當(dāng)前所在頁面：離子色譜是實(shí)驗室常用設(shè)備之一，實(shí)驗人員對設(shè)備原理及維護(hù)進(jìn)行全面掌握，使用及操作過程中注意儀器的維護(hù)和保養(yǎng)，才能熟練掌握離子色譜分析技術(shù)，滿足不同行業(yè)的應(yīng)用需求。現(xiàn)以離子色譜儀為例，介紹并分析設(shè)備使用操作的注意事項及技巧。
離子色譜 (Ion Chromatography)是高效液相色譜（HPLC）的一種，是分析陰離子和陽離子的一種液相色譜方法。離子色譜法的定義是：利用被測物質(zhì)的離子性進(jìn)行分離和檢測的液相色譜法。 離子色譜法在上世紀(jì)70年代逐步發(fā)展起來的一種微量離子分析技術(shù)，在分析測定陰、陽離子、離子型化合物方面具有靈敏、快速、準(zhǔn)確度高、選擇多樣等優(yōu)點(diǎn)，獲得很多研究人員及技術(shù)人員的青睞，隨后離子色譜儀被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、石油化工、農(nóng)藥、食品生產(chǎn)等行業(yè)。 由于樣品組成及其濃度復(fù)雜，樣品物理形態(tài)多變，對離子色譜儀的正常分析測定造成影響，為此，在使用儀器前，應(yīng)安排專門人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)，對設(shè)備原理及維護(hù)進(jìn)行全面掌握，使用及操作過程中注意儀器的維護(hù)和保養(yǎng)，才能熟練掌握離子色譜分析技術(shù)，滿足不同行業(yè)的應(yīng)用需求。現(xiàn)以離子色譜儀為例，介紹并分析設(shè)備使用操作的注意事項及技巧。
一、離子色譜儀原理
離子色譜法是以低交換容量的離子交換樹脂為固定相對離子性物質(zhì)進(jìn)行分離, 用電導(dǎo)檢測器連續(xù)檢測流出物電導(dǎo)變化。
二、離子色譜類型
離子色譜可以分為三種類型：離子交換色譜、離子排斥色譜、離子對色譜。
1、離子交換色譜
高效離子交換色譜，應(yīng)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(yīng)用最廣泛，其主要填料類型為有機(jī)離子交換樹脂，以苯乙烯二乙烯苯共聚體為骨架，在苯環(huán)上引入磺酸基，形成強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂，引入叔胺基而成季胺型強(qiáng)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(jié)構(gòu)，以便于快速達(dá)到交換平衡，離子交換樹脂耐酸堿可在任何pH范圍內(nèi)使用，易再生處理、使用壽命長，缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差、易溶易脹、受有機(jī)物污染。
硅質(zhì)鍵合離子交換劑以硅膠為載體，將有離子交換基的有機(jī)硅烷與基表面的硅醇基反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合型離子交換劑，其特點(diǎn)是柱效高、交換平衡快、機(jī)械強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是不耐酸堿、只宜在pH2-8范圍內(nèi)使用。
2、離子排斥色譜
它主要根據(jù)Donnon膜排斥效應(yīng)，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(jī)酸以及無機(jī)含氧酸根，如硼酸根碳酸根和硫酸根有機(jī)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。
3、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(jī)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(qiáng)，在極性流動相中，往往加入一些有機(jī)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(luò)合物的分離，至于其分離機(jī)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。
