更新时间:2026-04-17
点击次数:
离子色谱仪(Ion Chromatograph)是一种用于分离和检测溶液中阴阳离子及极性物质的分析仪器,属于
对样品中的离子进行分离,并通过电导检测器等检测器进行定量分析。该仪器通常由高压输液泵、
、色谱柱、抑制器、检测器和数据处理系统等核心部件组成,其中抑制器能有效降低背景电导,显著提高检测灵敏度。
广泛应用于环境监测(如水质分析)、食品安全、制药、化工及新能源材料等领域的离子定性与定量分析。自20世纪70年代诞生以来,该技术不断向在线化、便携化及与质谱联用等方向发展。
技术起源于1975年,由美国Dow化学公司的H.Small等人首先提出了离子交换分离抑制电导检测分析思维,即离子色谱概念。
该技术随后迅速被商品化,由Dow公司组建的Dionex公司最早生产离子色谱并申请了专利。
约在1981年,戴安(Dionex)公司发布了世界第一台商品化离子色谱仪。
我国从20世纪80年代开始引进离子色谱仪器,并在“八五”、“九五”国家科技攻关项目中均列有离子色谱国产化的项目,对其进行了重点技术攻关。
在国际首台商品化离子色谱仪问世后不久,1983年6月国产第一代离子色谱仪也诞生了。
自20世纪80年代以来国产离子色谱技术也取得了显著的成就,产品不断的升级换代,性能也越来越好,出现了在线、便携式化以及与质谱、光谱联用的离子色谱仪。
此后,以J.S.Fritz等人为代表的学者提出了采用低容量色谱柱和弱酸淋洗液的“非抑制型离子色谱”(又称单柱型离子色谱)。
到20世纪80年代初,离子色谱已被广泛认同,其销售量每年以15%以上的速度递增。
美国化学文摘及英国的分析化学文摘将其独立分类,国际上每年召开国际离子色谱学术会议,国内也定期召开全国性会议。
离子色谱技术已成功应用于多项国家标准,例如《水质 无机阴离子的测定 离子色谱法》(HJ 84-2016),成为
分离的原理是基于离子交换树脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子之间进行的可逆交换和分析物溶质对交换剂亲和力的差别而被分离。适用于亲水性阴、阳离子的分离。
例如几个阴离子的分离,样品溶液进样之后,首先与分析柱的离子交换位置之间直接进行离子交换(即被保留在柱上),如用NaOH作淋洗液分析样品中的F-、Cl-和SO42-,保留在柱上的阴离子即被淋洗液中的OH-基置换并从柱上被洗脱。对树脂亲和力弱的分析物离子先于对树脂亲和力强的分析物离子依次被洗脱,这就是离子色谱分离过程,淋出液经过化学抑制器,将来自淋洗液的背景电导抑制到最小,这样当被分析物离开进入电导池时就有较大的可准确测量的电导信号。
和一般的HPLC 仪器一样, 离子色谱仪一般也是先做成一个个单元组件, 然后根据分析要求将各所需单元组件组合起来。最基本的组件是流动相容器、高压输液泵、进样器、色谱柱、检测器和数据处理系统。此外,可根据需要配置流动相在线脱气装置、自动进样系统、流动相抑制系统、柱后反应系统和全自动控制系统等。
离子色谱仪的工作过程是: 输液泵将流动相以稳定的流速( 或压力) 输送至分析体系, 在色谱柱之前通过进样器将样品导入, 流动相将样品带入色谱柱, 在色谱柱中各组分被分离, 并依次随流动相流至检测器, 抑制型离子色谱则在电导检测器之前增加一个抑制系统, 即用另一个高压输液泵将再生液输送到抑制器, 在抑制器中, 流动相的背景电导被降低, 然后将流出物导入电导检测池, 检测到的信号送至数据系统记录、处理或保存。非抑制型离子色谱仪不用抑制器和输送再生液的高压泵, 因此仪器的结构相对要简单得多, 价格也要便宜很多。
将样品导入,流动相将样品带入色谱柱,在色谱柱中各组分被分离,并依次随流动相流至
。抑制型离子色谱则在电导检测器之前增加一个抑制系统,即用另一个高压输液泵将再生液输送到抑制器。在抑制器中,流动相背景电导被降低,然后将流动出物导入电导池,检测到的信号送至数据处理系统记录、处理或保存。非抑制型离子色谱仪不用抑制器和输送再生液的高压泵,因此仪器结构相对比较简单,价格也相对比较便宜。
主要用于环境样品的分析,包括地面水、饮用水、雨水、生活污水和工业废水、酸沉降物和大气颗粒物等样品中的阴、阳离子,与微电子工业有关的水和试剂中痕量杂质的分析。
离子色谱仪分离测定常见的阴离子是它的专长,一针样品打进去,约在20分钟以内就可得到7个常见离子的测定结果,这是其他分析手段所无法达到的,关于阳离子的测定
离子色谱分离主要是应用离子交换的原理,采用低交换容量的离子交换树脂来分离离子,它在离子色谱中应用最广泛,其主要填料类型为
离子对色谱的固定相为疏水型的中性填料,用于阴离子分离的对离子是烷基胺类,如氢氧化四丁基铵、氢氧化十六烷基三甲烷等。用于阳离子分离的对离子是烷基磺酸类,如
离子排斥色谱,主要根据Donnon膜排斥效应:电离组分受排斥不被保存,而弱酸则有一定保存的原理制成。离子排斥色谱主要用于分离有机酸以及无机含氧酸根,如硼酸根、碳酸根和硫酸根、有机酸等。
离子色谱仪的分类方式多样。除了按分离原理划分外,常见的分类还包括:根据是否使用抑制器,可分为抑制型(双柱型)离子色谱和非抑制型(单柱型)离子色谱
(HPIC)、常规离子色谱,以及采用免试剂淋洗液发生(RFIC-EG)技术的系统等
主流离子色谱仪的泵流速范围通常为0.00-10.00 mL/min(如ICS-5000+、ICS-6000)或0.00-5.00 mL/min(如Inuvion系统),流量精密度通常
。柱温箱工作温度范围通常为10-70℃(如ICS-5000+、ICS-6000),部分型号为10-60℃(如Inuvion系统)
,系统最高工作压力可达35 MPa (5000 psi) 或更高(如ICS-6000 HPIC系统可达6000 psi)
主要厂商包括赛默飞世尔(Thermo Fisher Scientific)和瑞士万通(Metrohm)等
。赛默飞世尔Dionex系列产品包括ICS-6000 HPIC高压离子色谱系统、ICS-5000+高压双系统离子色谱、Integrion HPIC高压离子色谱系统、Aquion系列紧凑型平台以及Inuvion IC系统
。瑞士万通系列产品包括940系列谱峰思维智能离子色谱系统、930系列集成型智能离子色谱系统以及ECO IC经济型离子色谱系统
,其自动化方案可配备如919 IC Autosampler plus、858 Professional Sample Processor等全自动样品处理系统
关键部件规格方面,淋洗液发生器(EGC)的流速范围通常为0.10–3.00 mL/min,最大工作压力为35 MPa (5000 psi)
(ADRS 600, 4 mm)可达200 μeq/min,阳离子抑制器(CDRS 600, 4 mm)可达100 μeq/min
(ED,含安培检测)、紫外/可见检测器(VWD/PDA)以及质谱(MS)检测器