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离子色谱前处理柱介绍

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1前言

     AnalysisLab Pre IC 样品前处理柱产品适用于对样品进行分析物的固相萃取和样品的基体消除。所谓的样品基体去除是指利用样品中基体组分与样品前处理小柱中的固定相之间的也有结合使基体中的干扰组分保留在样品前处理小柱上,而被分析物则不被保留直接通过样品前处理小柱,从而进行后续的分析测定。这样就可消除样品基体中共存组分对测定的干扰。对于分析物的直接固相萃取方法则是将分析样品的溶液通过样品前处理小柱时,分析物由于特有的结合作用被直接保留在样品前处理小柱上,而样品中的基体组分则不被保留,从而通过样品前处理小柱,随后再使用合适的洗脱剂将萃取于样品前处理小柱上的被分析物洗脱下来进行后续的分析测定,这种方法也可达到分析物富集和样品基体去除的作用。

     新的超声波焊接技术的应用,彻底解决了压力大引起的柱体崩开的问题。同时规格柱容量的前处理小柱可以使基体的消除更加彻底。

 表1为AnalysisLab Pre IC 样品前处理柱及其应用

柱类型和规格

功能团

应用示例

AnIC-A(1.0cc)

HCO3-型季胺盐

强保留阴离子的去除,溶液PH的调节

AnIC-Ag(1.0cc)

Ag+型磺酸盐

卤素阴离子的去除

AnIC-Ag/H(1.0cc)

Ag+型磺酸盐+磺酸

卤素阴离子的去除,过量Ag+的去除

AnIC-Ag/Na(1.0cc)

Ag+型磺酸盐+磺酸

卤素阴离子的去除,过量Ag+的去除

AnIC-Ba(1.0cc)

Ba2+型磺酸盐

SO42-的去除

AnIC-H(1.0cc)

磺酸

阳离子(重金属)的去除,碱性溶液的调节

AnIC-RP(1.0cc)

二乙烯基苯

疏水性化合物的去除,以及含有亲水基团的疏水性物质,如芳香族化合物

AnIC-Na(1.0cc)

Na+型磺酸盐

阳离子(重金属)的去除

AnIC-C18(1.0cc)

C18

疏水性化合物的去除

 

2 AnalysisLab Pre IC 样品前处理柱的应用

2.1 AnalysisLab Pre IC 样品前处理柱的预处理

   为了获得优异的分析结果,在使用AnalysisLab Pre IC样品前处理柱时应遵循如下原则。

  1. 在使用手动进行样品预处理时,为了对样品前处理柱提供必要的压力,应该使用5mL大小规格的注射器。
  2. 为了除去样品前处理柱上的微量离子性污染物并对柱填料进行预处理,应该在使用前按照表2所列的合适体积的去离子水或其他适当的溶剂对样品前处理柱进行冲洗。
  3.  
  4. 为了使柱床的处理效果理想化,应该按照表2推荐的流速使样品溶液通过样品前处理柱。对于基于吸附原理的样品前处理过程,只有当样品溶液的流速小于4.0mL/min时前处理柱的柱床才能获得有效的利用;而对于基于离子交换原理的样品前处理过程,只有当样品溶液的流速小于2.0mL/min时,前处理柱的柱床才能获得有效的利用。而当处理的样品溶液的量小于大容量时,则过样速度可适当加大。
  5. 不管是处理样品溶液还是标准溶液,都应该将起初的流出液弃去不用。例如,将样品溶液加入5mL的注射器中后,应该将先流出的3mL流出液弃去后,再收集下边的2mL流出液,用来进样进行离子色谱测定。
  6. 如果要被除去的物质为有色物资或其他人眼可观察到的物质(如AgCl沉淀),则样品前处理柱一直可使用到有色带扩展至距离样品前处理柱出口3/4处。在某些特殊应用情况下,如果想得到该前处理柱的大上样容量,则可让样品溶液一直通过该前处理柱,并用适当的检测方法进行连续检测,直到观察到柱的穿透为止。
  7.  
  8. 应该注意前处理柱 必须在垂直的情况下使用,这样对于样品的前处理才会取得理想的结果。

