離子色譜的原理及系統介紹

　　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）。用于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種分離方式各基于不同分離機理。HPIC的分離機理主要是離子交換，HPIEC主要為離子排斥，而MPIC則是主要基于吸附和離子對的形成。

　　離子交換色譜

　　高效離子交換色譜，應用離子交換的原理，采用低交換容量的離子交換樹脂來分離離子，這在離子色譜中應用最廣泛，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堿性陰離子交換樹脂，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，以便于快速達到交換平衡，離子交換樹脂耐酸堿可在任何pH范圍內使用，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。

　　硅質鍵合離子交換劑以硅膠為載體，將有離子交換基的有機硅烷與基表面的硅醇基反應，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，缺點是不耐酸堿、只宜在pH2-8范圍內使用。

　　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，制成離子排斥色譜主要用于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。它主要采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硅膠(ODS)，也有用C8硅膠或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，并能與之生成疏水性離子，對化合物的表面活性劑離子，用于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，用于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，此法主要用于疏水性陰離子以及金屬絡合物的分離，至于其分離機理則有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的流動相要求耐酸堿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銹鋼材料，而是用耐酸堿腐蝕的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制成功，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、脈沖安培和積分安培；光化學檢測器包括紫外-可見和熒光。

　　隨著離子色譜的廣泛應用，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、柱后衍生光度法；5、電化學法；6、與元素選擇性檢測器聯用法。

　　應用范圍

　　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，可廣泛應用于飲用水水質檢測、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制品的質量控制。特別由于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應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采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，所不同的是采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復雜的離子，目較成熟的應用包括：

　　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、尸胺等成分，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。在食品工業中的應用尤其廣泛。