氢氧根梯度淋洗系统

[align=center]等度淋洗还是梯度淋洗[/align]本篇从[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]等度淋洗与梯度淋洗的区别、优势、操作难易、谱图分析等角度介绍两种淋洗模式，用真实的分析数据说话，无论有无使用经验都能毫无阻碍的阅读。阅读的同时可带着这两个问题思考：为什么要选择梯度？梯度会让操作更麻烦吗？以阴离子分析为例做具体说明，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]分析阴离子时常采用氢氧根淋洗液或碳酸根/碳酸氢根淋洗液，顾名思义等度淋洗为在分析过程中淋洗液组成和浓度都不变，采取手动配置淋洗液时只需要配制一种，只需要一个高压泵即可完成，对仪器管路简单，能满足大部分分析需求。但对一些样品存在难以解决的问题，例如同时分离强弱保留组分共存的样品，使用低浓度淋洗液，强保留组分洗脱时间很长甚至不能被洗脱，若提高淋洗液浓度将强保留组分快速洗出，则很大可能会影响或干扰弱保留组分的分离；这个合适的“度”并不好掌握，于是梯度淋洗应运而生。梯度淋洗则可以设置梯度程序，常使用的是浓度梯度，即在不同时间设置不同的淋洗液浓度。在起始阶段选择较低的淋洗液浓度，将弱保留组分洗脱后即可升至高浓度，将强保留组分快速洗出，实现强弱保留组分的同时分析。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209281530495069_9000_5638282_3.jpg[/img][/align]梯度曲线以红色虚线表示，根据谱图可知，梯度淋洗在起始浓度使用10mM氢氧化钾淋洗液，10-30min浓度线性增加到30mM，30-40min维持30mM的浓度，在最后阶段回到起始浓度10mM。不但大大缩短了磷酸根的洗脱时间，峰形变得更尖锐对称。并且将弱保留的组分的分离度提高。不同样品选择合适的梯度程序可以改善分离条件，提高分离度，减少分析时间，提高分析效率。在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]中保留时间越长，峰形越宽，使用梯度淋洗能保持峰形的尖锐，提高峰的对称性有利于定量分析。因此有更高的分析需求，复杂的分析样品或需要摸索最佳分离条件的用户，或等度淋洗无法解决的情况下，配备淋洗液发生器并使用梯度淋洗将是不二之选，先进的淋洗模式将助力科研的速度。下面以青岛睿谱INTELLIC工作站的浓度梯度设置界面为例：在左侧梯度程序设置中用鼠标任意建立和修改相应梯度程序（支持20行），同时在右侧会实时根据设置的梯度程序生成更直观的梯度曲线；并且在进行分析时的实时曲线中也叠加显示此梯度曲线。将淋洗液信息一目了然，可根据谱图对梯度曲线及时进行优化。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209281530502377_5311_5638282_3.png[/img][/align]实现梯度淋洗的最简单方法是使用淋洗液发生器，仪器上方的淋洗液瓶只加入脱气之后的超纯水，只需用鼠标点击即可设置相应的淋洗液浓度，在线产生纯净的浓度精准的淋洗液。一方面操作简便省去了配制溶液的手动步骤，自动化程度大大增加。另一方面整个流程避免了使用化学试剂带来的误差和危害，使分析结果的重复性大大提高，实现了只使用水进行分析的绿色化学。下面是几张梯度程序应用的实际案例谱图：[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209281530505053_5413_5638282_3.png[/img][/align][align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209281530502803_843_5638282_3.png[/img][/align]细心的人除了能从这两张不同的谱图中看出应用的场景外，第二张图能明显的看出因淋洗液浓度变化而导致的基线漂移，那为什么第一张图使用梯度浓度更高而基线漂移却不那么明显呢？先说原因，梯度淋洗时开启CR-TC并施加合适电流即可大大降低基线漂移和噪声，并能使背景电导进一步降低。这里先简单介绍部件，下篇将详细介绍其原理与应用。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209281530504102_7148_5638282_3.jpg[/img][/align][align=center][font='等线 light'][size=13px]淋洗液发生器实拍图（未接C[/size][/font][font='等线 light'][size=13px]R-TC[/size][/font][font='等线 light'][size=13px]）[/size][/font][/align]使用梯度淋洗的三要素：氢氧根体系色谱柱、淋洗液发生器、自动再生电解抑制器，在青岛睿谱已经实现国产化自主化，在提升国产[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]器性能的路上不断前进。青岛睿谱分析仪器有限公司研发生产的淋洗液发生器将淋洗液罐、CR-TC、脱气盒单独设立一个机箱，与[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]主机连接方便，可轻松实现氢氧根淋洗液的梯度淋洗，经过验证，搭配自家WLK-12A抑制器可有效抑制70mM氢氧根淋洗液而不发生明显基线漂移。