表2 AnalysisLab Pre IC 样品前处理柱的预处理方法

柱类型规格

冲洗试剂

冲洗试剂体积

(mL)

大流速

(mL/min)

要弃去的流出液体积(mL)

AnIC-A

 

 

 

 

 

1.0cc

去离子水

10

2

3

 

 

去离子水

16

2

6

 

AnIC-Ag

 

 

 

 

 

1.0cc

去离子水

10

2

3

 

 

去离子水

16

2

6

 

AnIC-Ag/H

 

 

 

 

 

 

去离子水

16

2

6

 

AnIC-Ba

 

 

 

 

 

1.0cc

去离子水

10

2

3

 

 

去离子水

16

2

6

 

AnIC-H

 

 

 

 

 

1.0cc

去离子水

10

2

3

 

 

去离子水

16

2

6

 

AnIC-RP

 

 

 

 

 

1.0cc

1.甲醇

2 去离子水

5

10

4

3

 

 

1甲醇

2去离子水

12

18

4

6

 

 

2.2 如何利用AnalysisLab Pre IC 样品前处理柱进行回收率测定实验

    基体去除回收率实验可以用来评价由于与基体组分一起保留于样品前处理柱上而造成的分析物的损失量。在大多数效果理想的前处理方法中,回收率应该接近于100%。该回收率的测定可大体按照这样的方法测定,让一分析物的溶液按一定的流速通过样品前处理柱,样品基体被保留在柱上被除去,而分析物则通过该柱,测定出通过该柱的分析物的浓度,就可计算出回收率,具体测定方法如下:

A 首先按照表2推荐的方法对样品前处理柱进行预处理。

B 用合适的标准溶液对离子色谱分析方法进行校正。

C 对于1.0cc前处理柱,将离子色谱标准溶液在压力推动下通过前处理柱,弃去前面的3mL流出液,收集其后的2mL流出液进行离子色谱分析。对于前处理柱,将离子色谱标准溶液在压力推动下通过前处理柱,弃去前面的6mL流出液,收集其后的2mL流出液进行离子色谱分析。

D 用校准校正方法对经过处理的标准溶液进行定量。

如果计算所得到的回收率不能令人满意,则表明样品可能已经被存在于前处理中的液体所稀释。产生这种情况的原因可能是弃去的流出液的体积的选择不够准确,在一般情况下,对于1.0cc前处理柱,3mL的流出液弃去体积是足够的,而对前处理柱,6mL的流出液弃去体积是足够的。

在样品基体中进行标准加入实验,并重复进行回收率测定计算。

有时测定所得的回收率较低,其原因可能是分析物与基体一起发生了共沉淀而被柱填料所保留(如Ag柱和Ba柱大多如此),也有可能是由于分析物结合于基体组分上所导致,有时可以通过调节溶液PH来改善回收率。例如对于Ag柱和Ba柱,当回收率较低时,对样品溶液进行适当的稀释可改善回收率。这是因为如果基体离子的含量太高,在过柱时基体成分发生沉淀时,部分分析物可以被该沉淀吸附,从而造成回收率的下降,稀释溶液可在一定程度上消除这种状况。

2.3 AnalysisLab Pre IC -H

AnalysisLab Pre IC- H柱是以H型聚苯乙烯基强酸树脂为调料的样品前处理柱。该树脂对于多价阳离子如钙离子和过渡金属离子具有很好的选择性。该前处理柱主要被用来去除样品基体中的碱土金属离子、过渡金属离子和碳酸根离子,也用来中和样品溶液的强碱性。在水分充分溶胀的情况下,1.0cc的该类前处理柱的阳离子交换容量为2.0~2.5meq,的该类前处理柱的阳离子交换容量为6.0~6.6meq。使用1.0cc的该类前处理柱,10mL的0.2MNaOH可以被中和;使用的该类前处理柱,30mL的0.2MNaOH可以被中和,该类树脂可在溶液PH0~14范围内保持稳定。

