第十一章  离子色谱法

离子色谱法（ion chromatography，IC)是以离子交换树脂为固定相、洗脱液为流动相，根据试液中各种离子对固定相亲和力的差异而分离，然后进行检测的一种分离分析技术。它主要用于分离分析无机阴离子，也可用于金属阳离子、有机酸、有机碱等能电离的化合物以及能与离子基团相互作用的化合物的分离分析，已广泛应用于环境监测、卫生检验、医学检验、生命科学等领域。离子色谱法按分离机制不同可分为高效离子色谱法（high performance ionchromatography，HPIC)、高效离子排斥色谱法（high performance ionexclusion chromatography，HPIEC)和流动相离子色谱法（mobile phase ion chromatography，MPIC)。按色谱流程不同，还可分为抑制型离子色谱法（或双柱离子色谱法)和非抑制型离子色谱法（或单柱离子色谱法)。离子色谱法具有操作简便、灵敏快速、精密度高、选择性好、分析结果准确可靠及应用范围广等优点。

第一节  离子色谱仪

采用电导检测的离子色谱仪有两种类型，一类是以抑制电导检测为基础的双柱离子色谱仪（抑制型)，另一类是以直接电导检测为基础的单柱离子色谱仪（非抑制型)，都是由输液系统、进样系统、分离系统、检测系统和数据处理系统五大部分组成。离子色谱分析流程如图11-1所示。

图 11-1  离子色谱流程图

a 双柱离子色谱流程图 b单柱离子色谱流程图

一、输液系统

输液系统包括贮液罐和输液泵。贮液罐是用聚乙烯材料制成的封闭容器，用以存放流动相、再生液和冲洗液。输液泵一般采用全塑料的双柱塞式往复平流高压泵，以提供平稳的液流。由于所使用的流动相通常由强酸强碱组成，因此，凡接触流动相的部件包括贮液罐、泵、管道、阀门、柱子及接头等都要求耐高压和耐酸碱腐蚀。

二、进样系统

采用六通阀进样，与高效液相色谱仪所用的相同。

三、分离系统

分离系统的关键部件是色谱柱，是离子色谱仪的心脏，起着分离样品组分的作用。色谱柱一般内径为3～4mm，长度为150～250mm，一般用耐高压耐腐蚀的聚氟化合物或环氧化合物等惰性材料制成。固定相常用离子交换树脂。色谱柱一般在室温下使用，有些仪器也配备柱温箱。

四、检测系统

检测系统的主要部分是检测器，是离子色谱仪的眼睛，其作用是将流出色谱柱的洗脱液中被分离组分的浓度变www.med126.com化转变为电信号。离子色谱仪的检测器有电化学检测器和光学检测器两大类。电化学检测器包括电导和安培检测器，光学检测器包括紫外-可见、荧光及原子吸收检测器。电导检测器（conductance detector)又分为抑制型和非抑制型两种，其中应用广泛的是抑制型电导检测器。下面介绍几种常用的检测器。

（一)抑制型电导检测器 抑制型电导检测器是通用型检测器，由抑制柱（suppressor column)和电导池组成。当携带样品组分的洗脱液通过电导池时，由电导值变化测量被分离组分的浓度。抑制柱是抑制型电导检测器的关键部件，其作用是降低洗脱液的背景电导，增大响应信号，提高检测器的信噪比。电导检测器灵敏度高，达mmol/L级，甚至μmol/L级，其不足之处是电导受温度影响较大，影响检测的灵敏度。20世纪80年代出现以微处理机控制的电导检测器，可对环境温度作精密、准确的补偿，从而保证了测定的重现性，提高了检测的灵敏度。

（二)紫外-可见光度检测器  紫外-可见光度检测器（ultraviolet visible detector)与高效液相色谱中使用的无明显区别。在可见光区检测时，常在柱后接后置反应器，使被测组分与显色剂充分反应，以提高测定的灵敏度，主要用于重金属、过渡金属及稀土金属元素的测定；在紫外光区检测时，检测器直接与色谱柱相连，用于有紫外吸收组分的测定。

荧光检测器（fluorescence detector)和安培检测器（ampere detector)具有灵敏度高，选择性好的特点。荧光检测器主要用于荧光物质或衍生化处理形成荧光衍生物的一类化合物的分析；安培检测器主要用于在工作电极表面能产生氧化或还原反应物质的分析。