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209281530505782_3893_5638282_3.png[/img][/align]知识拓展：氢氧根体系色谱柱与碳酸盐体系色谱柱的区别固定相：碳酸盐体系色谱柱功能基为烷基季铵盐，对碳酸盐的亲和力较强，对氢氧根的亲和力弱；相应的氢氧根体系色谱柱使用的是对氢氧根亲和力更高的固定相。分离和检测角度看氢氧根做淋洗离子经过抑制器抑制后的背景电导更低，噪声更小，非常适合进行痕量分析，还可使用高浓度淋洗液分离强保留组分。而某些特定领域碳酸盐体系也具有一定优势，如测定磷酸盐；对上述内容若有疑问或建议，欢迎大家留言讨论现在您已经对等度淋洗和梯度淋洗有了初步的了解，如果需要更深一步的了解梯度淋洗，请看下篇：梯度淋洗进阶篇——CR-TC（连续再生捕获柱）

[align=center]梯度淋洗进阶篇——CR-TC[/align]在上篇我简单介绍了[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]的等度淋洗和梯度淋洗，当使用氢氧根梯度淋洗时，往往需要淋洗液发生器，其中至少要包括淋洗液罐和脱气盒两个部件。淋洗液罐根据设置的梯度程序施加电流来产生对应浓度的氢氧根体系淋洗液，但此时淋洗液中含有大量气泡，若不排出则会对后面色谱柱产生不利影响，并产生相当大的噪声。因此后面必须加入脱气盒；脱气盒内层管路采用特氟龙材料，能使气体穿过淋洗液管路进入再生液流路，而淋洗液不能穿过。在使用时需要在脱气盒后提供足够大的反压（＞7MPa）。虽然只使用这两个部件也能实现氢氧根浓度梯度淋洗，但在实际实验条件下仍存在一些问题，例如随淋洗液浓度增加发生较大的基线漂移，此时就需要使用CR-TC来解决。让我们先看看淋洗液发生器有无CR-TC时的对比情况；[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210010817224317_363_5638282_3.png[/img][/align]将两条曲线合在同一个坐标轴下对比非常明显。观察1号峰和2号峰，由于未使用CR-TC基线漂移使得2号峰与1号峰分离度不好，5号峰由于淋洗液浓度线性升高导致峰形不对称，而6，7, 8号峰的峰高受到很大影响。氢氧根体系自身的低背景电导对基线噪声和漂移的要求更高。由于梯度淋洗的淋洗液浓度会发生很大改变，导致淋洗液性质发生变化，不可避免的引入了少量杂质离子，此时通过电导检测器表现出来的就是发生了基线漂移，这会干扰到仪器对样品的分析，因此发展出了淋洗液在线净化装置CR-TC。对比可知，CR-TC能有效降低由于浓度变化而带来的基线的漂移，提高定量分析能力，信噪比增加将得到更准确的结果，满足更高的实际需求。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210010817226573_6277_5638282_3.png[/img][/align]CR-TC（连续再生捕获柱）采用电解水的方式，在阴极产生氢氧根，可透过阴离子交换膜，通过多种作用力将其它阴离子从淋洗液中去除，使淋洗液中[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210010817216114_8345_3957149_3.png[/img]更加纯净。根据法拉第定律可知施加电流与产生的氢氧根数量的关系；而[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210010817223165_2023_3957149_3.png[/img]在经过抑制后转化成电导极低的水，因此可以进一步降低背景电导和基线漂移，搭配WLK系列抑制器实现高浓度氢氧根淋洗液梯度淋洗。因此CR-TC成了淋洗液罐和脱气盒之间不可或缺的好搭档。大家又是如何解决基线漂移的问题的呢？欢迎在评论区讨论；如有其他疑问或想要了解更多也可在评论区留言评论，如能提供帮助，我将不胜荣幸。最后，简单分享两张青岛睿谱的RPIC-2017型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]（使用RPEG淋洗液发生器）的实验谱图。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210010817225335_8652_5638282_3.png[/img][/align]各种阴离子的混合标准溶液经过0.22μm微膜过滤后直接进样，使用WLK-8A（4mm）抑制器、RPEG淋洗液发生器、动态量程电导检测器；进样体积：25μL，流速1mL/min；根据谱图可知，18种阴离子在35min内即可完成分离检测，并且大多数离子峰形尖锐对称，满足定量分析需求。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210010817231212_9056_5638282_3.png[/img][/align]各种阴离子混标的样品经过0.22μm微膜过滤后直接进样。使用WLK-8A（4mm）抑制器、RPEG淋洗液发生器、动态量程电导检测器；进样体积：25μL，流速1mL/min；根据谱图可知，在优化色谱条件后30分钟内可以同时分离饮用水中常见阴离子（氟离子、氯离子、硝酸盐、硫酸盐等）和氯酸盐、亚氯酸盐、溴酸盐、二氯乙酸、三氯乙酸五种消毒副产物。

