1. 陰離子交換柱流出水的電導率為什麼遠小於陽離子交換柱流出水
陰離子交換柱和陽悉局皮離子交換柱都是常見的離子交換色譜柱,但是它們的工作原理和流出水的離子種類不同,因此流出水的電導率也不同。
在陰離子交換柱中,固定相通常是帶有正電荷的樹脂,它可以吸附帶有負電荷的陰離子。當樣品溶液通過柱子時,陰離子會被樹脂吸附,而流出水中的離子主要是未被吸附的陽離子。因此,陰離子交換柱流出水的電導率遠小於陽離子交換柱流出水。此外,陰離子交換柱的流出水通常需要用鹼性溶液進行洗脫,這些鹼性離子也會降低流出水的電導率。
相比之下睜差,陽離子交換柱中的固定相是帶有負電荷的樹脂,它可以吸附臘鄭帶有正電荷的陽離子。當樣品溶液通過柱子時,陽離子會被樹脂吸附,而流出水中的離子主要是未被吸附的陰離子。因此,陽離子交換柱流出水的電導率通常比陰離子交換柱高。
總之,陰離子交換柱和陽離子交換柱的工作原理不同,導致它們流出水的離子種類和電導率也不同。
2. 離子色譜儀工作原理
離子色譜儀工作原理是基於離子交換樹脂上可離解的離子與流動相中具有相同電荷的溶質離子之間進行的可逆交換和分析物溶質對交換劑親和力的差別而被分離。具體來說,離子色譜儀利用固定相與流動相間的交換作用來分離離子。當樣品溶液進入色譜柱後,其中的離子會與固定相中的離子交換樹脂發生交換作用。由於不同離子對樹脂的親和力不同,它們在色譜柱中的滯留時間也會有所不同,從而實現離子的分離。
在離子色譜儀的工作過程中,流動相起到關鍵作用。它攜帶樣品中的離子通過色譜柱,而色譜柱內的離子交換樹脂則根據離子的電荷和親和力進行分離。分離後的離子隨流動相依次流至檢測器,檢測器將離子信號轉換為電信號,並輸出色譜圖。
舉例來說,如果使用NaOH作為淋洗液分析樣品中的F-、Cl-和SO42-,這些陰離子會首先與分析柱的離子交換位置進行直接交換並被保留在柱上。隨後,這些被保留的陰離子會被淋洗液中的OH-基置換並從柱上被洗脫。在這個過程中,對樹脂親和力較弱的離子會先於對樹脂親和力強的離子被洗脫,從而完成離子的分離。
總的來說,離子色譜儀的工作原理是通過利用離子交換樹脂的交換作用,根據離子對樹脂親和力的差異,在色譜柱中實現離子的分離,並通過檢測器對分離後的離子進行檢測和定量分析。這種技術廣泛應用於環境監測、食品安全、葯物分析和化工行業等領域,為這些領域提供了可靠的分析數據。
3. 離子交換色譜法的原理、裝置及應用是什麼
原理:
離子交換色譜(ion
exchange
chromatography,IEC)以離子交換樹脂作為固定相,樹脂上具有固定離子基團及可交換的離子基團。當流動相帶著組分電離生成的離子通過固定相時,組分離子與樹脂上可交換的離子基團進行可逆變換。根據組分離子對樹脂親合力不同而得到分離。
裝置:
(1)分離柱