五、数据处理系统

离子色谱仪现在多用色谱工作站记录离子色谱图（ions chromatogram)，准确计算色谱峰的峰高、峰面积和保留值等数据，自动绘制校正曲线和计算分析结果等。通过色谱工作站还可以设置分析条件，控制整个色谱系统的正常运行，提高了离子色谱法的自动化和智能化程度。

第二节  离子色谱法的基本原理及影响色谱峰展宽的因素

离子色谱法是高效液相色谱的一个分支，其基本原理、色谱理论、常用术语及定性定量分析等与高效液相色谱基本相同。离子色谱法所用的固定相是经过特殊处理的离子交换树脂（ion exchange resin)或多孔树脂（porous resin)，流动相是强酸或强碱溶液。固定相的性质除决定分离机制外，还决定流动相以及检测方式的选择。抑制反应是抑制型离子色谱高灵敏度和高选择性的重要因素，也是选择固定相和流动相时必须考虑的主要因素。

一、离子交换树脂的类型和选择性系数

（一)离子交换树脂的类型

离子交换树脂根据其功能基上可交换离子的电荷不同，分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。离子色谱中应用最广泛的是由苯乙烯-二乙烯基苯共聚物制得的强酸型阳离子交换树脂和强碱型阴离子交换树脂，二乙烯基苯是交联剂。按树脂颗粒的物理结构不同，离子交换树脂还可分为微孔型、大孔型和薄壳型三种，它们的性能和适用范围各不相同。目前离子色谱中广泛采用薄壳型离子交换树脂（superficial ion exchanger)。

薄壳型阳离子交换树脂的结构如图11-2所示。中心为惰性基核，常用材料为高交联度多孔的聚苯乙烯树脂，直径为10～20μm或更小。核表面为薄的磺化层（厚度数十纳米)，在水中呈溶胀状态，可以发生离子交换作用。

 图11-2  薄壳型阳离子离子交换树脂的结构  图11-3  薄壳型阴离子离子交换树脂的结构

薄壳型阴离子交换树脂的结构如图11-3所示。中心为表面磺化的薄壳型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂胶乳微粒（直径为几十纳米)通过物理或化学方法牢固的附着在磺化层表面，胶乳层可以发生离子交换作用。

薄壳型离子交换树脂的特点是：①交换容量较小，交换速度快，柱效高。②在强酸强碱溶液中化学性质稳定。③刚性较强，受流动相冲击时基本不变形。

（二)离子交换树脂的选择性系数

离子与交换树脂的亲和力与其在该树脂上的选择性系数有关。假设两种离子A和B在树脂上进行交换，如以a和b分别表示各自的价态，r和s分别表示树脂相和溶液相，则其交换反应可用下式表示：

交换反应的平衡常数为：

   （11-1)

式中，、分别为树脂相中A、B离子的物质的量浓度，、分别为溶液相中A、B离子的物质的量浓度。平衡常数称为树脂对A、B两种离子的相对选择性系数，也简称为选择性系数（selectivity coefficients)。选择性系数越大，表示树脂对A、B两种离子的亲和力差别越大。为了便于比较和应用，常用某离子作为参考离子，测出一系列离子的选择性系数。常用作参考离子的阳离子有Li⁺或H⁺，阴离子有Cl^-。

选择性系数不仅与离子和树脂的性质有关，而且与流动相性质及浓度有关。一般来说，离子的价态越高、水合离子半径越大、极化度越大；与树脂的亲和力越强，其选择性系数也越大，流出色谱柱也越慢；离子与流动相分子的相互作用力越强，其选择性系数越小，流出色谱柱也越快。选择性系数是选择流动相的主要依据。在离子浓度相同的情况下，树脂优先选择具有较高电荷的离子，如阳离子交换树脂对带不同电荷阳离子的选择性（亲和力)次序为：Th⁴⁺＞Fe³⁺＞Ca²⁺＞Na⁺。树脂对同价离子的选择性是随着原子量的增大而增强，例如阳离子交换树脂对碱金属和碱土金属离子的选择性次序为：Cs⁺＞Rb⁺＞K⁺＞Na⁺＞Li⁺和Ba²⁺＞Sr²⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺。在常温低浓度时，常见阳离子对强酸型阳离子交换树脂的选择性次序为：Fe³⁺＞Al³⁺＞Ba²⁺＞Pb²⁺＞Ca²⁺＞Cd²⁺≥Cu²⁺≥Zn²⁺≥Mg²⁺＞K⁺＞NH＞Na⁺＞H⁺。在常温低浓度时，常见阴离子对强碱型阴离子交换树脂的选择性次序为：PO₃^3-＞SO₄^2-＞I^-＞HSO₄^-＞NO₃^-＞CN^-＞NO₂^-＞Cl^-＞HCO₃^-＞OH^-。

