離子色譜是一種強大且靈敏的分析技術(shù)。基于離子交換分離和抑制型電導(dǎo)檢測的核心原理是正確應(yīng)用的基礎(chǔ)。
要獲得可靠、穩(wěn)定和重復(fù)性好的數(shù)據(jù)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和維護保養(yǎng)是絕對關(guān)鍵的。這涵蓋了從樣品前處理、試劑純度、環(huán)境控制，到儀器操作、日常維護等環(huán)節(jié)。養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣并建立完善的維護計劃，是保障離子色譜系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行和分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠的不二法門。
一、 離子色譜（IC）原理
離子色譜是一種高效液相色譜（HPLC）技術(shù)，專門用于分離和檢測水溶液中陰陽離子和部分極性小分子。其核心原理基于離子交換和電導(dǎo)檢測：
1.分離原理：離子交換
固定相：色譜柱內(nèi)填充帶有固定電荷基團的樹脂（離子交換劑）。分離陰離子常用季銨基（+）樹脂，分離陽離子常用磺酸基（-）樹脂。
流動相（淋洗液）：通常是含有一定濃度離子（如碳酸鹽、氫氧化物、甲磺酸）的緩沖溶液。
分離過程： 樣品中的待測離子（如Cl?, Na?）注入系統(tǒng)后，隨淋洗液進入色譜柱。離子與樹脂上的固定電荷基團發(fā)生可逆的離子交換作用。不同離子由于電荷數(shù)、離子半徑、極化度以及與樹脂親和力的差異，在固定相上的保留時間不同：
親和力弱的離子先被淋洗下來（保留時間短）。
親和力強的離子后被淋洗下來（保留時間長）。
通過優(yōu)化淋洗液的組成、濃度、pH值和流速，可以實現(xiàn)復(fù)雜樣品中多種離子的有效分離。
2.檢測原理：電導(dǎo)檢測（主流）
分離后的離子依次流經(jīng)電導(dǎo)檢測池，溶液的電導(dǎo)率與其所含離子的種類和濃度成正比。
關(guān)鍵挑戰(zhàn)：淋洗液本身具有高電導(dǎo)率，會嚴(yán)重掩蓋待測離子的信號。
解決方案：抑制器技術(shù)，抑制器位于分離柱和檢測器之間。
作用： 降低淋洗液的背景電導(dǎo)率， 提高待測離子的電導(dǎo)響應(yīng)
結(jié)果： 顯著提高信噪比和檢測靈敏度。
離子色譜儀器原理
輸液泵將流動相以穩(wěn)定的流速(或壓力) 輸送至分析體系，在色譜柱之前通過進樣器將樣品導(dǎo)入，流動相將樣品帶入色譜柱，在色譜柱中各組分被分離，并依次隨流動相流至檢測器，抑制型離子色譜則在電導(dǎo)檢測器之前增加一個抑制系統(tǒng)，即用另一個高壓輸液泵將再生液輸送到抑制器，在抑制器中，流動相的背景電導(dǎo)被降低，然后將流出物導(dǎo)入電導(dǎo)檢測池，檢測到的信號送至數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄、處理或保存（見下圖）。
離子色譜儀使用注意事項
1、 流動相瓶中濾頭要注意始終處于液面以下，防止將溶液吸干。
2、 啟動泵前觀察從流動相瓶到泵之間的管路中是否有氣泡，如果有則應(yīng)將其排除。排除方法如下：先將與泵相連的塑料流路接頭擰下來，用洗耳球吸滿去離子水，從與泵段相連的流路管中注入，將流路管中的氣泡排除干凈。然后再將流動相瓶（一般為去離子水瓶）抬高，再將流路接頭與泵連接好。啟動泵，打開泵內(nèi)排氣閥選鈕，將泵內(nèi)氣泡排除干凈，一般觀察為流出液比較均勻，再將泵排氣閥擰緊。（注意：此項操作時，整個流路是與色譜柱斷開的）。
3、 用去離子水或流動相清洗整個流路時，可以采用大流量清洗（一般可將流量設(shè)置為2.0ml/min，但不能再太大）以縮短清洗時間，但在通流動相接色譜柱時需要將流量調(diào)整為色譜柱使用流量條件。
操作如下：先將泵停止，再按動正號或負(fù)號，將光標(biāo)調(diào)整至流量位置，按下確認(rèn)鍵，再通過調(diào)節(jié)正負(fù)號將流量調(diào)節(jié)至色譜柱使用條件后，再按確認(rèn)鍵。此時需要等待5s后再啟動泵開關(guān)。
接色譜柱時注意先將接頭在色譜柱前端抵上2-5s，將色譜柱前端氣泡排除后再將接頭擰緊。待色譜柱下端流出溶液后，在將色譜柱下端接頭擰上。（注意：接頭不能擰的太緊，防止將管路卡的太緊而造成系統(tǒng)壓力增大，擰的程度以不漏液為宜）。