三、離子色譜基本構(gòu)成
離子色譜儀主要包括由淋洗液系統(tǒng)、檢測系統(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。
1、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。
2、檢測系統(tǒng)
離子色譜最基本和常用的檢測器是電導(dǎo)檢測器，其次是安培檢測器。
（1）電導(dǎo)檢測器：
電導(dǎo)檢測器是基于極限摩爾電導(dǎo)率應(yīng)用的檢測器，主要用于檢測無機(jī)陰陽離子、有機(jī)酸和有機(jī)胺等。
雙極脈沖檢測器：在流路上設(shè)置兩個電極，通過施加脈沖電壓，在合適的時間讀取電流，進(jìn)行放大和顯示。容易受到電極極化和雙電層的影響。
四極電導(dǎo)檢測器：在流路上設(shè)置四個電極，在電路設(shè)計中維持兩測量電極間電壓恒定，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（陽離子檢測支持直接電導(dǎo)檢測模式）。
五極電導(dǎo)檢測器：在四極電導(dǎo)檢測模式中加一個接地屏蔽電極，極大提高了測量穩(wěn)定性，在高背景電導(dǎo)下仍能獲得極低的噪聲，具有電子抑制功能（陽離子檢測支持直接電導(dǎo)檢測模式）。
（2）安培檢測器：
安培檢測器是基于測量電解電流大小為基礎(chǔ)的檢測器，主要用于檢測具有氧化還原特性的物質(zhì)。
直流安培檢測模式：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、尿酸和對二苯酚等物質(zhì)的檢測。
脈沖安培檢測模式：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。不可檢測硫的氧化物。
積分脈沖安培檢測模式：為脈沖安培檢測的升級檢測模式，適用于檢測脈沖安培檢測的物質(zhì)。
3、離子色譜儀色譜泵系統(tǒng)
（1）材質(zhì)：
離子色譜的淋洗液為酸、堿溶液，與金屬接觸會對其產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。如果選擇不銹鋼泵頭，腐蝕會導(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：
單柱塞泵
雙柱塞泵：
1）串聯(lián)雙柱塞泵
2）并聯(lián)雙柱塞泵
3）壓力脈動消除方式：電子脈動抑制，脈沖阻尼器。
4、離子色譜儀流路系統(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。
5、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柱填料的雜質(zhì)。如果不一致，會導(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。
6、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)饣騽恿ρb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（zui佳選擇）。
7、離子色譜儀進(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：
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。
類型：手動進(jìn)樣閥：進(jìn)樣一致性靠人，系統(tǒng)集成性差。電動進(jìn)樣閥：進(jìn)樣一致性較好，系統(tǒng)集成性高。
（2）自動進(jìn)樣器：進(jìn)樣一致性最好，系統(tǒng)集成性最好。
8、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
