離子色譜儀的原理與應用
離子色譜技術是1975年提出的一種革命性的 微量濕化學分析新技術，1977年開始在水處理領 域中采用�，F(xiàn)在離子色譜儀應用已經(jīng)越來越廣泛， 精密度也越來越高，已逐漸推廣到對蒸汽純度作更 精確的評價、對鍋爐水處理的監(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 定離子濃度，具有以下特點：1、試樣用量少(本儀器 只需求20 L以上的樣品)，靈敏度高，操作簡單， 不需要過多的輔助試劑，能準確、快速地順序檢測 出多種離子，這是比色法等常規(guī)分析方法所無法比 擬的優(yōu)點。2、由于它是屬于色譜學方面的技術，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 結(jié)合使用。

1 系統(tǒng)介紹 整個系統(tǒng)由儲液罐、柱塞泵、進樣閥、分離柱、 抑制柱、檢測器和數(shù)據(jù)記錄處理系統(tǒng)等部分組成， 見圖1。當流動相將所測樣品帶到分離柱時，由于 各種離子對分離柱中離子交換樹脂的相對親和力 大小不同，樣品在分離柱上分離成不連續(xù)的譜帶， 并依次被流動相洗脫，測定溶液中多種離子使用電 導檢測器進行檢測，這種檢測器靈敏而通用，所檢 測的電導率是溶液中離子的共性．在低濃度時是離 子濃度的簡單函數(shù)，并與之成線性關系。然而由于 離子交換分離的流動相幾乎都是強電解質(zhì)，電導率 一般比待測離子高兩個數(shù)量級，往往完全“淹沒”了 待測離子的信號，在分析流程中引入抑制柱，就很 好地解決了這個問題。方法就是由分離柱流出待測 離子的流動相．在檢測前先進入抑制柱，在抑制柱 中填充了電荷與分離柱相反的離子交換樹脂，從而 在抑制柱上發(fā)生兩個簡單而重要的化學反應，一個 反應是將流動相轉(zhuǎn)變成低電導組分，以降低來自流 動相的背景電導：二是將樣品離子轉(zhuǎn)變成其相應的 酸或堿，以增加其電導。抑制柱的_[作流程起到將 無選擇性電導檢測器轉(zhuǎn)變成選擇性電導檢測器的 作用，并且增加了待測離子的檢測靈敏度。 流動相貯存器 樣品注射器 分離柱 抑制柱 電導檢測器 圖1 系統(tǒng)組成示意圖 將A、 兩層火嘴改為了少油直接點火燃燒 器，該燃燒器結(jié)構示意圖見圖1，由于該燃燒器具 有濃淡分離，使4、 兩層火嘴的燃燒加強，降低爐 膛火焰中心。 A向 一墑 圖1 燃燒器結(jié)構示意圖 3．8 控制爐前煤氣壓力 將爐前煤氣壓力由原來的10 kPa降為4．8 kPa， 這樣就控制了進入爐膛的煤氣量，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．排 煙溫度已降至設計值，在大負荷摻燒10萬Nm3／h 高爐煤氣的情況下，排煙溫度由原來的最高187℃ 降至現(xiàn)在的170 oC左右，提高了鍋爐熱效率，增強 了鍋爐運行的經(jīng)濟性和安全性。水分測定儀| 濁度計| 色度計| 粘度計| 折射計| 滴定儀| 密度計| 熱流計| 濃度計| 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)對交換樹脂 的相對親和力通過離子交換而分離開的。陰離子是 在陰離子交換樹脂柱(分離柱)上分離的，當陰離子 分離柱的出水再流過一個陽離子交換樹脂柱f抑制 柱1時，陰離子就轉(zhuǎn)變成其相應的酸；陽離子是在陽 離子交換樹脂柱(分離柱)上被分離的。陽離子交換 柱的出水再經(jīng)過一個陰離子交換樹脂柱(抑制柱) 時，陽離子就轉(zhuǎn)變成氫氧化物，而陰離子則轉(zhuǎn)變成 為低電導率的組分。

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

4 離子色譜分析 測定陰、陽離子所用分離柱、抑制柱、流動相 都不同，測定不同離子應正確更換，以免造成儀器 故障。
(1)陰離子色譜分析 流動相通過泵不斷送人 陰離子分離柱、陽離子抑制柱和電導率池．經(jīng)電導 率儀檢測后排掉，在未進樣前，陰離子分離柱的樹 脂為R—HCO，型，流動相不與它作用，進到抑制柱 (含R—H樹脂)時，發(fā)生下述反應： R—H+NaHC0r R—Na+H2CO3 即作為流動相的強電解質(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 導率儀對它顯示低的電導率(本底)�；�線平穩(wěn)后，用 一70一 注射器通過進樣閥注入試樣，試樣中的陰離子進入 分離柱中被同定相(分離樹脂)和流動相進行無數(shù)次 交換，洗脫，再交換，再洗脫過程，使陰離子得到有 效的分離。分離后的物質(zhì)進到陽離子抑制柱，柱中 的樹脂又將陽離子進行交換，產(chǎn)生與陰離子相應的 酸．如Cl離子： R—H+NaCl— R—Na+H +C1一 這樣試樣中與陰離子相對應的鹽經(jīng)過抑制 后，就轉(zhuǎn)化為陰離子對麻的酸，由此看出，抑制柱 同時起到了抑制背景電導和增強被測組分信號電 導的雙重作用。對任一物質(zhì)進行定量分析時，先要 注入該物質(zhì)不同濃度的標準液，儀器會自動記下 出峰時間和峰高(或峰面積1并作出標準曲線，而 后注入未知含量的試樣，標準曲線自動記下相同 出峰時間和峰高(或峰面積1。根據(jù)比值顯示該離 子的濃度。
(2)陽離子色譜分析 流動相通過泵不斷送人 陽離子分離柱、陰離子抑制柱和電導池，經(jīng)檢測后 排掉。未進樣之前，陽離子分離柱的樹脂為R—H 型．流動相不與它反應，進到抑制柱時則與R—OH 反應： R—OH+HCI=R—CI+H2O 由于水是微弱電離的物質(zhì)，電導率儀對它顯 示很低的電導率，基線平穩(wěn)后，和陰離子測定一 樣．用注射器通過進樣閥注入試樣，使陽離子在分 離柱中得到有效的分離。分離后的物質(zhì)進到抑制 柱．柱中樹脂對陰離子進行交換．產(chǎn)生相應的氫氧 化物： R一0H+NaCl— R—CI+Na 4-OH一 對任一物質(zhì)進行定量分析時．先要注入該物質(zhì) 不同濃度的標準液．儀器自動記下出峰時間和峰高 (或峰面積)并作出標準曲線，而后注入未知含量的 試樣，標準曲線自動記下相同出峰時間和峰高f或 峰面積)，根據(jù)比值顯示該離子的濃度。 離子色譜的技術已經(jīng)解決了許多高純水樣品 的實際難題，在九江電廠水處理分析中得到了越來 越多的實際應用，包括痕量陰陽離子、過渡金屬離 子、有機酸和胺類物質(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物 質(zhì)存在，一般都難以測準。離子色譜基本上已不存 在上述問題，而且準確快速。離子色譜儀還可以區(qū) 分出不同的氧化狀態(tài)，避免測定過程中不同狀態(tài)下 離子之間的相互轉(zhuǎn)化。