離子色譜儀的原理與應(yīng)用

離子色譜儀的原理與應(yīng)用
離子色譜技術(shù)是1975年提出的一種革命性的 微量濕化學(xué)分析新技術(shù)，1977年開(kāi)始在水處理領(lǐng) 域中采用�，F(xiàn)在離子色譜儀應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛， 精密度也越來(lái)越高，已逐漸推廣到對(duì)蒸汽純度作更 精確的評(píng)價(jià)、對(duì)鍋爐水處理的監(jiān)督以及改善水中沉 積物特性方面的研究中。 (島津)公司生產(chǎn)，采用離子色譜方法測(cè) 定離子濃度，具有以下特點(diǎn)：1、試樣用量少(本儀器 只需求20 L以上的樣品)，靈敏度高，操作簡(jiǎn)單， 不需要過(guò)多的輔助試劑，能準(zhǔn)確、快速地順序檢測(cè) 出多種離子，這是比色法等常規(guī)分析方法所無(wú)法比 擬的優(yōu)點(diǎn)。2、由于它是屬于色譜學(xué)方面的技術(shù)，因 而可以同任何具有峰值一積分軟件的數(shù)據(jù)處理技術(shù) 結(jié)合使用。

1 系統(tǒng)介紹 整個(gè)系統(tǒng)由儲(chǔ)液罐、柱塞泵、進(jìn)樣閥、分離柱、 抑制柱、檢測(cè)器和數(shù)據(jù)記錄處理系統(tǒng)等部分組成， 見(jiàn)圖1。當(dāng)流動(dòng)相將所測(cè)樣品帶到分離柱時(shí)，由于 各種離子對(duì)分離柱中離子交換樹(shù)脂的相對(duì)親和力 大小不同，樣品在分離柱上分離成不連續(xù)的譜帶， 并依次被流動(dòng)相洗脫，測(cè)定溶液中多種離子使用電 導(dǎo)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)器靈敏而通用，所檢 測(cè)的電導(dǎo)率是溶液中離子的共性．在低濃度時(shí)是離 子濃度的簡(jiǎn)單函數(shù)，并與之成線性關(guān)系。然而由于 離子交換分離的流動(dòng)相幾乎都是強(qiáng)電解質(zhì)，電導(dǎo)率 一般比待測(cè)離子高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，往往完全“淹沒(méi)”了 待測(cè)離子的信號(hào)，在分析流程中引入抑制柱，就很 好地解決了這個(gè)問(wèn)題。方法就是由分離柱流出待測(cè) 離子的流動(dòng)相．在檢測(cè)前先進(jìn)入抑制柱，在抑制柱 中填充了電荷與分離柱相反的離子交換樹(shù)脂，從而 在抑制柱上發(fā)生兩個(gè)簡(jiǎn)單而重要的化學(xué)反應(yīng)，一個(gè) 反應(yīng)是將流動(dòng)相轉(zhuǎn)變成低電導(dǎo)組分，以降低來(lái)自流 動(dòng)相的背景電導(dǎo)：二是將樣品離子轉(zhuǎn)變成其相應(yīng)的 酸或堿，以增加其電導(dǎo)。抑制柱的_[作流程起到將 無(wú)選擇性電導(dǎo)檢測(cè)器轉(zhuǎn)變成選擇性電導(dǎo)檢測(cè)器的 作用，并且增加了待測(cè)離子的檢測(cè)靈敏度。 流動(dòng)相貯存器 樣品注射器 分離柱 抑制柱 電導(dǎo)檢測(cè)器 圖1 系統(tǒng)組成示意圖 將A、 兩層火嘴改為了少油直接點(diǎn)火燃燒 器，該燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，由于該燃燒器具 有濃淡分離，使4、 兩層火嘴的燃燒加強(qiáng)，降低爐 膛火焰中心。 A向 一墑 圖1 燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖 3．8 控制爐前煤氣壓力 將爐前煤氣壓力由原來(lái)的10 kPa降為4．8 kPa， 這樣就控制了進(jìn)入爐膛的煤氣量，減少了煙氣量，降 低了排煙溫度。 改造效果 經(jīng)過(guò)多方面的調(diào)整與改造后，鍋爐的排煙溫度 調(diào)整取得了一定的效果。在不摻燒高爐煤氣時(shí)．排 煙溫度已降至設(shè)計(jì)值，在大負(fù)荷摻燒10萬(wàn)Nm3／h 高爐煤氣的情況下，排煙溫度由原來(lái)的最高187℃ 降至現(xiàn)在的170 oC左右，提高了鍋爐熱效率，增強(qiáng) 了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。水分測(cè)定儀| 濁度計(jì)| 色度計(jì)| 粘度計(jì)| 折射計(jì)| 滴定儀| 密度計(jì)| 熱流計(jì)| 濃度計(jì)| 折射儀| 采樣儀|