完成數(shù)據(jù)處理，聯(lián)通儀器。
四、離子色譜儀的工作流程
高壓輸液泵將流動相以穩(wěn)定的流速(或壓力)輸送至分析體系，在色譜柱之前通過進(jìn)樣器將樣品導(dǎo)入，流動相將樣品帶入色譜柱，在色譜柱中各組分被分離，并依次隨流動相流至檢測器。抑制型離子色譜則在電導(dǎo)檢測器之前增加一個抑制系統(tǒng)，即用另一個高壓輸液泵將再生液輸送到抑制器。在抑制器中，流動相背景電導(dǎo)被降低，然后將流動出物導(dǎo)入電導(dǎo)池，檢測到的信號送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄、處理或保存。非抑制型離子色譜儀不用抑制器和輸送再生液的高壓泵，因此儀器結(jié)構(gòu)相對比較簡單，價格也相對比較便宜。
五、離子色譜儀使用注意事項
1、流動相瓶中濾頭要注意始終處于液面以下，防止將溶液吸干。
2、啟動泵前觀察從流動相瓶到泵之間的管路中是否有氣泡，如果有則應(yīng)將其排除。
排除方法如下：先將與泵相連的塑料流路接頭擰下來，用洗耳球吸滿去離子水，從與泵段相連的流路管中注入，將流路管中的氣泡排除干凈。然后再將流動相瓶（一般為去離子水瓶）抬高，再將流路接頭與泵連接好。啟動泵，打開泵內(nèi)排氣閥選鈕，將泵內(nèi)氣泡排除干凈，一般觀察為流出液比較均勻，再將泵排氣閥擰緊。（注意：此項操作時，整個流路是與色譜柱斷開的）
3、用去離子水或流動相清洗整個流路時，可以采用大流量清洗（一般可將流量設(shè)置為2.0ml/min，但不能再太大）以縮短清洗時間，但在通流動相接色譜柱時需要將流量調(diào)整為色譜柱使用流量條件。
操作如下：先將泵停止，再按動正號或負(fù)號，將光標(biāo)調(diào)整至流量位置，按下確認(rèn)鍵，再通過調(diào)節(jié)正負(fù)號將流量調(diào)節(jié)至色譜柱使用條件后，再按確認(rèn)鍵。此時需要等待5s后再啟動泵開關(guān)。
接色譜柱時注意先將接頭在色譜柱前端抵上2-5s，將色譜柱前端氣泡排除后再將接頭擰緊。待色譜柱下端流出溶液后，再將色譜柱下端接頭擰上。（注意：接頭不能擰的太緊，防止將管路卡的太緊而造成系統(tǒng)壓力增大，擰的程度以不漏液為宜）
4、使用陰離子色譜柱檢測，通流動相時注意將電流旋鈕打開，調(diào)節(jié)至70±5mA，實(shí)驗完畢，在關(guān)閉高壓泵以前將電流關(guān)閉。
5、進(jìn)樣時閥的扳動要注意，不能太快，以免損傷閥體；也不能太慢，以免造成樣品流失。在進(jìn)樣過程中，要嚴(yán)格按清洗程序操作，以減小前次樣品殘留對本次檢測的影響。
六、離子色譜儀的維護(hù)
1、對泵的維護(hù)
（1）每次儀器使用前，通水20min，用于清洗泵和整個流路。
（2）每次實(shí)驗完畢，通水20min，將泵中殘留的流動相清洗干凈。（注意：此步非常重要，直接關(guān)系到泵的正常使用）
（3）儀器長時間不用，一周得通去離子水一次。用于替換泵中已經(jīng)滋生了少量微生物的去離子水。去離子水如果長期放置，會促使少量微生物的繁殖，微生物容易粘附在泵內(nèi)的單向閥上。
2、對色譜柱的維護(hù)
（1）進(jìn)入色譜柱的樣品，均需要對其進(jìn)行前處理。樣品中固體懸浮物、有機(jī)物和重金屬是影響色譜柱柱效的三大因素。
固體懸浮物的消除：使用0.45或0.22微米孔徑的微孔濾膜將樣品過濾即可。
有機(jī)物：固態(tài)樣品，其各檢測組份對高溫仍比較穩(wěn)定的，可以采用高溫灰化-淋洗液或去離子水浸取法將有機(jī)，直接IC檢測。
液態(tài)樣品，可以采用22%雙氧水微波消解1.5h除去有機(jī)物后調(diào)節(jié)PH至中性，直接IC進(jìn)樣檢測。（注意溶液濃度之間的換算）
重金屬：可以將樣品流經(jīng)陽離子交換樹脂除去重金屬后直接IC進(jìn)樣。
（2）組份高含量樣品影響色譜柱柱效。
高Cl-樣品的處理：將樣品通過Ag處理柱將Cl-除去后進(jìn)樣或稀釋后進(jìn)樣分析。
高SO42-樣品的處理：將樣品通過Ba處理柱將SO42-除去后進(jìn)樣或稀釋后進(jìn)樣分析。
（3）實(shí)驗操作完畢，色譜柱用淋洗液密封保存。