2.3.1 AnalysisLab Pre IC -H柱的应用:碳酸根CO32-去除

     与氮气或氦气吹扫操作结合,Pre IC- H柱可以非常有效地从样品溶液中除去CO32-离子,其过程是首先将样品溶液以表2推荐的标准方法通过Pre IC-H柱,在该过程中样品溶液即被酸化,碳酸根CO32-被转化为H2CO3,再用氮气或氦气吹扫该溶液5min就可以将碳酸H2CO3去除干净。采用这种方法可以从不少于10mL的样品溶液中将大于400ppm的碳酸根CO32-去除干净,当然该过程也会受到样品中存在的其他阳离子浓度高低的影响。

2.3.2 AnalysisLab Pre IC-H柱的应用:样品溶液的酸化

     与Pre IC-RP柱结合,Pre IC-H柱可用来除去样品溶液中存在的具有干扰性的弱酸性基体组分。其过程是首先将溶液通过Pre IC- H柱,则该溶液被转化为酸性,此时溶液中的弱酸性干扰基体组分以疏水性电中性形式存在,再将此溶液通过Pre IC-RP柱,则弱酸性干扰基体组分就会被吸附在Pre IC-RP柱上,被测成分则通过该柱,这样就达到了消除干扰的目的。

2.4 Pre IC-Ag

     Pre IC- Ag柱的柱填料中包含有强酸型阳离子交换树脂的银盐Ag+形式。除过其中的离子型银盐Ag+形式外,Pre IC -Ag柱的柱填料与Pre IC-H柱的填料相似。Pre IC-Ag柱的作用是利用生成银盐沉淀的原理除去样品溶液中的Cl-、Br-、I-、AsO43-、CrO42-、CN-、MoO42-、PO43-、SeO32-、SeCN-、SO32-、S2-、SCN-和WO42-等离子。该方法在使用前应该对目标化合物的回收率进行考察。另外该方法在酸性溶液中对于NO3-离子的回收率偏低,其回收率高低的程度取决于样品溶液的酸度和体积大小。

当用水将树脂充分溶胀后,1.0cc规格的Pre IC-Ag柱的柱容量为2.0~2.2meq,规格的Pre IC Ag柱的柱容量为6.0~6.6meq。例如,使用1.0cc规格的Pre IC -Ag柱可以处理大约9mL浓度为1%的NaCl溶液。在使用中,Pre IC Ag柱后常常联用有一个Pre IC -H柱,其目的是用Pre IC- H柱捕获可能穿透的Ag+离子,这样可以保护后面的分析柱。

还需要特别注意的是使用Pre IC -Ag柱时,溶液PH应该在7.0以下,如果溶液PH等于或大于7,则会生成氧化银沉淀而使Pre IC -Ag柱变黑。

2.4.1 回收率数据

     使用Pre IC- Ag柱时,对2mg/L的F-,10ppm的SO42-和15ppm的NO3-回收率在98%以上。对于高盐基体中卤素离子的去除,如果分析物的回收率偏低,则应该对样品进行适当的稀释。有时还会发生分析物在沉淀上的吸附。表3给出了使用规格的Pre IC- Ag柱处理后溶液中Cl-离子的残留情况。

Cl-初始浓度(mg/L)

Cl-残留浓度(mg/L)

0

0.10

100

0.1

200

0.1

300

0.12

400

0.13

   当PO43-是分析物之一时,应该考虑基体对于PO43-回收率的影响。PO43-可与Ag+离子形成沉淀而影响其回收率,这种影响的程度取决于样品基体的成分。此时应该用标准加入法来考察PO43-的回收率。