2 離子色譜儀的原理 在離子色譜法中，各種離子是根據(jù)對(duì)交換樹(shù)脂 的相對(duì)親和力通過(guò)離子交換而分離開(kāi)的。陰離子是 在陰離子交換樹(shù)脂柱(分離柱)上分離的，當(dāng)陰離子 分離柱的出水再流過(guò)一個(gè)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱f抑制 柱1時(shí)，陰離子就轉(zhuǎn)變成其相應(yīng)的酸；陽(yáng)離子是在陽(yáng) 離子交換樹(shù)脂柱(分離柱)上被分離的。陽(yáng)離子交換 柱的出水再經(jīng)過(guò)一個(gè)陰離子交換樹(shù)脂柱(抑制柱) 時(shí)，陽(yáng)離子就轉(zhuǎn)變成氫氧化物，而陰離子則轉(zhuǎn)變成 為低電導(dǎo)率的組分。

3 主要部件 f1)抑制柱抑制柱是構(gòu)成離子色譜儀高靈敏 度和選擇性的重要部件。由于抑制柱運(yùn)行一段時(shí)間 后．將失去抑制能力，需要再生，本儀器配置了兩個(gè) 抑制柱，自動(dòng)切換把失效的樹(shù)脂柱(抑制柱)再生，另 一個(gè)繼續(xù)運(yùn)行。本儀器自動(dòng)進(jìn)行再生，不需酸堿等 再生試劑。 (2)流動(dòng)相 陰離子色譜分析中常用的流動(dòng) 相是氫氧化鈉、碳酸氫納、乙二胺四乙酸等：陽(yáng)離 子分析中常用的是鹽酸、硝酸、甲烷磺酸等。本儀 器陰離子流動(dòng)相常用的是碳酸氫納，陽(yáng)離子流動(dòng) 相常用的是甲烷磺酸。但在分析復(fù)雜組分時(shí)．單一 固定的流動(dòng)相是難以滿(mǎn)足快速分析和良好分離目 的的，可以根據(jù)實(shí)際選擇流動(dòng)相或進(jìn)行多流動(dòng)相 梯次流動(dòng)。 (3)檢測(cè)器用離子交換或纖維膜抑制．結(jié)合 計(jì)算機(jī)控制．具有自動(dòng)校正零點(diǎn)和進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)?功能。

