离子色谱仪的原理与应用

第17卷 华 中 电 力 2004年第1期 中图分类号 ：0657．7*5 离子色谱仪的原理与应用 黄 突 f九江电厂，江西 九江 332001) 文献标识码：D 文章编号：1006—6519(2004)01—0069—02 离子色谱技术是 1975年提出的一种革命性的 微量湿化学分析新技术 ，1977年开始在水处理领 域中采用。现在离子色谱仪应用已经越来越广泛， 精密度也越来越高，已逐渐推广到对蒸汽纯度作更 精确的评价 、对锅炉水处理的监督以及改善水中沉 积物特性方面的研究中。 九 江 发 电 厂 的 离 子 色 谱 仪 是 由 13本 SHIMADZU(岛津)公司生产 ，采用离子色谱方法测 定离子浓度 ，具有以下特点 ：1、试样用量少(本仪器 只需求 20 L以上的样品)，灵敏度高，操作简单 ， 不需要过多的辅助试剂 ，能准确 、快速地顺 序检测 出多种离子，这是比色法等常规分析方法所无法比 拟的优点。2、由于它是属于色谱学方面的技术，因 而可以同任何具有峰值一积分软件的数据处理技术 结合使用。 1 系统介绍 整个 系统 由储液罐 、柱塞泵 、进样阀 、分离柱 、 抑制柱、检测器和数据记录处理系统等部分组成， 见图 1。

当流动相将所测样品带到分离柱时 ，由于 各种离子对分离柱 中离子交换树脂的相对亲和力 大小不同，样品在分离柱上分离成不连续的谱带， 并依次被流动相洗脱 ，测定溶液中多种离子使用电 导检测器进行检测 ，这种检测器灵敏而通用 ，所检 测的电导率是溶液中离子的共性 ．在低浓度时是离 子浓度的简单函数，并与之成线性关系。然而由于 离子交换分离的流动相几乎都是强电解质 ，电导率 一 般比待测离子高两个数量级，往往完全“淹没”了 待测离子的信号，在分析流程中引入抑制柱，就很 好地解决了这个问题。方法就是由分离柱流出待测 离子 的流动相 ．在检测前先进入抑制 柱 ，在抑制柱 中填充了电荷与分离柱相反的离子交换树脂 ，从而 在抑制柱上发生两个简单而重要的化学反应 ，一个 反应是将流动相转变成低电导组分 ，以降低来 自流 动相的背景电导：二是将样品离子转变成其相应的 酸或碱，以增加其电导。抑制柱的_[作流程起到将 无选择性 电导检测器转变成选择性 电导检测器的 作用 ，并且增加 了待测离子的检测灵敏度。 流动相贮存器 样品注射器 分离柱 抑制柱 电导检测器 图 1 系统 组成示意 图 将 A、 两层 火嘴 改为 了少 油直接 点火燃 烧 器 ，该燃烧器结构示意 图见图 1，由于该燃烧 器具 有浓淡分离，使4、 两层火嘴的燃烧加强，降低炉 膛火焰中心。

A向 一 墒 图 1 燃烧器结构示意图 3．8 控制炉前煤气压力 将炉前煤气压力由原来的 10 kPa降为 4．8 kPa， 这样就控制了进入炉膛的煤气量，减少了烟气量，降 低了排烟温度。 4 改造效果 经过多方面的调整与改造后 ，锅炉的排烟温度 调整取得了一定的效果。在不掺烧高炉煤气时．排 烟温度已降至设计值，在大负荷掺烧 10万 Nm3／h 高炉煤气的情况下，排烟温度由原来的最高 187℃ 降至现在的 170 oC左右，提高了锅炉热效率，增强 了锅炉运行的经济性和安全性 。 一 69— 维普资讯 年第1期 华 中 电 力 第l7卷 2 离子色谱仪的原理 在离子色谱 法中，各种离子是根据对交换树脂 的相对亲和力通过离子交换而分离开的。阴离子是 在阴离子交换树脂柱(分离柱)上分离的 ，当阴离子 分离柱的出水再流过一个 阳离子交换树脂柱f抑制 柱1时 ，阴离子就转变成其相应 的酸；阳离子是在阳 离子交换树脂柱(分离柱)上被分离的。阳离子交换 柱的出水再经过一个阴离子交换树脂柱 (抑制柱) 时 ，阳离子就转变成氢氧化物 ，而阴离子则转 变成 为低电导率的组分。 3 主要部件 f1)抑制柱 抑制柱是构成离子色谱仪高灵敏 度和选择性 的重要部件。