裝有離子交換樹脂,如陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂或螯合離子交換樹脂。為了減小擴散阻力,提高色譜分離效率,要使用均勻粒度的小球形樹脂。最常用的陽離子交換樹脂是在有機聚合物分子(如苯乙烯-二乙烯基苯共聚物)上連接磺酸基官能團(─SO3─)。最常用的陰離子交換劑是在有機聚合物分子上連接季銨官能團(─NH4)。這些都是常規高交換容量的離子交換樹脂,由於它們的傳質速度低,使柱效和分離速度都低。C.霍瓦特描述了一種薄膜陰離子交換樹脂,它是在苯乙烯-二乙烯基苯共聚物核心上沉澱一薄層陰離子交換樹脂,就象雞蛋有一薄層外皮那樣,離子交換反應只在外皮上進行,因此縮短了擴散的路徑,所以離子交換速度高,傳質快,提高了柱效。同樣,在小顆粒多孔硅膠上塗一薄層離子交換材料也可得到相同類型的樹脂。螯合離子交換樹脂具有絡合某些金屬離子而同時排斥另一些金屬離子的能力,因此這種樹脂具有很高的選擇性。除了離子交換柱外,其他高效液相色譜柱也可用於分離離子。
(2)抑制柱和柱後衍生作用
常用的檢測器不僅能檢測樣品離子,而且也對移動相中的離子有響應,所以必須消除移動相離子的干擾。在離子色譜中,消除(抑制)移動相離子干擾的常用方法有兩種。
①抑制反應,用抑制反應來改變移動相,使移動相離子不被檢測器測出。離子色譜通常使用電導檢測器。在抑制反應中??綞匝衾胱佣?裕?把高電導率移動相的氫氧化物轉變成水,而樣品離子則轉變成它們相應的酸:
NaOH+H+─→Na++H2O
NaX+H+─→HX+Na+
在裝有強酸性陽離子交換樹脂的柱中進行抑制反應,使用一段時間後,這種樹脂就需要再生,很不方便。改用連接有磺酸基(─SO3H)的離子交換膜(陽離子交換膜)或用連接有銨基(─NH4)的離子交換膜(陰離子交換膜),就可以連續進行抑制反應。例如,陽離子交換膜可使陽離子通過它擴散過去,而陰離子則不能擴散過去。
1981年,T.S.史蒂文斯和斯莫爾等報道了中空纖維抑製法。這種纖維是由陽離子交換膜材料拉制而成。用這種方法不僅不需要再生抑制柱而且減小了峰的加寬,提高了柱效。一種比較新的膜技術是加一電場以加速離子的傳遞,該法與中空纖維法比較,其優點是反應時間短、交換能力高,並且可以用於陽離子和陰離子兩者。
②柱後衍生作用,將從柱子流出的洗出液與對被測物有特效作用的試劑相混合,在一反應器中生成帶色的絡合物(見配位化合物)。對衍生試劑最重要的要求是它們與被測物能生成絡合物,但不與移動相生成絡合物。柱後衍生法能用於測定重金屬離子,所用的衍生試劑有茜素紅S等。
(3)檢測器
分為通用型和專用型。通用型檢測器對存在於檢測池中的所有離子都有響應。離子色譜中最常用的電導檢測器就是通用型的一種。紫外-可見分光光度計是專用型的檢測器,對離子具有選擇性響應。可變波長紫外檢測器與電導檢測器聯用,能幫助鑒定未知峰,分辨重疊峰和提供電導檢測器不能測定的陰離子,如硫化物及亞砷酸中的陰離子的檢測。
在離子色譜中,電導檢測法總是和抑制反應配合使用。這種檢測器對分子不響應,如水、乙醇或者不離解的弱酸分子等。對於電導檢測器,一個重要的條件是溫度要穩定,所以檢測池要放在恆溫箱中,1982年H.薩托設計一種雙示差電導檢測器,消除了溫度變化對檢測的影響,可測定10-9摩爾的陰離子。
應用:
離子色譜主要用於測定各種離子的含量,特別適於測定水溶液中低濃度的陰離子,例如飲用水水質分析,高純水的離子分析,礦泉水、雨水、各種廢水和電廠水的分析,紙漿和漂白液的分析,食品分析,生物體液(尿和血等)中的離子測定,以及鋼鐵工業、環境保護等方面的應用。離子色譜能測定下列類型的離子:有機陰離子、鹼金屬、鹼土金屬、重金屬、稀土離子和有機酸,以及胺和銨鹽等。