一、目的和要求

(1) 学习离子色谱法的基本原理及其操作方法。

(2）掌握离子色谱法的定性和定量分析方法。

二、原理

离子色谱法是在经典离子交换色谱法的基础上发展起来的，这种色谱法以阴离子或阳离子交换树脂为固定相，电解质溶液为流动相（洗脱液）。在分离阴离子时，常用NaHCO₃-Na₂ CO3的棍合液或Na2 CO3溶液作洗脱液；在分离一阳离子时，常用稀盐酸或稀硝酸溶液作洗脱液。待测离子对离子交换树脂亲和力不同，致使它们在分离柱内具有不同的保留时间而得到分离。此法常使用电导检测器进行检测。为消除洗脱液中强电解质电导对检测的干抚，在分离柱和检侧器之间串联一根抑制柱，从而变为双柱型离子色谱法。

双柱型离子色谱仪流程示意图。它由高压恒流泵、高压六涌拼样阀、分离柱、抑制柱、再生泵及电导检测器和记录仪等组成。充样时试液被截留在定量管内，当高压六通进样阀转向进样时，洗脱液由高压恒流泵输入定量管，试液被带入分离柱。在分离柱中发生如下交换过程：

                    交换

R—HCO₃＋MX——RX + MHCO₃

                    洗脱

式中：R代表离子交换树脂。

洗脱液不断流过分离柱，使交换在阴离子交换树脂上的各种阴离子Xn-被洗脱，发生洗脱过程。各种阴离子在不断进行交换及洗脱过程中，由于亲和力不同，交换和洗脱过程有所不同，亲和力小的离子先流出分离柱，而亲和力大的离子后流出分离柱，因而各种不同离子得到分离。

在使用电导检测器时，当待测阴离子从柱中被洗脱而进入电导池时，要求电导检测器能随时检测出洗脱液中电导的改变，但因洗脱液中HCO3-、CO2-3的浓度要比试样阴离子浓度大得多，与洗脱液本身的电导值相比，试液离子电导贡献显得微不足道。因而电导检测器难以检测出由试液离子浓度变化所导致的电导变化。若使分离柱流出的洗脱液通过填充有高容量H＋型阳离子交换树脂柱（抑制柱），则在抑制柱上将发生如下交换反应：

R——H⁺＋Na⁺+ HCO₃^-→R—Na2＋H2CO3

2R——H⁺＋Na2+CO^2-₃→2R—Na2^＋＋ H2CO3

R——H⁺+ M⁺ X^-→R——M⁺+ HX

可见，从抑制柱流出的洗脱液中Na2CO3、NaHCO3已被转变成电导率很小的H2CO3，消除了本底电导率的影响，而且试样阴离子X-也转变成相应酸的阴离子。由于H＋淌度是金属离子M＋的7倍，因此使试样中离无电导率测定得以实现。

除上述填充阳离子交换树脂抑制柱外，还有纤维状带电膜抑制柱、中空纤维管抑制柱、电渗析离子交换膜抑制器、薄膜型抑制器等多种。它们的抑制机理虽有不同，但共同点都是消除洗脱液本底电导率的干扰，其中，电渗析离子交换膜抑制器除去了双柱型离子色谱仪中的抑制柱、再生泵、高压六通阀及其输液流路系统，成为不需再生操作即能达到抑制本底电导率的新型离子色谱仪，大大简化了仪器流程。

离子色谱法具有高效、高速、高灵敏和选择性好等特点，因此广泛应用于环境监测、化工、生物化学、食品、能源等各领域中的无机阴、阳离子和有机化合物的分析中。此外，离子色谱法还能应用于分析离子价态、化合形态和金属络合物等。

三、仪器与试剂

(1) 离子色谱仪。

(2）超声波发生器。

(3) 100μL微量进样器。

(4) NaF、KCl、NaBr、K2SO4、NaNO2、NaH2PO4、NaNO3、Na2CO3、NaHCO3、H3 BO3、浓H2SO4等均为优级纯。

(5) 纯水。经0.45μm微孔滤膜过滤去离子水，其电导率小于5μS/cm。

(6) 7种阴离子标准储备液的制备。分别称取适量的NaF、KCl、NaBr、K2SO4(105℃下烘干2h保存在干燥器内）、NaNO2、NaH2 PO4、NaNO3（干燥器内干燥24h以上）溶于水中，分别转移到1000mL容量瓶中，然后各加入10. 00mL洗脱储备液，并用水稀释至标线，摇匀备用。7种标准储备液中各阴离子的浓度均为1. 00mg/mL。