2.5 Pre IC Ag/H

Pre IC Ag/H柱()是包含Pre IC- Ag和Pre IC- H两种树脂的层状复合树脂柱。

Pre IC- Ag/H柱的柱填料中包含银盐形式的高容量的强酸型阳离子交换树脂(Pre IC Ag)。该柱可用来生产沉淀的方式从样品溶液中去除Cl-、Br-、I-、AsO43-、CrO42-、CN-、MoO42-、PO43-、SeO32-、SeCN-、SO32-、S2-、SCN-和WO42-等老子。用这种方法处理样品时应该对分析目标物的回收率进行测定考察。在酸性样品溶液中处理样品时,NO3-的回收率可能偏低,偏低的程度取决于溶液的PH和样品溶液的体积。

   Pre IC- Ag/H柱的填料中也包含有氢H+型的强酸型聚苯乙烯型的阳离子交换树脂(Pre IC H)。该树脂对多价阳离子如过渡金属离子和钙离子Ca2+具有很好的选择。该复合柱起初的设计目的就是为了从样品基体中除去较高浓度的碱土金属和过渡金属离子、中和强碱性样品溶液和去除样品中的碳酸根CO32-。在该复合柱的结构中,Pre IC H树脂被放在两层结构中的外层,该层树脂可除去样品基体中的可溶性Ag+离子和其他阳离子。这种两层复合柱可以用来代替以串联形式连接起来的两个单柱,另外该柱还有去Ag+总量。

    Pre IC -Ag/H柱的柱容量为5.5meq(Pre IC -Ag)和1.0meq(Pre IC H)。

2.6 Pre IC-RP

Pre IC-RP填料是具大孔结构的聚二乙烯基苯聚合物反相填料。这类树脂对疏水性化合物尤其是不饱和化合物和芳香化合物具有高的选择性,并可与液相色谱的有机溶剂相匹配,其可在整个pH范围内即PH0~14范围保持稳定。Pre IC-RP柱可以在好多情况下代替C18键合硅胶应用于好多领域,特别是当样品溶液的酸度或碱性极强时更应如此。Pre IC- RP柱主要被推荐来用于从样品基体中去除下列物质:芳香染料、碳氢化合物、表面活性剂及一些有机羧酸。Pre IC- RP柱也可被用于某些微量组分的富集,在该技术中一些微量的物质首先被从样品基体分离并浓缩于Pre IC- RP柱上,然后在用少量的合适溶剂将这些物质从柱上洗脱下来,在此过程中,达到对微量物质进行分离和富集的目的。由于柱填料中不含阴、阳离子交换位点,其不会保留离子性物质,所以在进行离子交换分析以前,常常使用Pre IC -RP柱从样品基体中除去疏水性污染物。

    在反相模式中,聚二乙烯基苯树脂的主要作用模式是疏水性作用。当要使用Pre IC- RP柱处理水溶液时,应该用适量的甲醇处理该柱(参看表2:各种样品预处理柱的预处理方法),用甲醇处理的主要目的是对填料表面进行润湿,这样可使树脂的处理效率得到大发挥。从下面的两个实验可以充分看出使用甲醇对柱进行处理的效果:分别使用两个Pre IC- RP柱对5mL1000ppm的十二烷基硫酸钠溶液以4.0mL/min的流速进行处理。这两个柱中一个经过甲醇预处理过,另一个未用甲醇进行预处理,实验结果时从经过甲醇预处理的柱中流出的溶液的十二烷基硫酸钠的浓度为24ppm,而从未用甲醇进行预处理的柱中流出的溶液的十二烷基硫酸钠的浓度为979ppm。这说明未经甲醇处理的Pre IC- RP柱对阴离子表面活性剂基本没有保留。