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：

式中，RSO₃^-H⁺为烷基磺酸，TBA⁺OH^-为氢氧化四丁基铵，H⁺A^-为有机酸。洗脱液中的H⁺与再生液中的OH^-结合成水，洗脱液转变成RSO₃^-TBA⁺，有机酸中的H⁺也与再生液中的OH^-结合成水，有机酸转变成TBA⁺A^-，从而降低了洗脱液

的高背景电导。RSO₃^-TBA⁺的电导比 RSO₃^-H⁺低很多。

（三)流动相离子色谱法

流动相离子色谱法又称为离子对色谱法（ion pair chromatography)，主要用于分离疏水性的阴阳离子，包括大分子量的脂肪羧酸、阴离子和阳离子表面活性剂、烷基磺酸盐、芳香磺酸盐和季铵化合物等。

1.分离机制 离子对色谱体系的固定相为高交联度高比表面积的中性无离子交换功能基的聚苯乙烯大孔树脂，流动相是水溶液。为了使待测离子能被固定相保留，必须使其具有足够的疏水性，因此在流动相中加入与被测离子A⁺电荷相反的平衡离子B^-（称为对离子或反离子)，A⁺与B^-能结合成中性疏水的离子对A⁺B^-，并在疏水性固定相和流动相之间分配，分配平衡为：

离子对的形成常数越大，且疏水性越强，则被测离子的保留时间越长。由于不同组分形成离子对的能力不同以及离子对的疏水性不同，组分在固定相中的保留作用不同而达到分离。

2. 离子对试剂和有机溶剂  离子对色谱的流动相主要包括离子对试剂和有机溶剂，改变离子对试剂和有机溶剂的类型和浓度可以达到不同的分离要求。

离子对试剂一般是较大的离子型分子，在水中能够电离产生对离子，离子对试剂的选择取决于待测离子和试样基体中其它离子的疏水性。一般亲水性离子的分离应选用疏水性的离子对试剂，而疏水性离子的分离则应选用亲水性的离子对试剂。阴离子分离中常用离子对试剂的疏水性次序为：氢氧化四丁基胺＞氢氧化四丙基胺＞氢氧化四乙基胺＞氢氧化四甲基胺＞氢氧化铵。阳离子分离中常用离子对试剂的疏水性次序为：辛烷磺酸＞庚烷磺酸＞己烷磺酸＞戊烷磺酸＞全氟磺酸＞高氯酸＞盐酸。当离子对试剂的浓度增加时，被分离组分的保留也增强，用电导检测时，其浓度还受抑制柱抑制容量的限制。因此，离子对试剂的浓度范围一般为10^-4~10^-2mol/L。

有机改进剂用于减少保留时间和改进分离的选择性，对疏水性较强组分的影响较大。常用的有机改进剂有乙腈、甲醇和异丙醇，其中乙腈最好。被测组分和离子对试剂的疏水性越强，所需有机改进剂的浓度越高，一般在5%～40%之间。

3.抑制柱反应 离子对色谱中常用抑制型电导检测，抑制柱与高效离子色谱的相同。在阴离子分离中，强酸型抑制柱上发生的交换反应为：

离子对试剂（R₄N⁺OH^-)中的阳离子被除去，OH^-与树脂（R—SO₃^-H⁺)的H⁺生成水；离子对（R₄N⁺A^-)中的被测离子A^-转变成相应的酸。

在阳离子分离中，强碱型抑制柱上发生的反应为：

离子对试剂（RSO₃^-H⁺)中的阴离子被除去，H与树脂（R—N(CH₃)₃⁺OH^-)的OH^-生成水；离子对（RSO₃^-B⁺)中的被测离子B⁺转变成相应的碱。

