離子色譜是高效液相色譜的一種，故又稱高效離子色譜(HPIC)或現(xiàn)代離子色譜，其有別于傳統(tǒng)離子交換色譜柱色譜的主要是樹脂具有很高的交聯(lián)度和較低的交換容量，進(jìn)樣體積很小，用柱塞泵輸送淋洗液通常對(duì)淋出液進(jìn)行在線自動(dòng)連續(xù)電導(dǎo)檢測(cè)。

其主要用于環(huán)境樣品的分析，包括地面水、飲用水、雨水、生活污水和工業(yè)廢水、酸沉降物和大氣顆粒物等樣品中的陰、陽離子，與微電子工業(yè)有關(guān)的水和試劑中痕量雜質(zhì)的分析。

離子色譜儀的系統(tǒng)構(gòu)成由淋洗液系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、色譜泵系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、流路系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、化學(xué)抑制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。此外，可根據(jù)需要配置流動(dòng)相在線脫氣裝置、自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)、流動(dòng)相抑制系統(tǒng)、柱后反應(yīng)系統(tǒng)和全自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

? 淋洗液系統(tǒng)

離子色譜儀常用的分析模式為離子交換電導(dǎo)檢測(cè)模式，主要用于陰離子和陽離子的分析。常用陰離子分析淋洗液有OH根體系和碳酸鹽體系等，常用陽離子分析淋洗液有甲烷磺酸體系和草酸體系等。

淋洗液的一致性是保證分析重現(xiàn)性的基本條件。為保證同一次分析過程中淋洗液的一致性，在淋洗液系統(tǒng)中加裝淋洗液保護(hù)裝置，可以將進(jìn)入淋洗液瓶的空氣中的有害部分吸附和過濾，如CO2和H2O等。

? 檢測(cè)系統(tǒng)

離子色譜常用的檢測(cè)器是電導(dǎo)檢測(cè)器，其次是安培檢測(cè)器。

1、電導(dǎo)檢測(cè)器

電導(dǎo)檢測(cè)器是基于極限摩爾電導(dǎo)率應(yīng)用的檢測(cè)器，主要用于檢測(cè)無機(jī)陰陽離子、有機(jī)酸和有機(jī)胺等。由電導(dǎo)池、電子線路、變換靈敏度裝置和數(shù)字顯示裝置等組成，電導(dǎo)池是核心部分。電導(dǎo)池的基本結(jié)構(gòu)是在色譜柱流出液中放置兩個(gè)電極，然后通過電子線路測(cè)量溶液的電導(dǎo)值，檢測(cè)體積可達(dá)到微升甚至納升級(jí)。

當(dāng)向電導(dǎo)池的兩個(gè)電極施加電壓時(shí)，溶液中的陰離子向陽極移動(dòng)，陽離子向陰極移動(dòng)。電解質(zhì)溶液中的離子數(shù)目和離子的移動(dòng)速率決定溶液的電阻大小，離子的移動(dòng)速率取決于離子的電荷及其大小、介質(zhì)類型、溶液溫度和離子濃度。所施加的電壓可以是直流電壓，也可以是正弦波或方波電壓。當(dāng)施加的電壓確定后，可測(cè)量出電路中的電流值，即能測(cè)出電導(dǎo)值。

由于電導(dǎo)池中的等效電容的影響，施加到電導(dǎo)池上的電壓和電流之間的關(guān)系是非線性的，這給丈量電導(dǎo)值帶來很大困難。另外，活動(dòng)相中本底電導(dǎo)值很高，從較大的背景值中正確丈量待測(cè)組分的信號(hào)，也是電導(dǎo)檢測(cè)中的重要題目。目前采用較多的方法有：雙極脈沖化學(xué)抑制型電導(dǎo)檢測(cè)、五電極檢測(cè)和模擬信號(hào)交流鎖相放大等技術(shù)。

(1)雙極脈沖檢測(cè)器

采用可變頻率雙極脈沖化學(xué)抑制型電導(dǎo)檢測(cè)方式，在流路上設(shè)置兩個(gè)電極，通過施加脈沖電壓，在合適的時(shí)間讀取電流，進(jìn)行放大和顯示。容易受到電極極化和雙電層的影響。該檢測(cè)方式有效地抑制了電導(dǎo)池等效電容和活動(dòng)相本底電導(dǎo)的影響，測(cè)定靈敏度高，線性范圍寬，穩(wěn)定性好。

(2)四極電導(dǎo)檢測(cè)器

在流路上設(shè)置四個(gè)電極，在電路設(shè)計(jì)中維持兩測(cè)量電極間電壓恒定，不受負(fù)載電阻、電極間電阻和雙電層電容變化的影響，具有電子抑制功能(陽離子檢測(cè)支持直接電導(dǎo)檢測(cè)模式)。