3、對抑制器的維護(hù)
通陰離子淋洗液時將電流旋鈕打開，陰離子檢測完成關(guān)閉泵以前將電流旋鈕關(guān)閉。
七、離子色譜儀常見問題及解決辦法
1、電導(dǎo)檢測器常見故障
電導(dǎo)檢測器常見故障是檢測池被污染。
故障原因：污染物主要來源于沒有經(jīng)過適當(dāng)前處理的樣品，如濃度過高、復(fù)雜的樣品基體等。
2、分析泵常見故障
故障現(xiàn)象：基線的噪聲加大,色譜峰形變差(出現(xiàn)亂峰)。
解決辦法：分析泵常見故障是泵內(nèi)產(chǎn)生氣泡和漏液。
3、抑制器使用中的常見故障與排除
抑制器在離子色譜儀中具有舉足輕重的作用。抑制器工作性能的好壞對分析結(jié)果有很大的影響。抑制器最常見的故障是漏液，使峰面積減小（靈敏度下降）和背景電導(dǎo)升高。
（1）峰面積減小
造成峰面積減小的主要原因有：微膜脫水、抑制器漏液、溶液流路不暢和微膜被玷污。抑制器長期不用，會發(fā)生微膜脫水現(xiàn)象，為激活抑制器，可用注射器向陰離子抑制器內(nèi)以淋洗液流路相反的方向注入少許0.2mol/L的硫酸溶液。同時向再生液進(jìn)口注入少許純凈水，并將抑制器放置半小時以上。抑制器內(nèi)玷污的金屬離子可以用草酸鈉清洗。
（2）背景電導(dǎo)值高
在化學(xué)抑制型電導(dǎo)檢測分析過程中，若背景電導(dǎo)高，說明抑制器部分存在一定的問題。大多數(shù)是操作不當(dāng)引起的。例如淋洗液或再生液流路堵塞，系統(tǒng)中無溶液流動造成背景電導(dǎo)偏高或使用的電抑制器電流設(shè)置的太小等。膜被污染后交換容量下降亦會使背景電導(dǎo)升高。而失效的抑制器在使用時會出現(xiàn)背景電導(dǎo)持續(xù)升高的現(xiàn)象，此時應(yīng)更換一支新的抑制器。
（3）漏液
抑制器漏液的主要原因是抑制器內(nèi)的微膜沒有充分水化。
因此，長時間未使用的抑制器在使用前應(yīng)讓微膜水溶脹后再使用。另外要保證再生液出口順暢，因此反壓較大時也會造成抑制器漏液。另外抑制器保管不當(dāng)造成抑制器內(nèi)的微膜收縮、破裂也會發(fā)生漏液現(xiàn)象。
4、由流動相到泵之間的管路中有氣泡，怎么排除？
排除方法如下：先將與泵相連的塑料流路接頭擰下來，用洗耳球吸滿去離子水，從與泵段相連的流路管中注入，將流路管中的氣泡排除干凈。然后再將流動相瓶（一般為去離子水瓶）抬高，再將流路接頭與泵連接好。啟動泵，打開泵內(nèi)排氣閥選鈕，將泵內(nèi)氣泡排除干凈，一般觀察為流出液比較均勻，再將泵排氣閥擰緊。（注意：此項操作時，整個流路是與色譜柱斷開的）
5、泵單向閥堵塞會有哪些現(xiàn)象？怎么操作？
在如果泵單向閥上粘上了微生物造成堵塞會造成泵吸液不上，最明顯的現(xiàn)象是，在廢液管沒有流液或啟動泵時沒有液體流出或溶液流出速度很慢。
單向閥如果堵塞了，我們需要對其進(jìn)行清洗，清洗方法如下：
先將流路接頭和接頭1全部擰下，再將左側(cè)接頭2擰下，用鑷子將兩單向閥取出（在取單向閥時注意它是有方向的，在單向閥中有一個小圈圈，離小圈圈近的一端為液體的入口），放入50ml燒杯中，加入無水乙醇蓋過兩個單向閥，放入超聲波清洗30min，然后按照1：1的比例加入10％的HNO3（用無水乙醇稀釋），清洗5min后，用去離子水將單向閥沖洗干凈，將單向閥重新安裝到泵中。（注意：接頭不要擰的太緊，以免造成螺絲紋受損）
總結(jié)
離子色譜儀作為精密儀器，在快速和微量分析方面具有極強(qiáng)的有優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、化學(xué)工業(yè)、食品衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域。在使用離子色譜儀及維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備過程中應(yīng)嚴(yán)格按照儀器說明書的要求，正確操作，注意加強(qiáng)定期維護(hù)和保養(yǎng)，建立完善的維修日志，及時總結(jié)維修經(jīng)驗，才能獲得理想的分析結(jié)果，減少故障率，延長設(shè)備使用壽命。