由于抑制柱运行一段时间 后 ．将失去抑制能力 ，需要再生，本仪器配置了两个 抑制柱 ，自动切换把失效的树脂柱(抑制柱)再生，另 一 个继续运行。本仪器 自动进行再生 ，不需酸碱等 再生试剂。 (2)流动相 阴离 子色谱分析 中常用 的流动 相是氢氧化钠、碳酸氢纳 、乙二胺四乙酸等：阳离 子分析中常用的是盐酸、硝酸、甲烷磺酸等。本仪 器阴离子流动相常用的是碳酸氢纳 ，阳离子流动 相常用的是甲烷磺酸。但在分析复杂组分时．单一 固定的流动相是难 以满足快速分析和 良好分离 目 的的 ，可 以根据实际选择流动相或进行多流动相 梯次流动。 (3)检测器 用离 子交换或纤维膜抑制 ．结合 计算机控制 ．具有 自动校正零点和进行温度补偿等 功能 。 4 离子色谱分析 测定 阴 、阳离子所 用分 离柱 、抑制柱 、流动相 都不同，测定不同离子应正确更换 ，以免造成仪器 故障。 (1)阴离子色谱分析 流动相通过泵不断送人 阴离子分离柱 、阳离子抑制柱和电导率池 ．经 电导 率仪检测后排掉 ，在未进样前 ，阴离子分离柱的树 脂为 R—HCO，型，流动相不与它作用，进到抑制柱 (含 R—H树脂)时，发生下述反应： R—H+NaHC0r R—Na+H2CO3 即作为流动相的强电解质 NaHCO 和 Na CO 经抑制柱后转化为弱电解质 H CO3 (包括 CO ，电 导率仪对它显示低的电导率(本底)。

基线平稳后，用 一 70一 注射器通过进样阀注入试样 ，试样 中的阴离子进入 分离柱中被同定相(分离树脂)和流动相进行无数次 交换 ，洗脱，再交换 ，再洗脱过程，使阴离子得到有 效的分离。分离后的物质进到阳离子抑制柱 ，柱中 的树脂又将阳离子进行交换 ，产生与阴离子相应的 酸 ．如 Cl离子 ： R—H+NaCl— R—Na+H +C1一 这样试样 中与阴离 子相 对应 的盐经 过抑 制 后 ，就转化为阴离 子对麻的酸 ，由此看 出，抑制柱 同时起到了抑制背景 电导和增强被测组分信号电 导的双重作用。对任一物质进行定量分析时 ，先要 注入该物质不同浓度的标准液 ，仪器会 自动记下 出峰 时间和峰 高(或峰 面积1并 作出标准 曲线 ，而 后注入未知含量的试样，标准曲线自动记下相同 出峰 时 间和峰高(或峰面 积1。根据 比值 显示该 离 子的浓度 。 (2)阳离子色谱分析 流动相通过泵不断送人 阳离子分离柱 、阴离子抑制柱和电导池 ，经检测后 排掉。未进样之前 ，阳离子分离柱的树脂为 R—H 型．流动相不与它反应 ，进 到抑制柱时则与 R—OH 反应 ： R—OH+HCI=R—CI+H2O 由于水是微弱电离的物质 ，电导率仪对它显 示很低的电导率 ，基线平稳后 ，和阴离子测定一 样 ．用注射器通过进样阀注入试样 ，使 阳离子在分 离柱 中得到有效的分离。

分离后 的物质进到抑制 柱．柱中树脂对阴离子进行交换 ．产生相应的氢氧 化物 ： R一0H+NaCl— R—CI+Na 4-OH一 对任一物质进行定量分析时 ．先要注入该物质 不同浓度的标准液 ．仪器 自动记下 出峰时间和峰高 (或峰面积)并作出标准 曲线 ，而后注入未知含量 的 试样 ，标准曲线自动记下相同出峰时间和峰高f或 峰面积)，根据比值显示该离子的浓度 。 离子色谱的技术已经解决了许多高纯水样品 的实际难题，在九江电厂水处理分析中得到了越来 越多 的实际应用 ，包括痕量阴阳离子 、过渡金 属离 子、有机酸和胺类物质的直接分析等。由于经典方 法中总需要加入试剂 ，试剂中或多或少地有待测物 质存在，一般都难以测准。离子色谱基本上已不存 在上述问题，而且准确快速。离子色谱仪还可以区 分出不同的氧化状态 ，避免测定过程中不同状态下 离子之间的相互转化。 维普资讯