4、 使用陰離子色譜柱檢測，通流動相時注意將電流旋鈕打開，調(diào)節(jié)至70±5mA，實驗完畢，在關(guān)閉高壓泵以前將電流關(guān)閉。
5、 進樣時閥的扳動要注意，不能太快，以免損傷閥體； 也不能太慢，以免造成樣品流失。在進樣過程中，要嚴(yán)格按清洗程序操作，以減小前次樣品殘留對本次檢測的影響。
離子色譜儀的維護
1、對泵的維護（1）每次儀器使用前，通水20min，用于清洗泵和整個流路。（2）每次實驗完畢，通水20min，將泵中殘留的流動相清洗干凈。（注意：此步非常重要，直接關(guān)系到泵的正常使用）（3）儀器長時間不用，一周得通去離子水一次。用于替換泵中已經(jīng)滋生了少量微生物的去離子水。去離子水如果長期放置，會促使少量微生物的繁殖，微生物容易粘附在泵內(nèi)的單向閥上。
2、對色譜柱的維護（1）進入色譜柱的樣品，均需要對其進行前處理。樣品中固體懸浮物、有機物和重金屬是影響色譜柱柱效的三大因素。固體懸浮物的消除：使用0.45或0.22微米孔徑的微孔濾膜將樣品過濾即可。有機物：固態(tài)樣品，其各檢測組份對高溫仍比較穩(wěn)定的，可以采用高溫灰化-淋洗液或去離子水浸取法將有機，直接IC檢測。液態(tài)樣品，可以采用22%雙氧水微波消解1.5h除去有機物后調(diào)節(jié)pH至中性，直接IC進樣檢測。（注意溶液濃度之間的換算）重金屬：可以將樣品流經(jīng)陽離子交換樹脂除去重金屬后直接IC進樣。（2）組份高含量樣品影響色譜柱柱效。高Cl-樣品的處理：將樣品通過Ag處理柱將Cl-除去后進樣或稀釋后進樣分析。高SO42-樣品的處理：將樣品通過Ba處理柱將SO42-除去后進樣或稀釋后進樣分析。（3）實驗操作完畢，色譜柱用淋洗液密封保存。
3、對抑制器的維護通陰離子淋洗液時將電流旋鈕打開，陰離子檢測完成關(guān)閉泵以前將電流旋鈕關(guān)閉。
離子色譜儀常見問題及解決辦法
1、電導(dǎo)檢測器常見故障
電導(dǎo)檢測器常見故障是檢測池被污染。
故障原因：污染物主要來源于沒有經(jīng)過適當(dāng)前處理的樣品，如濃度過高、復(fù)雜的樣品基體等。
2、分析泵常見故障
故障現(xiàn)象：基線的噪聲加大,色譜峰形變差(出現(xiàn)亂峰)。解決辦法：分析泵常見故障是泵內(nèi)產(chǎn)生氣泡和漏液。
3、抑制器使用中的常見故障與排除
抑制器在離子色譜儀中具有舉足輕重的作用。抑制器工作性能的好壞對分析結(jié)果有很大的影響。抑制器最常見的故障是漏液，使峰面積減?。`敏度下降）和背景電導(dǎo)升高。
（1）峰面積減小
造成峰面積減小的主要原因有：微膜脫水、抑制器漏液、溶液流路不暢和微膜被玷污。抑制器長期不用，會發(fā)生微膜脫水現(xiàn)象，為激活抑制器，可用注射器向陰離子抑制器內(nèi)以淋洗液流路相反的方向注入少許0.2mol/L的硫酸溶液。同時向再生液進口注入少許純凈水，并將抑制器放置半小時以上。抑制器內(nèi)玷污的金屬離子可以用草酸鈉清洗。
?。?）背景電導(dǎo)值高
在化學(xué)抑制型電導(dǎo)檢測分析過程中，若背景電導(dǎo)高，說明抑制器部分存在一定的問題。大多數(shù)是操作不當(dāng)引起的。例如淋洗液或再生液流路堵塞，系統(tǒng)中無溶液流動造成背景電導(dǎo)偏高或使用的電抑制器電流設(shè)置的太小等。膜被污染后交換容量下降亦會使背景電導(dǎo)升高。而失效的抑制器在使用時會出現(xiàn)背景電導(dǎo)持續(xù)升高的現(xiàn)象，此時應(yīng)更換一支新的抑制器。
?。?）漏液
抑制器漏液的主要原因是抑制器內(nèi)的微膜沒有充分水化。
因此，長時間未使用的抑制器在使用前應(yīng)讓微膜水溶脹后再使用。另外要保證再生液出口順暢，因此反壓較大時也會造成抑制器漏液。另外抑制器保管不當(dāng)造成抑制器內(nèi)的微膜收縮、破裂也會發(fā)生漏液現(xiàn)象。
4、由流動相到泵之間的管路中有氣泡，怎么排除？排除方法如下：先將與泵相連的塑料流路接頭擰下來，用洗耳球吸滿去離子水，從與泵段相連的流路管中注入，將流路管中的氣泡排除干凈。然后再將流動相瓶（一般為去離子水瓶）抬高，再將流路接頭與泵連接好。啟動泵，打開泵內(nèi)排氣閥選鈕，將泵內(nèi)氣泡排除干凈，一般觀察為流出液比較均勻，再將泵排氣閥擰緊。（注意：此項操作時，整個流路是與色譜柱斷開的）