三、影响色谱峰展宽的因素

在高效液相色谱中，Van Deemter方程是描述色谱峰展宽的基本理论，即塔板高度由涡流扩散项、纵向扩散项和传质阻力项的总和所决定。Giddings认为涡流扩散和动态流动相传质（横向扩散)这两项对色谱峰展宽的影响不是孤立的，而是相互关联而偶合的，它们对色谱峰展宽的影响可用原两项倒数和的倒数表示。Giddings偶合式（或称为速率理论方程偶合式)为：

 （11-2)

    （11-3)

式中，H_e为涡流扩散项；H_d为纵向扩散项；H_m为动态流动相传质阻力项，H_sm为静态流动相传质阻力项，H_s为固定相传质阻力项，三项总称为传质阻力项；H_c为偶合项；u为流动相的平均线速度。下面分别对H_c、H_d、H_sm、H_s进行讨论。

（一)偶合项H_c对塔板高度的贡献

涡流扩散项是因同种组分分子在色谱柱中运行的路径不同而引起的展宽。

  （11-4)

式中，λ为填充不规则因子，d_P为树脂颗粒的直径。

动态流动相传质阻力项是由于同一流路中靠近固定相表面的流动相流动缓慢而流路中心的流动相流动较快而引起的展宽。

（11-5)

式中，C_m为与容量因子有关的系数，D_m为组分在流动相中的扩散系数。

实际上，涡流扩散和动态流动相传质是相互关联而偶合的，对塔板高度贡献的偶合项为：

  （11-6)

在高线速度下，H_c接近H_e，即受涡流扩散过程控制；在低线速度，H_c接近H_m，即受动态流动相传质阻力所控制。

（二)纵向扩散项H_d对塔板高度的贡献

纵向扩散是由于组分在柱内存在着浓度梯度，在流动方向上产生分子扩散而引起的色谱峰展宽。纵向扩散对塔板高度的贡献为：

  （11-7)

式中，γ为与色谱柱填充均匀性有关的系数，D_m和u同前。在填充柱中γ约为0.6，离子色谱中D_m值很小，约为10^-5cm²/s，所以H_d可以忽略。

（三)固定相传质阻力项H_s对塔板高度的贡献

固定相传质阻力是由于组分分子在固定相内传质过程的速度差而引起的色谱峰展宽。离子交换树脂为多孔性结构，固定相传质阻力影响较大。以球形离子交换树脂作固定相时，固定相传质阻力对塔板高度的贡献为：

 （11-8)

式中，D_s为组分在树脂内的扩散系数，一般为10^-8～10^-5cm²/s；k为容量因子；q为结构校正系数，对薄壳型离子交换树脂，q值与树脂球外径和树脂基核半径有关。在离子色谱中，薄壳型离子交换树脂的H_s值较相同直径的其它型离子交换树脂小200～2000倍。

（四)静态流动相传质阻力项H_sm对塔板高度的贡献

用多孔颗粒作固定相时，孔穴内的流动相称为静态流动相（或滞流流动相)。组分分子必须扩散通过静态流动相才能到达固定相，这种现象称为静态流动相传质阻力，它对塔板高度的贡献为：

    （11-9)

式中，φ为颗粒的孔隙率，r为与颗粒内孔道弯曲程度有关的系数。

综上所述，可以得出如下结论：①在离子色谱中，H_d可以忽略，H_c、H_s和H_sm对H都有影响，其影响程度与固定相的性质和色谱条件有关。②当d_P和u很小时，H值较小。离子色谱中采用的固定相颗粒直径约为10μm。③流动相的粘度较小时，D_m值较大，则H值较小。④分离温度较高时，D_m、D_s值较大，则H值较小。⑤组分分子较小时，D_m、D_s值较大，则H值较小。

第三节  色谱条件的选择

离子色谱法主要有三种分离方式，分离方式的选择主要取决于被测物。亲水性阴阳离子的分析，最好选用高效离子色谱法；分析无机弱酸有机酸时，一般选用高效离子排斥色谱法；若分析疏水性阴阳离子，一般选流动相离子色谱法。下面讨论抑制型离子色谱法的主要色谱条件。

