发生抑制反应：