2.6.1 回收率数据

     溶液的pH值对羧酸的回收率有极重要的影响。当样品溶液的酸度处在使羧酸发生质子化的pH值时,羧酸的回收率严重下降。表5简要概括了使用Pre IC- RP柱处理几种羧酸包括一价羧酸、芳香酸和二价羧酸时的回收率数据。该数据是起初的3mL流出液弃去,然后收集其后的2mL流出液测定而得到的。

从表5可以看出,对疏水性较强的有机羧酸,在其溶液中加入少量的异丙醇有利于增加羧酸的回收率。

表5 Pre IC -RP柱对一些羧酸类物质的回收率

物质(浓度ppm)

pH2.5(aq)

pH4.5(aq)

pH4.5(2%IPA)

pH 6(aq)

乙酸    (5)

50%

81%

100%

100%

戊酸    (20)

0%

0%

10%

3%

苯甲酸  (10)

0%

3%

14%

8%

琥珀酸  (10)

50%

100%

100%

98%

酒石酸  (10)

100%

101%

100%

100%

注:测定结果的准确度在5%以内

    这些数据说明当将样品溶液的pH调节至pH低于2.5时有些疏水性强的有机酸可以用Pre IC -RP柱除去。

2.6.2 Pre IC- RP柱的应用:表面活性剂的除去

     除可以被用在反相模式中外,Pre IC- RP柱柱还可以被使用在以离子对方式除去离子性物质中。在这种方式中,被推荐使用的离子对试剂是氢氧化四甲基铵。当使用大于氢氧化四甲基铵的离子对试剂如氢氧化四乙基铵和氢氧化四丙基铵时,无机阴离子的损失会明显增大。任何能够使用NH4OH或TMAOH离子对试剂被以MPIC方式保留的物质均能够使用Pre IC- RP柱以离子对方式从样品基体中除去。一般来说,对阴离子表明活性剂的去除,使用离子对的操作方式比使用反相的操作方式时,1.0ccPre IC -RP柱的柱容量更大;如在反相模式中,1.0cc Pre IC -RP柱可以除去的十二烷基硫酸钠的量为20 mg,而当以氢氧化四甲基铵为试剂,以离子对操作模式进行时,1.0 cc Pre IC -RP柱则可以除去90mg的十二烷基硫酸钠。以反相模式进行时,Pre IC -RP柱对F-、Cl-、PO43-、NO3-、和SO42-       回收率>98%;当以氢氧化四甲基铵为试剂,用离子对操作方式进行时,Pre IC- RP柱对这些离子的回收率>96%

2.7 Pre IC -A

      Pre IC -A柱(1.0cc)HCO3-型的聚二乙烯苯强碱型阴离子交换树脂。该树脂是阴离子选择性的树脂,其主要被用于样品基体中阴离子杂质的去除和酸性样品的中和,主要适用于阳离子的分析。该柱也被用于从糖蛋白水解液或碳水化合物样品中去除阴离子氨基酸、多肽、蛋白质以及其他污染物。在水充分溶胀的情况下,1.0 cc Pre IC- A柱的交换容量为0.7meq, Pre IC -A柱的交换容量为2.1 meq。另外该树脂在pH0~14保持稳定。

2.8  Pre IC- Ba

     Pre IC Ba柱(1.0cc)的填料为Ba2+型高容量强酸型阳离子交换树脂。当树脂溶胀时,1.0 cc Pre IC Ba柱的交换容量为2.0~2.2meq。在合理使用的情况下,Pre IC- Ba柱可以根据生成沉淀的原理除去SO42-和CrO42-

    SO42-离子被Ba2+型树脂的沉淀去除程度取决于样品基体中其他阳离子对Ba2+离子的淋洗作用。因此SO42-离子的去除率随样品基体的变化会发生高度变化。1.0cc Pre IC- Ba柱能够将100ppm的Na2SO4溶液中的SO42-离子减少到15ppm。 Pre IC- Ba柱能够将100ppm的Na2SO4溶液中的SO42-离子减少到5ppm。

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