离子色谱法分析常见阴离子：环境现代仪器实验

一、实验目的

掌握离子色谱（IC）分离的基本原理；了解离子色谱仪的基本结构；掌握标准溶液的配制方法及注意事项；通过对饮用水中常见阴离子含量的测定，掌握离子色谱定量分析的基本过程。

二、实验原理

色谱法是一种物理化学分析方法。它利用混合物中不同组分在两相间分配系数的差别，当溶质在两相间作相对移动时，各组分在两相间进行多次分配，从而使各组分得到分离。

离子色谱法基于三种分离机理：①离子交换色谱法是发生在流动相和键合在基质上的离子交换基团之间的离子交换过程，也包括部分非离子的相互作用，主要用于有机和无机阴离子和阳离子的分离；②离子排斥色谱是基于固定相和被分析物之间三种不同的作用——Donnan排斥、空间排斥和吸附作用，主要用于弱的有机和无机酸的分离；③离子对色谱是基于被分析物在分析柱上的吸附作用，分析柱的选择性主要取决于流动相的组成和浓度，流动相除了加入有机改进剂之外，还需加入离子对试剂，主要用于表面活性阴离子和阳离子以及过渡金属配合物的分离。

实际分析工作中，以离子交换色谱的应用最为广泛。

三、实验条件

1.仪器设备

离子色谱仪：Dionex ICS 1000。

2.试剂与样品

纯水（Millipore），含7种常见阴离子（F-，Cl-，Br-，）标准溶液（100 mL，美国o2si），其中各离子浓度分别为F- 20 mg／L，Cl- 30 mg／L，Br-100mg／L，100mg／L，100mg／L，150mg／L，150mg／L。自来水／饮用矿泉水样品若干。

3.测试参数

以Dionex ICS 1000离子色谱仪分析饮用水为例（不同仪器型号、不同性质样品应重新确定实验条件），配置免试剂系统（RFC30），自动进样器（AS40）。

色谱柱：IonPac AG11-HC，4mm 保护柱或相同产品；IonPac AS11-HC，4mm 分析柱或相同产品；进样量20μL；抑制器为阴离子自再生电解抑制器（ASRS）或相同产品，每分钟基线漂移／噪声不大于5nS，抑制电流50 mA；检测器为CD20 或同类产品；淋洗液为20mmol氢氧化钾溶液；流速为1.0mL／min。

四、实验步骤

1.系列标准溶液的配制

取7个干净的10mL 容量瓶，分别准确移取0.05 mL，0.1 mL，0.25 mL，0.5 mL，1.0mL，2.5mL，5.0mL 标准溶液于10mL 的容量瓶中，再用去离子水稀释至刻度线，摇匀备用。此系列标准混标溶液中各阴离子的含量分别为

F-：0.1mg／L，0.2mg／L，0.5mg／L，1.0mg／L，2.0mg／L，5.0mg／L，10.0mg／L；

Cl-：0.15 mg／L，0.3 mg／L，0.75 mg／L，1.5 mg／L，3.0 mg／L，7.5 mg／L，15.0mg／L；

Br-，：0.5 mg／L，1.0 mg／L，2.5 mg／L，5.0 mg／L，10.0 mg／L，25.0mg／L，50.0mg／L；

：0.75mg／L，1.5 mg／L，3.75 mg／L，7.5 mg／L，15.0 mg／L，37.5 mg／L，75.0mg／L。

将系列标准溶液转移到5mL离子色谱进样管中备用。

2.样品准备

实验样品包括自来水样品若干及矿泉水样品若干。样品可根据情况（Cl-、含量）用纯水稀释5～10倍后转移到5mL进样管中待上机分析。(www.xing528.com)

3.上机分析

（1）依次打开电脑，离子色谱仪，淋洗液发生器，自动进样器电源；

（2）打开控制软件“Chromeleon Server”（色谱变色龙软件服务器），点击“Start”（开始），实现离子色谱仪与电脑的连接，然后双击“Chromeleon”（色谱变色龙软件），开启浏览器页面；

（3）赶气泡：旋松启动阀，将5mL注射器插入启动阀前端小孔，选择泵设置按钮，点击“prime”（加液），待注射器快满时，点击“off”（停泵），弃掉注射器内液体，重复上述操作3次以上，旋紧启动阀，旋松废液阀，点击“prime”（加液），2 min 后，点击“off”（停泵），旋紧废液阀；

（4）开泵，控制流速1.0mL／min；待泵压力≥1 000psi，打开抑制器并设置抑制电流为50mA，打开淋洗液发生器“EGC”和“CR-TR”两个按钮；

（5）监视基线，待背景电导＜2μS，且基线水平，可进样。监视基线15～30min，其间将样品装入自动进样器，按进样器（AS40Automated Sampler）表面“Injection-Hold／Run”（进样-／运行），待进样；

（6）点击“File”→“New”→“Program”（文件→新建→程序），建立分析方法。设置分析时间，淋洗液浓度及流速，抑制电流等参数，保存“Program”文件；

（7）点击“File”→“New”→“Method”（文件→新建→方法），建立数据处理方法，因此时尚未采集数据，仅建立空白“Method”保存即可；

（8）点击“File”→“New”→“Sequence（using Wizard）（文件→新建→序列，可使用向导）”，建立序列。设置标准溶液及未知样品个数，进样次数及进样体积等参数，调用上述“Program”（程序）及“Method”（方法）文件，保存序列文件；

（9）打开所建“Sequence”（序列）文件，点击“Start／Stop Batch”（开始／停止批处理）按钮，开始测试；

（10）关机步骤：依次关闭抑制器，淋洗液发生器“EGC”“CR-TR”及泵，然后关闭软件，切断离子色谱仪、淋洗液发生器及自动进样器电源，最后关闭电脑。

五、实验结果与数据处理

1.原始数据记录：记录实验步骤，实验条件，仪器参数，列表记录原始测试结果（标准溶液以及样品的信号值）。

2.数据处理：采集数据完毕后，双击任一标准样品数据，再点击“QNT-Edit”，依次进行色谱峰积分、色谱峰识别、标准样品浓度等参数设置，绘制标准曲线，即可读取测定结果。以标准溶液中各阴离子的浓度（c）为横坐标，对应离子色谱峰面积（Area）为纵坐标绘制标准曲线。根据样品中各阴离子的峰面积及各阴离子的标准曲线计算样品中各阴离子的含量。经过稀释的样品需乘以稀释倍数才能得到原始样品中阴离子的含量。

六、问题与讨论

1.简述离子色谱仪的工作原理及其基本结构。

2.比较离子色谱与液相色谱在分离原理及仪器结构上有什么不同？

3.根据生活饮用水水质标准，就常见阴离子方面试评价实验水样的水质情况。

七、注意事项

1.实验室环境。在未配置柱温箱的情况下，由于温度对离子色谱分离有重要的影响，温度较低时离子色谱柱压会快速升高，可能造成抑制器漏液！因此，应打开空调调节实验室温度。

2.离子色谱柱对有机物及重金属离子有一定的耐受度，但不可将有机物或重金属浓度过高的样品直接进样分析；此外，高背景基质可能对目标离子的分析造成干扰，应根据情况进行相应的样品前处理。

3.测定氟离子时，为了避免水负峰的干扰，根据色谱柱型号设置合适的淋洗液浓度。