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离子色谱分离测定水中常见无机阴离子

离子色谱分离测定水中常见无机阴离子. 实验目的 实验原理 仪器设备及流程 实验步骤 数据处理 问题及讨论. 实验目的. 掌握离子交换色谱的基本原理； 掌握 离子色谱 仪的组成及基本操作技术 ； 利用离子色谱分离测定水中常见无机阴离子。. 实验原理. 不同离子对某一给定离子交换柱中功能基存在亲合力的差异。使用适宜的淋洗剂，水样中待测的阴离子随淋洗液进入离子交换系统中 ( 由保护柱和分离柱组成 ) 时，则在树脂功能基位置发生淋洗剂阴离子与样品阴离子的离子交换平衡，不同样品离子因与固定相的作用力不同而在色谱柱中的保留时间不等，通过柱后可得到分离。

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离子色谱分离测定水中常见无机阴离子

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  1. 离子色谱分离测定水中常见无机阴离子 • 实验目的 • 实验原理 • 仪器设备及流程 • 实验步骤 • 数据处理 • 问题及讨论 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  2. 实验目的 • 掌握离子交换色谱的基本原理； • 掌握离子色谱仪的组成及基本操作技术； • 利用离子色谱分离测定水中常见无机阴离子。 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  3. 实验原理 • 不同离子对某一给定离子交换柱中功能基存在亲合力的差异。使用适宜的淋洗剂，水样中待测的阴离子随淋洗液进入离子交换系统中(由保护柱和分离柱组成)时，则在树脂功能基位置发生淋洗剂阴离子与样品阴离子的离子交换平衡，不同样品离子因与固定相的作用力不同而在色谱柱中的保留时间不等，通过柱后可得到分离。 • 离子色谱基本原理如下: 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  4. 离子色谱概述及基本原理 • 利用色谱技术测定离子型物质的方法 • 色谱 : 用于分析的一种分离技术 • 离子型物质 : 在水溶液中电离，具有 + 或 – 电荷的元素 • 阴离子: Cl－，NO2－，SO4２－，CrO4２－ • 阳离子: Na＋，NH４＋，Ca２＋，Fe３＋ • 1975 由H.Small 等人.（Dow chemical)首次提出 • 用于测定氯离子和硫酸根 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  5. 离子色谱的特点 • 不同的操作者都可得到好的样品分析重现性 • 经过稀释、过滤后可以测定多种样品　　　　　　　　　　　　　 　 • 多价态可氧化元素（NO2- & NO3-, SO32-&SO42- etc.）, • 不同价态离子（Fe3+ & Fe2+,Cr3+ & Cr6+ etc.） • 可单独测定某种离子.（通常为同时测定) 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  6. 应用领域 应用 领域 样品 环境. / 污染 雨水/河水/ 大气/ 污水雨水中离子 城市用水　 　　 自来水 / 水源自来水中消毒副产物 化学品 　　 设备提取物 / 聚合物　环氧类粘合剂中的阴离子 电子 / 半导体高纯水・ 晶片冲洗水　高纯水中的离子型杂质 金属 / 钢材　 　 　 表面处理液・镀 槽 ・冷却水电镀 槽中的抗坏血酸 农业　 　　 肥料 /土壤 / 植物 /等土壤中离子 医学　　 　　　血液 / 尿　　尿中草酸 化妆品 化妆品 / 清洁剂/ 洗发液　化妆品液体中的阴离子 制药 化学 / 液体化学品中的重金属 电力　　 　 冷却水 / HPW锅炉蒸汽中的杂质 食品 / 饮料　　 酒 / 饮料/ 糖果饮料中有机酸 造纸. /纸浆 纸浆液・处理水　张纸和液体中的离子 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  7. F- Cl- NO2- SO42- NO3- Br- HPO42- 离子色谱的基本流程图 淋洗液 色谱柱 检测池 进样阀 抑制器 泵 检测器 分离 检测 记录 泵液 进样 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  8. 离子色谱的基本构成 • 进样---- 样品环进样 • 分离 ----离子交换分离 • 检测 ----电导检测(抑制型) 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  9. 进样 淋洗液 废液 样品 至分离柱 样品环进样 装样 （ＬＯＡＤ） （ＩＮＪＥＣＴ） 进样阀 淋洗液 废液 样品 至分离柱 样品环 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  10. 分离的方式 • 离子交换 ： 离子价态和离子半径 • 离子排斥 ： 离解常数 和疏水性 • 离子对 (RP) ： 对离子对试剂的亲和力 • 离子对化合物的疏水性 • 离子抑制 (RP)： 在特定 pH下的疏水性 • 反相 ： 疏水性 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  11. 淋洗液 Temporal course 色谱分离 慢 中等 快 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  12. ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＳＯ４２－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ 离子交换分离机理 ＨＣＯ３－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  13. ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 阴离子交换树脂 (乳胶型） Ｎ＋Ｒ３ ＳＯ３－ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ ＳＯ３－ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ ５μm ＳＯ３－ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ ＳＯ３－ Ｎ＋Ｒ３ Ｎ＋Ｒ３ 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  14. 阳离子交换树脂 (接枝型) ＣＯＯ－ ＨＰＯ３－ ＣＯＯ－ ＣＯＯ－ ＨＰＯ３－ ＣＯＯ－ ＣＯＯ－ ＨＰＯ３－ ＨＰＯ３－ ＣＯＯ－ ＣＯＯ－ ＨＰＯ３－ ＣＯＯ－ ＨＰＯ３－ ＣＯＯ－ ＨＰＯ３－ 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  15. F- NO2- Cl- SO42- NO3- Br- HPO42- 分离阴离子 8 mS 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Retention time(min) 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  16. K+ NH4+ Na+ Ca2+ Mg2+ 分离阳离子 4 3 µS 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Retention time (min) 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  17. 检测方式 • 电导 • 检测具有电导性化合物的通用型检测器 • 离子色谱最常用的检测器 • 电化学(安培法) • 在特定的条件下可对某些化合物直接进行氧化还原反应 • 紫外－可见光度法 • 紫外直接吸收或可见光光度法测定选择性强 • 可进行柱后衍生 • 荧光法 • HPLC 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  18. 至检测池 电极 检测池 溶液 电导检测器 • 测定溶液流过电导池电极时的电导率 • 可检测大部分离子型化合物 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  19. 抑制器 • 安装在电导池之前 • 提高待测离子的电导率： 提高灵敏度 • Na+,Cl-H+,Cl- • 降低背景电导 (淋洗液) :减少噪音 • Na+,HCO3-H2CO3 Na+,OH-H2O 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  20. NaF,NaCl,NaNO3 Na2HPO4,Na2SO4 Conductivity Back Ground： Na2CO3 / NaHCO3 (700μS) ～ ～ ～ ～ Retention time Retention time NaF NaCl NaNO3 Na2SO4 Conductivity Na2HPO4 Back Ground： Na2CO3 / NaHCO3 (700μS) HCl HF H2SO4 Conductivity HNO3 H3PO4 Back Ground： H2CO3 (15μS) Retention time 抑制器的作用 废液 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  21. Cation Anion ＋ － Ｈ＋ Ｌｉ＋ Ｎａ＋ Ｋ＋ ＮＨ４＋ Ｍｇ ２＋ Ｃａ２＋ ３５０ ３９ ５０ ７４ ７３ ５３ ６０ ＯＨ－ Ｆ－ Ｃｌ－ Ｂｒ－ ＮＯ３－ ＰＯ４３－ ＳＯ４２－ １９８ ５５ ７６ ７８ ７１ ８０ ８０ － ＋ 极限摩尔电导值 （unit：μS/m equivalent） Total conductivity ＝ （ ） ＋ （ ） 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  22. 抑制器的结构 检测池或再生液 瓶 自分离 柱 排放 至检 测 池 再生液格网 离子交换膜 淋洗液格网 离子交换膜 再生液格网 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  23. 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  24. 废液 H+ H+ Na2SO4 H+ H+ H2CO3 H+ H+ + CO32- 至检测器 H+X- H+ + X- Y+ Na+ 2H++ SO42- Na2SO4 H2SO4 废液 化学再生微膜抑制器的工作原理 (阴离子) 化学再生液 X-:样品中的阴离子 Y+:样品中的阳离子 H2SO4 • 2H++ SO42- H2SO4 阳离子交换膜 H2O Na+ Y+ X- Na+ CO32- (样品, 淋洗液) H+ H+ 阳离子交换膜 H2SO4 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  25. 溶離液 再生液 加压 废液 柱 检测池 进样阀 抑制器 泵 废液 化学再生模式流程图 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  26. 20.0 SO4- Cl- 15.0 NO3- 10.0 uS 5.0 F- 0 0 5.00 10.00 15.00 Retention time(min) 电导检测 （ 样品：饮用水） 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  27. 离子色谱系统示意图 流动相储罐 抑制器 流路 抑制电导 检测器 泵 电导池 进样器 保护柱 数据采集和仪器控制 色谱工作站 离子交换分离 分析柱