5、泵單向閥堵塞會有哪些現(xiàn)象？怎么操作？在如果泵單向閥上粘上了微生物造成堵塞會造成泵吸液不上，明顯的現(xiàn)象是，在廢液管沒有流液或啟動泵時沒有液體流出或溶液流出速度很慢。
單向閥如果堵塞了，我們需要對其進行清洗，清洗方法如下：先將流路接頭和接頭1全部擰下，再將左側(cè)接頭2擰下，用鑷子將兩單向閥取出（在取單向閥時注意它是有方向的，在單向閥中有一個小圈圈，離小圈圈近的一端為液體的入口），放入50ml燒杯中，加入無水乙醇蓋過兩個單向閥，放入超聲波清洗30min，然后按照1：1的比例加入10％的HNO3（用無水乙醇稀釋），清洗5min后，用去離子水將單向閥沖洗干凈，將單向閥重新安裝到泵中。（注意：接頭不要擰的太緊，以免造成螺絲紋受損）
離子色譜儀案例介紹
01.水中常見陰陽離子測試對水中陰陽離子的監(jiān)測是水質(zhì)分析中的重要手段。常見陰離子有F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、PO43-和SO42-，常見陽離子有Li+、Na+、NH4+、K+、Ca2+和Mg2+。常見陰陽離子可通過一次性測試得到各個離子的含量，測試時間僅為18min；陰陽離子的測試儀器檢出限可達到50ppb。
圖3 水中常見7種陰離子的測試譜圖
圖4 水中常見6種陽離子的測試譜圖
02.有機相中的游離陰陽離子測試在實際生物制藥、材料工業(yè)和化工等工藝制作中不可避免存在有機試劑的添加，因此對有機試劑中的游離陰陽離子的監(jiān)測是分析材料制作工藝中物質(zhì)殘留的一重要手段。甬江實驗室配備的陰陽離子色譜儀可用于監(jiān)測有機試劑中殘留的陰陽離子，測試時間僅需18min，測試檢出限低至50ppb。
圖5 甲醇溶解氯化鈉的陰離子測試譜圖
圖6 甲醇溶解氯化鈉的陽離子測試譜圖
03.鹵素元素及硫元素含量的測定鹵素化合物（含氟/氯/溴/碘等）大多難以降解，會在環(huán)境中長期積累，對土壤、水源和空氣等造成嚴(yán)重污染；硫元素的大量累積會形成酸雨等，導(dǎo)致臭氧層空洞，進而增加紫外線對生態(tài)系統(tǒng)的危害等。因此監(jiān)控鹵素元素及硫元素的使用，減少這些有害物質(zhì)的排放也是企業(yè)滿足行業(yè)規(guī)范、提升市場競爭力的重要手段。甬江實驗室配備的IC陰-氧彈IC和CIC可用于監(jiān)測有機物中鹵素元素及硫元素含量，檢出限可達到2~50mg/L，對鹵族元素及硫元素的監(jiān)控提供了良好的測試手段。
圖7 膠帶中的氟元素含量的測試譜圖（IC陰-氧彈IC）
圖8 催化劑中的鹵素及硫元素含量的測試譜圖（CIC）
04.干擾離子的分離測定離子色譜儀的檢測器一般為安培或電導(dǎo)檢測器，對測試離子的定性定量存在誘導(dǎo)的可能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)離子誤判時，可通過其他方法驗證元素后，再調(diào)整儀器測試方法進行離子分離。如圖9，初次測試時認(rèn)為樣品中含有較高硫酸根離子，但結(jié)合工藝討論認(rèn)為硫酸根離子含量過高，通過測試硫的元素含量后發(fā)現(xiàn)，該離子可能是硫酸根離子的干擾離子；其后，通過在淋洗液中添加有機試劑的方法實現(xiàn)了兩種離子的分離，如圖10所示。通過在淋洗液中添加有機試劑實現(xiàn)了硫酸根干擾離子的排除，為后續(xù)硫酸根離子的測定提供了新的驗證方案。
圖9 IC陰測試?yán)鋮s液中的硫酸根離子含量的測試譜圖
圖10 IC陰對硫酸根離子及其干擾離子的分離測試譜圖
總結(jié)離子色譜儀作為精密儀器，在快速和微量分析方面具有強的有優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、化學(xué)工業(yè)、食品衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域。在使用離子色譜儀及維護保養(yǎng)設(shè)備過程中應(yīng)嚴(yán)格按照儀器說明書的要求，正確操作，注意加強定期維護和保養(yǎng)，建立完善的維修日志，及時總結(jié)維修經(jīng)驗，才能獲得理想的分析結(jié)果，減少故障率，延長設(shè)備使用壽命。
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