一、固定相的选择

抑制型高效离子色谱法中，分离的选择性主要取决于固定相。固定相一般用薄壳型离子交换树脂，其选择性与树脂的组成、树脂的交换容量及功能基的类型和结构等因素有关。阴离子交换树脂的功能基一般是季铵基、叔胺基、仲胺基和伯胺基，阳离子交换树脂的功能基多为磺酸基、羧酸基和磷酸基。强酸和强碱型树脂可在很宽的pH范围保持它们的容量，而弱酸和弱碱型树脂只能在有限的pH范围保持容量。几种典型的抑制型离子色谱柱的固定相性质及其基本应用列于表11-1中。

表11-1  几种典型的抑制型离子色谱柱的固定相性质及其基本应用

①阴离子交换柱。②阳离子交换柱。③给出的交换容量是对250mm×4.0mmI.D.柱而言。

高效离子排斥色谱法的固定相是总体磺化的苯乙烯-二乙烯基苯阳离子交换树脂。树脂的交联度决定有机酸扩散进入固定相的大小程度，因而影响保留的强弱，目前大多数树脂的交联度为8%。几种典型的离子排斥色谱柱的固定相性质列于表11-2中。ICE-AS1主要用于分析脂肪族一元羧酸。ICE-AS5和ICE--AS6，其功能基除磺酸基外还有羧基，能与有机酸中的羟基形成氢键，因此，它们的保留作用除了离子排斥以外，还有疏水性吸附和氢键力，对有机弱酸的保留明显增强。ICE-AS5主要用于二元和三元羧酸的分析，ICE-AS6主要用于复杂基体或高离子强度样品中有机酸、羟基有机酸和醇类的分析，也可代替ICE-AS1和 ICE-AS5。苯乙烯-二乙烯基苯离子排斥色谱柱不宜用于芳香羧酸的分离，因为固定相和羧酸的芳香环π-π相互作用，使芳香羧酸被强保留在柱上而难以洗脱。

表11-2  几种苯乙烯-二乙烯基苯离子排斥色谱柱的固定相性质

流动相离子色谱法的固定相是交联度为55%的乙基乙烯基苯-二乙烯基苯聚合物大孔树脂，无离子交换功能基，在pH=0～14稳定，允许流动相中含有酸碱和有机溶剂，可用于阴离子和阳离子的分离。流动相离子色谱的选择性主要由流动相决定，受固定相的影响较小。

二、色谱柱长度的选择

色谱柱的长度影响理论塔板数，柱子越长柱效越高，分离效果越好。另外，色谱柱长度也影响柱交换容量。当样品中被测离子的浓度远小于其它离子的浓度时，推荐用长色谱柱以增加柱容量，但色谱柱过长又增加保留时间。所以在满足分离要求和检测灵敏度的条件下，尽量用较短的色谱柱。

三、洗脱液的选择

抑制型高效离子色谱法中，在固定相选定之后，洗脱液的选择对控制和改善分离度起着很重要作用。洗脱液必须具备两个条件：①能从色谱柱树脂上置换待测离子，即洗脱离子和待测离子的选择性系数接近或稍大；②能发生抑制柱反应，反应产物为电导很低的弱电解质或水。

阴离子分析的洗脱液一般为弱酸盐，弱酸的pKa需大于6，包括Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH、Na₂B₄O₇、酚盐、氨基酸等。选择洗脱液的规则是：弱保留的阴离子如F^-、H₂PO₃^-、IO₃^-等，一般选弱的洗脱液，如Na₂B₄O₇、NaOH、NaHCO₃。中等保留的阴离子如NO₃^-、Br^-、SO₄^2-、PO₃^3-等，一般选用中等强度的洗脱液，如H₂NCH(R)COOH/NaOH、NaHCO₃/Na₂CO₃。强保留的阴离子如I^-、SCN^-、ClO₄^-等，一般用中等强度的NaHCO₃/Na₂CO₃洗脱液，并在其中加入一些极性有机溶剂如甲醇、乙醇或对氰酚等，缩短这些组分的保留时间和改善分离效果。

分析碱金属、铵和小分子脂肪胺等一价阳离子时，洗脱液常用HCl或HNO₃的稀溶液，浓度为2～40mmol/L。二价阳离子对树脂的亲和力较大，必须用较高浓度的无机酸才能将它们洗脱下来，这就缩短了抑制柱的再生周期和使用寿命，并加重对仪器不锈钢部件的腐蚀，因此，HCl和HNO₃不适合作二价离子的洗脱液。碱土金属离子常用二氨基丙酸、乙二酸、柠檬酸等有机洗脱液，其中2,3-二氨基丙酸和HCl的混合溶液洗脱效果较好。