4 離子色譜分析 測(cè)定陰、陽(yáng)離子所用分離柱、抑制柱、流動(dòng)相 都不同，測(cè)定不同離子應(yīng)正確更換，以免造成儀器 故障。
(1)陰離子色譜分析 流動(dòng)相通過(guò)泵不斷送人 陰離子分離柱、陽(yáng)離子抑制柱和電導(dǎo)率池．經(jīng)電導(dǎo) 率儀檢測(cè)后排掉，在未進(jìn)樣前，陰離子分離柱的樹(shù) 脂為R—HCO，型，流動(dòng)相不與它作用，進(jìn)到抑制柱 (含R—H樹(shù)脂)時(shí)，發(fā)生下述反應(yīng)： R—H+NaHC0r R—Na+H2CO3 即作為流動(dòng)相的強(qiáng)電解質(zhì)NaHCO 和Na CO 經(jīng)抑制柱后轉(zhuǎn)化為弱電解質(zhì)H CO3 (包括CO ，電 導(dǎo)率儀對(duì)它顯示低的電導(dǎo)率(本底)。基線平穩(wěn)后，用 一70一 注射器通過(guò)進(jìn)樣閥注入試樣，試樣中的陰離子進(jìn)入 分離柱中被同定相(分離樹(shù)脂)和流動(dòng)相進(jìn)行無(wú)數(shù)次 交換，洗脫，再交換，再洗脫過(guò)程，使陰離子得到有 效的分離。分離后的物質(zhì)進(jìn)到陽(yáng)離子抑制柱，柱中 的樹(shù)脂又將陽(yáng)離子進(jìn)行交換，產(chǎn)生與陰離子相應(yīng)的 酸．如Cl離子： R—H+NaCl— R—Na+H +C1一 這樣試樣中與陰離子相對(duì)應(yīng)的鹽經(jīng)過(guò)抑制 后，就轉(zhuǎn)化為陰離子對(duì)麻的酸，由此看出，抑制柱 同時(shí)起到了抑制背景電導(dǎo)和增強(qiáng)被測(cè)組分信號(hào)電 導(dǎo)的雙重作用。對(duì)任一物質(zhì)進(jìn)行定量分析時(shí)，先要 注入該物質(zhì)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)液，儀器會(huì)自動(dòng)記下 出峰時(shí)間和峰高(或峰面積1并作出標(biāo)準(zhǔn)曲線，而 后注入未知含量的試樣，標(biāo)準(zhǔn)曲線自動(dòng)記下相同 出峰時(shí)間和峰高(或峰面積1。根據(jù)比值顯示該離 子的濃度。
(2)陽(yáng)離子色譜分析 流動(dòng)相通過(guò)泵不斷送人 陽(yáng)離子分離柱、陰離子抑制柱和電導(dǎo)池，經(jīng)檢測(cè)后 排掉。未進(jìn)樣之前，陽(yáng)離子分離柱的樹(shù)脂為R—H 型．流動(dòng)相不與它反應(yīng)，進(jìn)到抑制柱時(shí)則與R—OH 反應(yīng)： R—OH+HCI=R—CI+H2O 由于水是微弱電離的物質(zhì)，電導(dǎo)率儀對(duì)它顯 示很低的電導(dǎo)率，基線平穩(wěn)后，和陰離子測(cè)定一 樣．用注射器通過(guò)進(jìn)樣閥注入試樣，使陽(yáng)離子在分 離柱中得到有效的分離。分離后的物質(zhì)進(jìn)到抑制 柱．柱中樹(shù)脂對(duì)陰離子進(jìn)行交換．產(chǎn)生相應(yīng)的氫氧 化物： R一0H+NaCl— R—CI+Na 4-OH一 對(duì)任一物質(zhì)進(jìn)行定量分析時(shí)．先要注入該物質(zhì) 不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)液．儀器自動(dòng)記下出峰時(shí)間和峰高 (或峰面積)并作出標(biāo)準(zhǔn)曲線，而后注入未知含量的 試樣，標(biāo)準(zhǔn)曲線自動(dòng)記下相同出峰時(shí)間和峰高f或 峰面積)，根據(jù)比值顯示該離子的濃度。 離子色譜的技術(shù)已經(jīng)解決了許多高純水樣品 的實(shí)際難題，在九江電廠水處理分析中得到了越來(lái) 越多的實(shí)際應(yīng)用，包括痕量陰陽(yáng)離子、過(guò)渡金屬離 子、有機(jī)酸和胺類(lèi)物質(zhì)的直接分析等。
由于經(jīng)典方 法中總需要加入試劑，試劑中或多或少地有待測(cè)物 質(zhì)存在，一般都難以測(cè)準(zhǔn)。離子色譜基本上已不存 在上述問(wèn)題，而且準(zhǔn)確快速。離子色譜儀還可以區(qū) 分出不同的氧化狀態(tài)，避免測(cè)定過(guò)程中不同狀態(tài)下 離子之間的相互轉(zhuǎn)化。