(3)五極電導(dǎo)檢測(cè)器

采用五極電導(dǎo)丈量技術(shù)，在四極電導(dǎo)檢測(cè)模式中加一個(gè)接地屏蔽電極，大大提高了測(cè)量穩(wěn)定性，在高背景電導(dǎo)下仍能獲得低噪聲，具有電子抑制功能(陽離子檢測(cè)支持直接電導(dǎo)檢測(cè)模式)。能有效地消除雙電層電容和電解效應(yīng)的影響，在高背景電導(dǎo)下仍能獲得極低的噪聲水平，適合作非化學(xué)抑制型電導(dǎo)檢測(cè)器。

2、安培檢測(cè)器

安培檢測(cè)器是基于測(cè)量電解電流大小為基礎(chǔ)的檢測(cè)器，主要用于檢測(cè)具有氧化還原特性的物質(zhì)。

(1)直流安培檢測(cè)模式

主要用于抗壞血酸、溴、碘、氰、酚、硫化物、亞硫酸鹽、兒茶酚胺、芳香族硝基化合物、芳香胺、尿酸和對(duì)二苯酚等物質(zhì)的檢測(cè)。

(2)脈沖安培檢測(cè)模式

主要用于醇類、醛類、糖類、胺類(一二三元胺，包括氨基酸)、有機(jī)硫、硫醇、硫醚和硫脲等物質(zhì)的檢測(cè)。不可檢測(cè)硫的氧化物。

(3)積分脈沖安培檢測(cè)模式

為脈沖安培檢測(cè)的升級(jí)檢測(cè)模式，適用于檢測(cè)脈沖安培檢測(cè)的物質(zhì)。

? 色譜泵系統(tǒng)

1、材質(zhì)

離子色譜的淋洗液為酸、堿溶液，與金屬接觸會(huì)對(duì)其產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。如果選擇不銹鋼泵頭，腐蝕會(huì)導(dǎo)致色譜泵漏液、流量穩(wěn)定性差和色譜柱壽命縮短等。離子色譜泵頭應(yīng)選擇全PEEK材質(zhì)(色譜柱正常使用壓力一般小于20MPa)。

2、類型

(1)單柱塞泵。

(2)雙柱塞泵：串聯(lián)雙柱塞泵、并聯(lián)雙柱塞泵。

3、壓力脈動(dòng)消除方式

(1)電子脈動(dòng)抑制。

(2)脈沖阻尼器。

? 流路系統(tǒng)

采用色譜專用管路、接頭及其它連接部件，保證全塑無污染溶出，保證材料的可靠性和使用壽命。材料有PEEK管(高壓區(qū))、PTFE管、硅膠管(氣路或廢液用)、各種接頭和連接配件。

? 分離系統(tǒng)

分離系統(tǒng)是離子色譜的重要部件，也是主要耗材。

1、預(yù)柱

又稱在線過濾器，PEEK材質(zhì)，主要作用是保證去除顆粒雜質(zhì)。

2、保護(hù)柱

保護(hù)柱與分析柱填料相同，消除樣品中可能損壞分析住填料的雜質(zhì)。如果不一致，會(huì)導(dǎo)致死體積增大、峰擴(kuò)散和分離度差等。

3、分析柱

有效分離樣品組分。

? 化學(xué)抑制系統(tǒng)

抑制系統(tǒng)是離子色譜的核心部件之一，主要作用是降低背景電導(dǎo)和提高檢測(cè)靈敏度。抑制器的好壞關(guān)系到離子色譜的基線穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和靈敏度等關(guān)鍵指標(biāo)。

1、柱－膠抑制

采用固定短柱或現(xiàn)場(chǎng)填充抑制膠進(jìn)行抑制，不同的抑制柱交替使用，屬于間歇式抑制。

2、離子交換膜抑制

采用離子交換膜，利用離子濃度滲透的原理進(jìn)行抑制。需要配制硫酸再生液，系統(tǒng)需要配置氮?dú)饣騽?dòng)力裝置。

3、電解自再生膜抑制

利用電解水產(chǎn)生媒介離子和離子配合離子交換膜進(jìn)行抑制(理想選擇)。

? 進(jìn)樣系統(tǒng)

進(jìn)樣系統(tǒng)是將常壓狀態(tài)的樣品切換到高壓狀態(tài)下的部件。保證每次工作狀態(tài)的重現(xiàn)性是提高分析重現(xiàn)性的重要途徑。