[align=center][size=29px][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]与[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]中的梯度淋洗[/size][/align][align=center][/align]1 等度淋洗与梯度淋洗进行高效[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]与[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]分析时，常用两种洗脱方式，即等度淋洗与梯度淋洗。其中等度淋洗在分析全过程中流动相的组成不变。而梯度淋洗中流动相组成随运行过程是变化的（例如氢氧根体系中氢氧化钾浓度由15mM增至50mM）。下图为几种不同的梯度形状。其中曲线梯度较为不常见。[img=,690,396]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209270935486413_397_1809927_3.jpg!w690x396.jpg[/img]目前许多实验室对梯度淋洗有很大偏见。他们偏爱等度淋洗的原因有以下几点：①一些实验室尚不具备支持梯度淋洗的色谱仪（只有一个泵且没比例阀）。②梯度淋洗更复杂，似乎更难建立新方法。③某些HPLC检测器(如示差折光检测器)不能使用梯度淋洗。④每次运行梯度淋洗后需重新平衡色谱柱，耗时较长。⑤不同设备的分离结果可能不同，所以梯度淋洗法移植时会出现保留时间差异。⑥梯度淋洗中的基线噪声和基线漂移更大，更容易受到试剂纯度的影响。⑦某些色谱柱或流动相不适于梯度淋洗。实际上，梯度淋洗分离方法的建立和日常操作与等度淋洗相比并不太难。而且很多分离只适于使用梯度淋洗。2 梯度淋洗的优势用等度淋洗时，由于流动相全程保持不变，如果待分析物，的保留差异很大，则会出现弱保留组分扎堆洗脱且强保留组分很晚才洗脱，从而无法获得满意的分离。[font='times new roman']为了比较等度淋洗与梯度淋洗的不同，我们使用同一根色谱柱分离相同的样品，下图是等度淋洗与梯度淋洗的对比谱图，上半部分为等度[/font][font='times new roman']淋洗曲线，下半部分为梯度淋洗曲线。通[/font][font='times new roman']过对比我们可以发现，等度淋洗时[/font][font='times new roman']1~6[/font][font='times new roman']号峰分离度不太理想，[/font][font='times new roman']13[/font][font='times new roman']号峰保留时间过长，而在梯度淋洗时，为了改善[/font][font='times new roman']1~6[/font][font='times new roman']号峰的分离，我们采用较低的淋洗液浓度，为了快速洗脱强保留的[/font][font='times new roman']13[/font][font='times new roman']号峰，我们在[/font][font='times new roman']6[/font][font='times new roman']号峰后提高了淋洗液浓度，使得[/font][font='times new roman']13[/font][font='times new roman']号峰由原来的[/font][font='times new roman']80[/font][font='times new roman']分钟提前到[/font][font='times new roman']40[/font][font='times new roman']分钟。由此可见，梯度淋洗可有效改善弱保留组份分离度，快速洗脱强保留组份。此外，等度淋洗时，弱保留组份峰形比较窄而强保留组份峰形较宽，梯度淋洗时增强洗脱能力可以使强保留组份也获得尖锐的峰形。[/font][align=center][img=,690,390]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209270936062924_2978_1809927_3.jpg!w690x390.jpg[/img][/align]3 使用梯度淋洗时的注意点3.1 基线漂移[align=left]在[font='times new roman']HPLC[/font]中，不同流动相（水、甲醇、乙腈）对于紫外吸收的程度不同，导致梯度淋洗时产生基线漂移，且不可避免。[/align][align=left]在碳酸盐体系[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]中，抑制产物是碳酸，碳酸浓度不同其电导也不同。故梯度淋洗会产生基线漂移，且不可避免。[/align][align=left]对于氢氧根淋洗液和甲烷磺酸淋洗液，抑制产物是水，理论上在梯度淋洗时不会产生基线漂移；而实际上由于试剂纯度以及抑制不完全等原因，也是存在基线漂移的。[/align]3.2 流动相平衡每次梯度淋洗结束时，流动相的组成已经与分析开始时大不相同了。为了下一次的梯度淋洗，必须用初始浓度的流动相对色谱柱进行彻底平衡后，再进行梯度淋洗。