主题:【原创】阳离子交换色谱:抑制or非抑制?

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wangcunjin20078
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阳离子交换色谱法:抑制or非抑制?



要进行本文的讨论首先来认识一下什么是抑制法和非抑制器法:

抑制法:在色谱柱后连接抑制器,然后连接电导池,以降低背景电导,提高待测离子的灵敏度,由于早期抑制器为抑制柱,所以抑制器法也被称为双柱法。

非抑制法:在色谱柱后直接连接电导池,背景电导较高,待离子电导低于背景电导,出负峰。由于没有连接抑制器所以称为非抑制法,也被称为单柱法。




离子色谱法测定阳离子虽然不像测定阴离子那样优势明显,但由于可以同时测定多种金属离子、铵和有机胺、醇胺等也存在一定的应用空间。阳离子交换色谱通常使用甲烷磺酸、硫酸等强酸做流动相,其电导检测存在两种方式:抑制与非抑制。阳离子抑制电导与阴离子分析相似,即色谱柱后连接抑制器,将高电导的流动相抑制并将阳离子转化为相应的氢氧化物然后进入检测器,产生的信号为待测离子氢氧化物与“水”的电导之差。非抑制电导是指色谱柱直接连接电导检测器,产生的信号为氢离子和待测离子的电导之差,待测离子的峰为倒峰,经过软件处理变成正峰。下面我们将详细介绍两者的区别。

非抑制电导受检测原理的限制(氢离子是目前已知的离子中极限摩尔电导值最高的离子),流动相浓度不可能很高,通常低于6mM甲烷磺酸,这就进一步限制了色谱柱的容量(低容量)以及测定样品浓度的上限,因此非抑制法应用空间有限。由于分析过程中流动相浓度必须保持不变才能使基线稳定,不能使用梯度淋洗。此外非抑制电导对温度的变化比较敏感,温度每变化1度,电导变化2%左右,非抑制电导的高电导流动相受温度的波动会迅速的在色谱曲线中表现出来,表现为基线漂移和波动。抑制电导则不受上述因素的制约,由于将酸性流动相抑制后背景电导接近纯水,抑制电导可以使用高容量色谱柱(Ionpac CS16柱具有8400mmol柱的容量)和高浓度流动相(60mM甲烷磺酸),可分析质量浓度比10000:1的钠离子和铵离子,也可以使用梯度淋洗同时分离保留差异较大的组份。由于水是热的不良导体,阳离子抑制电导对温度的变化不如非抑制电导灵敏。从检测的角度考虑,阳离子抑制电导灵敏度高,可以进行痕量分析,非抑制电导的灵敏度相对较差

但是非抑制电导检测也并非一无是处。阳离子抑制电导仅对碱金属和碱土金属离子的电导响应呈线性,铵离子、有机胺等弱碱由于氢氧化物不完全解离,其电导响应为非线性。过渡金属离子的氢氧化物为难溶的沉淀,也不能使用抑制电导检测。上述问题使用非抑制电导检测可以得到很好的解决,使用草酸、酒石酸等具有络合能力酸根离子的酸做流动相可以在合理时间内将过渡金属离子洗脱,电导响应为氢离子与该离子的电导之差,与浓度呈现较好的线性关系。

以上内容从分离和检测的角度进行讨论,阳离子抑制电导与非抑制电导还在高压平流泵、色谱柱管、色谱填料等方面存在差异,这些因素可能不会对仪器的性能产生明显的影响,更多的体现在商品化仪器的价格方面。我们通过一个表格来介绍他们的区别以及潜在的影响。



酸性流动相可能腐蚀金属材料,溶出的金属离子会在色谱柱中有保留,在抑制器中生成氢氧化物沉淀,硅胶会在PH<2的流动相中溶解,所以以上材料不会出现在阳离子抑制电导系统中却可以与非抑制电导兼容。有的用户在购买阴离子色谱后想升级系统测阳离子,这些配件就有可能影响用户的使用体验,限制应用空间。

综上所述,阳离子交换色谱中抑制与非抑制的区别并非简简单单的一个抑制器,泵、流路管件、色谱柱管、色谱填料等因素也潜在的制约了仪器的应用领域。仅就分离和检测原理来说,非抑制电导只能使用低容量柱、不能进行梯度淋洗和痕量分析,但可以采用适当的流动相对过渡金属离子进行分离和检测,而且对所有的阳离子检测信号均为线性。用户在购买离子色谱(尤其是先购买阴离子后续升级阳离子的用户)之前务必将眼光放得长远一些,避免后续一些技术方面和商业方面的口水战。

为说明两种检测方法的不同,文末附张图及相关技术问答。第一张是使用RPIC-2017离子色谱仪阳离子抑制电导测定自来水中五种阳离子的色谱图,其中锂离子为mg/L级而其他离子为mg/L级。第二张图为阳离子非抑制电导测定标样的色谱图,浓度均为mg/L级。非抑制电导在刚生成色谱图时色谱峰为倒峰,为方便观察和定量,第三张图2目标离子的峰翻转为正峰。


1 阳离子交换抑制电导测定自来水中五种阳离子



2 阳离子交换色谱非抑制电导测定四种阳离子(未经任何处理)


3 阳离子交换色谱非抑制电导测定四种阳离子(将图2中目标离子峰转为正峰)



技术问答:

问:为什么1抑制电导检测的单位是mS2、图3非抑制电导检测的单位是mV?

答:检测信号单位与是否抑制无关,而与检测器有关。电导的国际通用单位为mS,与电导池常数、待测离子浓度、离子的极限摩尔电导值有关。mV是电压单位,是未经过校正的原始信号。

问:为什么非抑制电导的水负峰这么大?

答:这是由于酸性流动相的背景电导较大造成的,抑制电导由于将流动相抑制成“水”,背景电导很低,出现一个较小水负峰的原因是水中低浓度的杂质离子。

问:测定未知样品中的阳离子,事先无法预测浓度高低怎么办?

答:建议使用抑制电导+动态量程电导检测器,测定低浓度组分时灵敏度自动提高,测定高浓度组份时灵敏度自动降低,一次进样即可同时测定高低浓度组份,阴离子可以完成质量浓度比30000:1氯离子/溴酸盐的定量,阳离子可以完成质量浓度比10000:1钠离子/铵离子的定量。
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Last edit by wangcunjin20078 举报
离子色谱
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离子色谱选购阴阳离子各有所长,总体来说抑制器法灵敏度更高,做碱金属和碱土金属离子可达到ug/L的检测限,但高浓度的铵和有机胺线性响应差。非抑制器法因为背景高噪声和基线漂移较难控制,所以灵敏度相对较差,但在做高浓度的铵和有机胺时线性范围比抑制法要宽,这是它的优点。