离子色谱的基本原理介绍

    离子色谱法基本常用术语的定义与HPLC是相同的，仍然用柱色谱理论的形式形象地描述色谱峰的迁移和扩展。离子色谱依据分离方式的不同主要分为高效离子交换色谱(HPIC)、离子排斥色谱(HPIEC)和离子对色谱（MPIC)三种，这三种的分离机理主要都是离子交换。

 

    这三种离子色谱分离柱的柱填料的交换树脂骨架都是采用苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但每种方式中交换树脂的离子交换容量和功能各不相同。HPIC使用低容量的离子交换树脂，基于离子交换的分离机理；HPIEC使用高容量的离子交换树脂，基于离子排斥的分离机理；MPIC使用不含离子交换基团的多孔树脂，其交换机理主要是离子之间的吸附和离子对的形成。

 

    离子色谱基本原理

 

    离子交换色谱主要用来分离亲水性阴、阳离子。它的分离机理是基于流动相中的溶质离子与离子交换树脂上带有相同电荷的可离解的离子之间进行的可逆性交换，由于离子交换树脂上不同的离子对交换剂具有不同的吸附选择性而逐渐被分离。

 

    离子交换模式最典型的形式就是固定相上用于交换的反离子（或称平衡离子）与样品溶液中的待测离子之间直接进行离子交换。如为了测定分析水中是否含有F-,Cl-,SO42-，选用NaOH作为淋洗液。首先使用NaOH淋洗液平衡阴离子交换分离柱，即阴离子交换分离柱上的阴离子被OH-置换，再打开进样阀进行进样，这时高压泵推动淋洗液，携带样品水进入分离柱。

 

    样品水中含有的F-,Cl-,SO42-阴离子将柱上的OH-置换下来，然后淋洗液中的OH-又将分离柱上的F-,Cl-,SO42-从柱上洗脱下来，如此反复进行，对固定相上阴离子交换树脂亲和力较弱的阴离子（如Cl-）较容易洗脱下来，其通过柱子的时间就短，而对固定相上阴离子交换树脂亲和力强的离子（如SO42-）较难洗脱下来，通过柱子的时间就长，这样就使样品水中的F-,Cl-、SO42-阴离子得到分离。洗脱液经过分离柱后，先经过抑制器再进入电导池进行电导检测。在非抑制型离子色谱中，洗脱液是不经过抑制器而直接进入电导池的。

 

    离子交换色谱的离子交换树脂固定相具有能够固定电荷的功能基。一般离子交换树脂固定相的功能基在阴离子交换色谱中是季铵阳离子，在阳离子交换色谱中是羧酸根阴离子和磷酸根阴离子。

 

    流动相（洗脱液）在离子交换柱中进行离子交换时不断提供平衡离子（淋洗液中的淋洗离子），这种平衡离子与固定相离子交换位置具有相同电荷的离子进行交换，以库仑力与固定相离子交换位置具有相反电荷的离子结合，并保持电荷平衡。平衡离子（淋洗离子）在进样之后与样品中相同电荷的离子对固定相上的电荷位置进行竞争。当样品离子竞争到固定相上的离子交换位置时，样品离子与固定相电荷之间以库仑力相结合，则暂时被固定相保留。同时被保留的样品离子又会被平衡离子（淋洗离子）所置换，并从柱子中洗脱下来。

 

    固定相电荷与样品中不同离子之间的库仑结合力不同，则被固定相保留的样品离子的程度也不同。例如，使用NaOH作为淋洗液进入阴离子交换分离柱时，OH-以库仑力全部与树脂上带正电荷的季铵离子（树脂功能基）相结合。样品进样之后，其中的Cl和SO42-等阴离子在分离柱中与之前和季铵离子结合的淋洗液阴离子OH-发生离子色谱交换而达到动态平衡，当然这种平衡是可逆性的，如式（8-1)、式（8-2)所示。