另外，洗脱液的浓度和pH也影响洗脱能力，浓度增大洗脱能力增强，弱酸阴离子和弱碱阳离子受pH的影响较大。

流动相离子色谱法中洗脱液的主要作用是改变溶液的pH值，控制弱酸的离解。因此，洗脱液的pH是影响弱酸保留的主要因素，pH值越小，弱酸的保留时间越长。最简单的洗脱液是去离子水，主要用于碳酸盐的分析。对有机酸的分离，常用的洗脱液是无机酸，如HCl、H₂SO₄或HNO₃，有时在洗脱液中加入少量有机溶剂，如乙腈、丙醇或乙醇，以减弱它们的保留。另一类洗脱液是烷基磺酸和全氟代羧酸，如辛烷磺酸、全氟代丁酸、全氟代庚酸等。抑制型电导检测时，酸的最高使用浓度一般为0.01mol/L，所以流动相离子色谱主要用于pKa值在1.5～7之间的有机弱酸的分析。此外，用抑制柱时，必须根据不同的抑制柱来选择洗脱液,一般纤维膜抑制柱用烷基磺酸为洗脱液，填充抑制柱用HCl为洗脱液。

四、洗医.学全在线脱液流速的选择

Giddings速率理论方程表明，理论塔板高度在非常低的流速时有较明显的增加，此后缓慢增加并趋于平稳，因此增加洗脱液流速能缩短保留时间而并不明显地降低柱效。但流速的增加还受色谱柱最大操作压力的限制。所以，在能满足分离度要求的情况下，尽量增大洗脱液流速，缩短分析时间，一般小于1ml/min。在对树脂亲和力差别较大的多离子检测中，用梯度洗脱更为合适。

第四节  离子色谱法的应用

离子色谱法的优势主要体现在对无机阴离子的分析，也可用于无机阳离子、有机酸碱、糖类、氨基酸和蛋白质等化合物的分析。能用离子色谱法测定的无机阴阳离子以及有机化合物已达200多种，广泛地应用于预防医学、环境监测、卫生检验、药物分析、生命科学、石油化工、电力工业等各个领域。

1．水中无机阴离子的测定  美国国家环境保护局（EPA)将高效离子色谱法作为饮用水和废水中阴离子测定的标准方法。采用AS14色谱柱，洗脱液为 4.8mmol/LNa₂CO₃ 和 0.6mmol/L NaHCO₃的混合溶液，流速为1.5ml/min，使用抑制型电导检测。样品经0.2μm微孔滤膜过滤，取10～20μl滤液进样分析。阴离子混合标准溶液的离子色谱图见图11-5。

图 11-5  阴离子混合标准溶液的离子色谱图

2.血清钾、钠、钙、镁离子的分析  高效离子色谱法可作为血清钾、钠、钙、镁离子测定的标准方法。采用CS12A色谱柱，洗脱液为18mmol/L甲烷磺酸，流速为1.0ml/min，使用抑制型电导检测，CSRS循环模式。样品用2mol/LHCl稀释100倍左右，平衡2h，再用0.5μm微孔滤膜过滤，滤液经适当稀释后进样25μl。阳离子混合标准溶液的离子色谱图见图11-6。

图 11-6  阳离子混合标准溶液的离子色谱图

3.果汁、饮料和番茄汁中有机酸的分析  食品中的有机酸可采用高效离子排斥色谱法测定。色谱柱用ICE-AS6，洗脱液是 0.4mmol/L全氟丁酸，流速 1.0ml/min，抑制型电导检。样品稀释50～100倍，用0.5μm微孔滤膜过滤，取25μl滤液进样分析。有机酸混合标准溶液的离子色谱图见图11-7。

图11-7  有机酸的离子色谱图

1―草酸；2―酒石酸；3―柠檬酸；4―羟基丁二酸；5―羟基乙酸；6―甲酸；7―乳酸；8―α羟基丁酸；9―乙酸；10―丁二酸；11―富马酸；12―丙酸；13―戊二酸

（张丽萍 和彦苓)