1、進(jìn)樣閥

(1)材質(zhì)

與色譜泵類似，選擇全PEEK材質(zhì)的進(jìn)樣閥才能保證儀器的壽命和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)類型

手動(dòng)進(jìn)樣閥：進(jìn)樣一致性靠人，系統(tǒng)集成性差。

電動(dòng)進(jìn)樣閥：進(jìn)樣一致性較好，系統(tǒng)集成性高。

2、自動(dòng)進(jìn)樣器

進(jìn)樣一致性好，系統(tǒng)集成性好。

? 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

完成數(shù)據(jù)處理，聯(lián)通儀器。

離子色譜儀分離過程

以陰離子為例：

在色譜柱中，填充了無數(shù)的離子交換劑作為離子分離的固定相，固定相上吸附了很多陽離子。充滿色譜柱的流動(dòng)相為某種鹽的溶液，在沒有樣品進(jìn)入時(shí)，流動(dòng)相中的陰離子和固定相的陽離子保持平衡。樣品中含有兩種待分離陰離子，基中體積較大的A與固定相的正電荷作用力較大，而體積較小的B作用力小。在樣品進(jìn)入色譜柱后，陰離子A、B與流動(dòng)相陰離子一同前進(jìn)，三種離子不斷的交替占據(jù)與固定相陽離子相吸的位置；樣品陰離子A與正電荷的作用力較大因而移動(dòng)較慢，而B移動(dòng)較快，從而實(shí)現(xiàn)了分離。最終，因?yàn)榱鲃?dòng)相陰離子的數(shù)量有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，所以樣品陰離子A、B都分流出色譜柱，對(duì)在不同時(shí)間流出色譜柱，對(duì)在不同時(shí)間流出色譜柱的樣品離子進(jìn)行檢測(cè)，就可以知道樣品組分的種類與含量。

離子色譜類型

1、離子交換色譜

離子交換色譜以離子間作用力不同為原理，主要用于有機(jī)和無機(jī)陰、陽離子的分離。

2、離子排斥色譜

離子排斥色譜是利用溶質(zhì)和固定相之間的非離子性相互作用進(jìn)行分離的。它主要用于機(jī)弱酸和有機(jī)酸的分離，也可以用于醇類、醛類、氨基酸和糖類的分離。

3、離子對(duì)色譜

離子對(duì)色譜的分離機(jī)理是吸附、分離的選擇性主要由流動(dòng)相決定。該方法主要用于表面活性陰離子和陽離子以及金屬絡(luò)合物的分離。

離子色譜主要用途

離子色譜主要用于環(huán)境樣品的分析，包括地面水、飲用水、雨水、生活污水和工業(yè)廢水、酸沉降物和大氣顆粒物等樣品中的陰、陽離子，與微電子工業(yè)有關(guān)的水和試劑中痕量雜質(zhì)的分析。另外在食品、衛(wèi)生、石油化工、水及地質(zhì)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。

經(jīng)常檢測(cè)的常見離子有：

陰離子：F-、Cl-、Br-、NO2-、PO43-、NO3-、SO42-、甲酸、乙酸、草酸等。

陽離子：Li+、Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+等。

離子色譜儀分離測(cè)定常見的陰離子是它的專長(zhǎng)，一針樣品打進(jìn)去，約在20分鐘以內(nèi)就可得到七個(gè)常見離子的測(cè)定結(jié)果，這是其他分析手段所無法達(dá)到的，關(guān)于陽離子的測(cè)定離子色譜法與AAS和ICP法相比則未顯示出優(yōu)越性。

? 環(huán)境：大氣成分(粉塵、顆粒物、霧、酸氣)、酸雨、水質(zhì)分析；

? 食品：污染成分、添加劑、固有成分、摻假、生產(chǎn)過程監(jiān)控；

? 農(nóng)業(yè)：農(nóng)藥、肥料、土壤、飼料、糧食、植物分析；

? 醫(yī)學(xué)：血液、尿、輸液成分、臨床檢查、人體微量元素分析；

? 生物：蛋白質(zhì)分離純化；

? 制藥：植物藥材、礦物藥成分、制劑成分分析；

? 材料：金屬材料、半導(dǎo)體材料、表面處理、超純水分析；

? 工業(yè)：原料分析、產(chǎn)品質(zhì)量控制、電解電鍍液解析、造紙；

? 化工：原料和產(chǎn)品分析、反應(yīng)過程監(jiān)控；

? 日化：化妝品、洗滌劑、清潔劑、原料和產(chǎn)品成分分析。

總之，離子色譜作為一種快速、準(zhǔn)確、方便的分析工具，在食品行業(yè)和其他領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。