色谱柱平衡时间不足时，色谱图早期被洗脱的峰的保留时间会发生改变，而后期被洗脱的峰通常不受影响。3.3 流动相浓度的滞后现象当确定了梯度淋洗程序后，开始梯度淋洗，但由于实现梯度淋洗的仪器设备结构或电子控制系统等多种原因，使得我们实际观测到底梯度淋洗向后平移了一段时间，此现象称为梯度系统的滞后时间。使用相同的梯度淋洗程序，对于同一个样品，在不同的色谱仪上进行梯度淋洗，由于仪器结构、电路控制以及管线长度的差异，表现出的滞后时间往往不同。4 梯度淋洗的类型传统上，梯度淋洗分为高压梯度（也叫内梯度）和低压梯度（也叫外梯度）。另外，在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]领域提出淋洗液发生器的概念后，使用淋洗液发生器时也可以进行梯度淋洗。4.1 高压梯度（内梯度）高压梯度又称内梯度，采用多个高压泵将不同的流动相增压后送入混合室混合后送入色谱柱。流动相中有几种变化组分就称为几元梯度。二元梯度淋洗需要两台高压输液泵；三元梯度淋洗需要三台高压输液泵；每台高压输液泵的输出量由程序控制，按照设定程序将不同量的溶剂送到混合室混合，产生任意形式的梯度淋洗曲线。高压梯度通常以二元高压梯度最为常见。下图为二元高压输液系统示意图。[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209270931283755_4332_1809927_3.jpeg[/img]泵A和泵B出来的流动相在混合器里面混合的时候，都是处于高压状态，这时候，流动相对气体溶解度较高，流动相中不容易析出气泡，从而避免导致[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]压力波动、流速不准、基线波动等种种问题。4.2 低压梯度（外梯度）低压梯度又称外梯度，是在常压下将流动相的不同组分混合后再用高压输液泵送入色谱柱的方法，利用电磁比例阀控制不同溶剂的流量变化，使溶剂按不同比例被输送入到混合室中混合，然后用一台高压输液泵将混合好的流动相输送到色谱柱中。低压梯度通常以四元低压梯度最为常见。流动相对气体的溶解度较低，如果流动相中溶解的气体比较多的话，在混合时就可能有小气泡形成，导致压力波动等种种问题。气泡永远是[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]的天敌。下图为四元低压输液系统示意图。[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209270931284761_9930_1809927_3.jpeg[/img]低压梯度一定要配脱气机，先对流动相进行在线脱气，才能用电磁比例阀进行混合，要不然很容易产生气泡。而高压梯度一般情况下可以不用配在线脱气机就能在线混合，运行梯度方法。高压梯度的优势：优势1：混合精确性高从上面的介绍可以看到，两种梯度体系的混合方式完全不同。高压梯度相当直观，通过分别控制两个泵的流速，就能够准确控制两种流动相的比例。比如在1ml/min的流速下，要达到A：B两种流动相70：30的混合比例，那就设置A泵流速0.7ml/min，B泵流速0.3ml/min就可以了。当然这些都是系统和软件自动完成的。只要做到泵流速准确，比例就能准确。而低压梯度则通过电磁比例阀来控制混合比例，那比例阀又是如何工作的呢？一般来说，比例阀是通过控制入口通道分别打开时间的长短来控制混合比例的。举个例子可能更容易理解，仍然是A：B两种流动相70：30的混合比例。为了达到这个效果，B、C、D三个通道都关闭，A通道打开7ms，这时候进入系统的都是A；然后，A、C、D关闭，B通道打开3ms，这时候进入系统的都是B。这样就得到了70/30的流动相的比例。大家能感觉出来，进入系统的流动相其实是一段A、一段B这样的。如果两种流动相比例比较悬殊（比如某组分只占有1%），这种混合方式的误差相对比较大。优势2：延迟体积小使用高压梯度时，流动相混合后，经过混合器、压力传感器、阻尼器，放空阀，然后进入进样器。反观低压梯度，流动相混合后要经过整个泵头(包括主动入口阀、两个泵腔、出口阀、管路等等)，才能到达进样器。一般来说，我们把流动相从混合开始，最后到达柱头这段体积叫延迟体积。流动相梯度的变化要到色谱柱头，才能够对分离产生影响，所以有一定的延迟。延迟体积越大，梯度的变化到达柱头的时间越长，导致分析时间越长。我们可以看到，高压梯度先天地决定了其延迟体积远小于低压梯度。这就决定了在色谱分析时间要求很短的梯度方法中，比如各种小粒径的色谱柱的快速分析方法，都采用高压梯度方法。不同品牌、类型的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]之间的延迟体积差异，是方法转移后出现结果跟以前不一样了的最大的原因之一。低压梯度的优势：高压梯度这么多优势，但在实际上，还是低压梯度用得更多一些。低压梯度的优势是：便宜。低压梯度只需要一个输液泵就能运行梯度条件，，高压梯度最低需要两个泵才能运行梯度。在运行方法条件不是很苛刻的时候，低压梯度能达到跟高压梯度一样的分析效果，而价格可能要便宜得多。而且只有一个泵，后期保养成本也低。因为便宜，所以市场保有量更大，很多标准方法都是在低压梯度下开发的。用高压梯度需要进行方法移植。如果用一些三元甚至更高元梯度的方法，四元低压梯度可以直接拿来用，高压梯度需要购置三个甚至四个泵，成本进一步提高。