7种阴离子的标准混合使用液的配制。分别吸取上述7种标准储备液（体积如表1-14-1所示）加入一只500mL容量瓶中。

在同一只500mL容量瓶中，加入5. 00mL洗脱储备液，然后用水稀释至标线，摇匀，该标准混合使用液中各阴离子浓度如表1-14-2所示。

(7）洗脱储备液（NaHCO3-Na2CO3）的配制。分别称取26.04g NaHCO3和25. 44g Na2 CO3（于105℃下烘干2h，并保存在干燥器内）溶于水中，并转移到一只1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。该洗脱储备液中，NaHCO3的浓度为0.31mol/L, Na2CO3浓度为0. 24mol/L。

(8）洗脱使用液（洗脱液）的配制。吸取上述洗脱储备液10. 00mL于1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀，用0.45μm微孔滤膜过滤，即得0. 0031mol/LNaHCO3-0. 0024mol/L Na2CO3洗脱液，备用。

(9）抑制液（0. lmol/L H2SO、和0. lmol/L H3BO3混合液）的配制。称取6. 2g H3 BO3于1000mL烧杯中，加入约800mL纯水溶解，缓慢加入5. 6mL浓H2SO4，并转移到1000mL容量瓶中，用纯水稀释至标线，摇匀。

(10）实验条件（可根据仪器设备选择）。

① 分离柱：φ4mmX300mm柱内填粒子为φ10μm阴离子交换树脂。

② 抑制剂：电渗析离子交换膜抑制器，抑制电流48mA。

③ 洗脱液：NaHCO3-Na2CO3经超声波脱气，流量为2. 0mL/min。

④ 柱保护液：(3%)15g H3BO3溶解于500mL纯水中。

⑤ 电导池：5极。

⑥ 主机量程：50μS。

⑦ 记录仪：量程1 mV，纸速120mm/h。

⑧ 进样量：100μL。

四、实验步骤

(1) 吸取上述7种阴离子标准储备液各0. 50mL，分别置于7只50mL容量瓶中，各加入洗脱储备液0. 05mL，加水稀释至标线，摇匀，即得各阴离子标准使用液。

(2）根据实验条件，将仪器按照仪器操作步骤调节至可进样状态，待仪器上液路和电路系统达到平衡后，记录仪基线呈一直线，即可进样。

(3）分别吸取100KL混合阴离子标准使用液进样，记录色谱图。各重复进样两次。

(4）工作曲线的绘制。分别吸取阴离子标准混合使用液1. 00mL、2. 00mL、4. 00mL、6. 00mL、8. 00mL于5只l0mL容量瓶中，各加入0. 1mL洗脱储备液，然后用水稀释到标线，摇匀，分别吸取100μL进样，记录色谱图，重复进样两次。

(5) 取未知水样99. 00mL，加1. 00mL洗脱储备液，摇匀，经0. 45μm微孔滤膜过滤后，取100 μL按同样实验条件进样，记录色谱图，重复进样两次。

五、数据处理

(1) 测量各阴离子使用液色谱峰的保留时间tR。

(2) 测量标准混合使用液色谱图中各色谱峰的保留时间tR（与表1-14-3中tR比较，确定各色谱峰属何种组分）与峰面积A及面积平均值（色谱数据处理机会自动输出这些数据，如仅有记录仪，则需要手工测量tR、半峰宽Y1/2与峰高h，并计算A）。

(3) 由测得的各组分A作峰面积与浓度（A-c）的工作曲线。

(4）确定未知水样色谱图中各色谱峰所代表的组分，并计算峰面积A，在相应的工作曲线上找出各组分的含量，或者将各组分色谱峰数据输入计算机，分别求出各组分含量。若配有色谱数据处理机，也可打印出水样中各离子浓度。

六、注意事项

(1) 因离子色谱柱较昂贵，应注意保护色谱柱，每次使用完，将色谱柱用去离子水（或洗脱液）冲洗干净。

(2）待测水样不应是严重污染的水样，否则应经过前处理，以免污染色谱柱。

(3）洗脱液需经超声波脱气。