  28. 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  29. 离子色谱的使用要点 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  30. 离子色谱的使用要点 • 启动仪器与仪器的稳定 • 提供一定压力的氮气并检查压力是否合适 • 系统中有淋洗液流出，并进入了抑制器 • 淋洗泵中无气泡 • 确认系统中无液体/气体泄漏 • 确认系统有稳定的压力与背景电导 • 开始测定 • 用注射器注入标准或者样品 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  31. 标准响应值 样品响应值 Conc. of standard Conc. of sample 定量计算 根据标样制作校正曲线. 以此为标准计算样品中的待测离子 2.50e+6 2.00e+6 响应 1.50e+6 1.00e+6 5.00e+5 0.00 0.00 5.00 10.0 15.0 20.0 浓度（ppm) 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  32. 如何获得可靠的分析结果 了解可能影响色谱分析结果的各种干扰因素 配制淋洗液、标准液所使用水和试剂的纯度 了解所使用的预处理方法的优/缺点 仪器应进行例行保养 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  33. 影响色谱分析的各种条件 • 色谱柱、淋洗液的温度 • 淋洗液的浓度与组成 • 淋洗液的流速 • 淋洗液中的杂质 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  34. 样品处理 • 过滤 • 样品中除去颗粒物 • 用0.45μm 或0.22μm 滤膜 • 用高纯水冲洗滤膜 ，以减少沾污 • 稀释 • 待测物浓度较高时，应预先稀释. • 降低干扰物的浓度. • 去除干扰物 • 预处理柱，超滤 • 固相萃取・液相萃取・离心・盐析 • 在线柱处理 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  35. 仪器设备及流程 • DIONEX ICS-90 型离子色谱仪，IonPac AS14分离柱，IonPac AG14保护柱，AMMS Ⅲ微膜抑制器，DS5 电导检测器, Chromeleon色谱控制分析软件。 • 色谱条件： • 淋洗液 3.5 mM Na2CO3/1.0 mM NaHCO3； • 泵流速：1.2 mL/min； • 抑制器再生液 50 mN H2SO4； • 进样量：50ml。 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  36. ICS90 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  37. 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  38. 实验步骤 • 标准曲线的绘制：分别量取标准离子贮备溶液(1.0mg/mL)各5.0mL混合，并用去离子水稀释至100mL得浓度H标准液，逐级稀释，配制以下浓度： 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  39. 实验步骤 • 样品前处理：为了防止保护柱和分离柱系统堵塞，水样必需先经中速定性滤纸除去不溶性颗粒物，适当稀释(根据总矿化度而定，一般稀释10 ~100 倍)，定容。若样品中含有原油，须静置，待油水分层后取其下部水样进行分析。饮用水样经0. 45μm微孔滤膜除去悬浮微粒后直接进样。高硬度水在碳酸盐淋洗液中会产生沉淀，必要时要将水样先经过强酸性阳离子交换柱。 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  40. 实验步骤 • 测定：分别将混合标准溶液与水样经0.45mm的微孔滤膜过滤注入离子色谱仪中，根据保留时间定性，用峰面积或峰高外标法定量。 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  41. 数据处理 • 仪器本身带有色谱控制及数据分析软件，可对数据进行自动分析，但本实验要求同学们学会阅读离子色谱图，并从中选取定性及定量分析指标进行数据分析； • 根据色谱保留时间定性，峰高或峰面积定量，对数据要求进行线性拟合，估计水样中各阴离子含量在95%置信概率下的置信区间。 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

  42. 问题及讨论 • 离子色谱与一般意义的高效液相色谱在分离原理、系统构成方面有何异同？ • 理解抑制器的工件原理； • 离子色谱检测方法主要有哪些、适合什么情况下选用？ 离子色谱法测定水中常见无机阴离子

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