四元低压梯度可以在进样程序中直接设置走完序列后冲洗瓶子；而高压梯度要达成这样的方法，需要购置阀控或者更多的泵。4.3 [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]淋洗液发生器产生的梯度淋洗[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]使用的流动相以酸碱盐的水溶液为主，传统的配制方法是称量试剂并溶解定容。淋洗液发生器通过电解在线产生高纯度淋洗液，并支持梯度程序，是[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]发展中的重大跨越。此处以[font='times new roman']KOH[/font]淋洗液发生器为例介绍淋洗液发生器的原理。淋洗液发生器通电时，阳极电解产生氢离子及氧气，氢离子和罐中的氢氧根离子反应生成水，导致罐中钾离子（阳离子）比氢氧根离子（阴离子）数量多。多出来的钾离子在电场及渗析作用的驱动下通过阳离子膜到达氢氧化钾发生室。阴极在氢氧化钾发生室的底部，电解产生氢氧根离子和氢气。[align=center][img=,591,290]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209270936253224_254_1809927_3.jpg!w591x290.jpg[/img][/align]随着超纯水不断流入氢氧化钾发生室，钾离子和氢氧根离子以及氢气随着水流入[font='times new roman']CR-ATC[/font][font='times new roman']（主要作用是去除杂质阴离子）[/font]和脱气盒，在脱气盒中氢气被去除。所产生的KOH溶液的浓度由施加电流与去离子水的流速决定。根据法拉第电解定律，在恒定流速下，施加电流和所产生的KOH浓度之间呈正比，可通过控制所加的电流得到准确浓度的KOH淋洗液，因此也可以实现梯度淋洗。操作鼠标即可设置淋洗液的浓度梯度，有效地简化了操作和缩短了运行时间，使其与等度淋洗一样方便，此项技术被称为“只加水”[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]技术。5 总结进行梯度淋洗可以达到以下目的：缩短分析周期；提高分离能力；峰型得到改善；增加灵敏度，但通常会引起基线漂移。在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]中，使用淋洗液发生器产生的梯度淋洗精度通常高于高压及低压梯度，推荐使用。在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]中，高压梯度及低压梯度各有优势，可根据实验室条件及预算进行选配。6 参考文献牟世芬，朱岩，刘克纳.《[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]方法及应用》（第三版）化学工业出版社于世林.《图解高效[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]技术与应用》科学出版社R.施奈德，J.L.格莱吉克 著 王杰 赵岚峰 王树力 丁洁 译 《实用高效[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]法的建立》（第二版）科学出版社青岛睿谱分析仪器有限公司 《[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]实用手册》张新庆 “二元泵和四元泵哪个好”gz号

[b][size=16px][font=宋体]什么是气溶胶及[/font]PM[sub]2.5[/sub][/size][/b][font=Calibri][font=宋体][size=16px] 除气体和云外，地球大气层还包含称为气溶胶的微小液体和固体颗粒，直径大小[/size][/font][size=16px]0.001~100μm [font=宋体]之间[/font][/size][/font][size=16px][font=宋体][font=宋体]，其中直径[/font]≤[font=Calibri]2.5[/font][/font][font=Calibri]μm[/font][font=宋体]的被称为[/font][font='Times New Roman']PM[/font][sub][font='Times New Roman']2.5[/font][/sub][font=Calibri][font=宋体]。[/font][/font][font=Calibri][font=宋体] 雾、烟、霾等都是天然或人为原因造成的大气气溶胶。[/font][/font][/size][b][font=宋体][size=18px]气溶胶的来源[/size][/font][/b][font=宋体] 自然和人为火灾是气溶胶的重要来源。[/font][font=宋体] 气溶胶包括海盐，灰尘和火山灰，以及煤烟，硫酸盐和其他人燃烧化石燃料产生的颗粒。[/font][b][font=宋体][size=18px]气溶胶的危害[/size][/font][/b][font=宋体] [size=16px]气溶胶会影响空[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/bp][color=#3333ff]气质[/color][/url]量和公共健康。[/size][/font][size=16px][font=宋体] 有些气溶胶可进入呼吸道深处和肺部，危害人体呼吸道，引起支气管炎、肺炎、肺气肿、肺癌等。侵入肺组织或淋巴结，可引起尘肺。[/font][font=宋体] 上世纪十大公害事件有[/font]8[font=宋体]次是由烟尘或气态污染物引起的。[/font][font=宋体]甚至冠状病毒也能通过气溶胶进行传播。[/font][font=宋体]它们还能通过反射或吸收阳光以及改变云的形成位置和时间来影响气候。[/font][font=宋体]颗粒会改变大气层反射和吸收可见光和红外光的方式。[/font][font=宋体] 监测和控制气溶胶污染至关重要。目前监测与检测气溶胶的方法有很多，例如浓度分析、化学分析等，本文主要介绍一种[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]法检测颗粒物中水溶性阴离子的方法。[/font][/size][b][font=宋体][size=18px]目标离子[/size][/font][/b][font=宋体] [size=16px]氟离子、羟基乙酸根离子、甲酸根离子、氯离子、亚硝酸根离子、溴离子、硝酸根离子、硫酸根离子、草酸跟离子、磷酸根离子十种阴离子。[/size][/font][b][font=宋体][size=18px]样品采集及前处理步骤[/size][/font][/b] [font=宋体][size=16px] 将大流量[/size][/font][size=16px][font='Times New Roman',serif]PM[sub]2.5[/sub][/font][font=宋体]采样器放置于楼顶，采样头距离楼顶约[/font][font='Times New Roman',serif]1.5 m[/font][font=宋体]，距离地面约[/font][font='Times New Roman',serif]10 m[/font][font=宋体]。采样所用[/font][font='Times New Roman',serif]A4[/font][font=宋体]石英滤膜（滤膜总面积[/font][font='Times New Roman',serif]203 mm × 254 mm[/font][font=宋体]）在使用前置于马弗炉中[/font][font='Times New Roman',serif]780 ℃[/font][font=宋体]烧[/font][font='Times New Roman',serif]3 [/font][font=宋体]小时以上，用以去除滤膜中可能的有机污染物，烧制后将滤膜用烧制过的铝箔纸包裹，待采样。采样后的滤纸对折放回铝箔纸中，包裹严实，再用封口袋密封后带回实验室，待分析。滤膜采样前冷藏保存是为防止滤膜被污染，采样后冷藏保存的目的是防止样品挥发及受到污染。[/font][/size][b][font=宋体][size=18px]色谱条件[/size][/font][/b]色谱仪： RPIC-2017[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]（青岛睿谱分析仪器有限公司生产）色谱柱： 阴离子分析柱AS19 4×250mm流速： 1.0mL/min淋洗液： KOH，用淋洗液发生器控制梯度柱温： 30℃抑制电流： 125mA检测器： 动态量程电导检测器进样量： 25μl淋洗梯度： 见下表[align=center][img=,667,312]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161124574406_5321_1809927_3.jpg!w667x312.jpg[/img][/align][hr/][align=center][font=宋体][color=black][size=18px]标准曲线[/size][/color][/font][/align][align=center] [img=,629,345]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161150332285_4680_1809927_3.jpg!w629x345.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,522]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161131506957_2391_1809927_3.jpg!w690x522.jpg[/img][img=,690,524]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161131515179_3669_1809927_3.jpg!w690x524.jpg[/img][/align][hr/][align=center][size=18px]标准品谱图（叠加）[/size][/align][align=center][img=,690,507]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161133245850_9142_1809927_3.jpg!w690x507.jpg[/img][/align][hr/][align=center]6[font=宋体][size=18px][color=#3E3E3E]针实际[/color][/size][/font][font=Helvetica, sans-serif][size=18px][color=#3E3E3E]样品谱图（叠加）[/color][/size][/font][/align][align=center][font='Helvetica',sans-serif][color=#3E3E3E][back=white][img=,690,498]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161133512054_7877_1809927_3.jpg!w690x498.jpg[/img][/back][/color][/font][/align][font=宋体][color=black]图中[/color][/font][color=black]1[/color][font=宋体][color=black]：氟离子；[/color][/font][color=black]2[/color][font=宋体][color=black]：羟基乙酸盐；[/color][/font][color=black]3[/color][font=宋体][color=black]：未知[/color][/font][color=black]1[/color][font=宋体][color=black]；[/color][/font][color=black]4[/color][font=宋体][color=black]：未知[/color][/font][color=black]2[/color][font=宋体][color=black]；[/color][/font][color=black]5[/color][font=宋体][color=black]：甲酸盐；[/color][/font][color=black]6[/color][font=宋体][color=black]：氯离子；[/color][/font][color=black]7[/color][font=宋体][color=black]：亚硝酸盐；[/color][/font][color=black]8[/color][font=宋体][color=black]：硝酸盐；[/color][/font][color=black]9[/color][font=宋体][color=black]：未知[/color][/font][color=black]3[/color][font=宋体][color=black]；[/color][/font][color=black]10[/color][font=宋体][color=black]：碳酸盐；[/color][/font][color=black]11[/color][font=宋体][color=black]：硫酸盐；[/color][/font][color=black]12[/color][font=宋体][color=black]：草酸盐；[/color][/font][color=black]13[/color][font=宋体][color=black]：磷酸盐[/color][/font][hr/][align=center][size=18px]检测结果[/size][/align][align=center][font=宋体][size=10.5pt][color=#3E3E3E]浓度单位：[/color][/size][/font][font=&][size=10.5pt][color=#3E3E3E]μg/L[/color][/size][/font][/align][align=center][img=,690,389]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161135048462_4892_1809927_3.jpg!w690x389.jpg[/img][/align][font=宋体][b][size=18px]分析效果评价[/size][/b][/font][font=宋体] 依据低浓度淋洗液分离弱保留离子，高浓度淋洗液洗脱强保留离子，同时兼顾分离度的原则，我们对分析条件进行多次优化。最终确定了淋洗梯度，每种离子的分离度均大于[/font]2[font=宋体]且测定周期控制在半小时内。梯度淋洗条件下，[/font]8mM[font=宋体]到[/font]50mM[font=宋体]淋洗液可同时分离测定[/font]14[font=宋体]种阴离子及有机酸，同时发现了样品中[/font]3[font=宋体]种未知物，样品中未发现比磷酸盐保留更强的组分（磷酸盐洗脱时的淋洗液浓度大约为[/font]30mM[font=宋体]）。保留时间重复性较好说明梯度准确，以上结果均为淋洗液发生器和氢氧根梯度淋洗的优势。[/font] 25[font=宋体]μ[/font]L[font=宋体]进样体积条件下可检出[/font]1[font=宋体]μ[/font]g/L[font=宋体]的溴离子并在[/font]1~100[font=宋体]μ[/font]g/L[font=宋体]区间内与电导信号呈现较好的相关系数，说明动态量程电导检测器具有较高的灵敏度。[/font][b][font=宋体][size=18px]经验分享[/size][/font][/b]①　[font=宋体]样品本身较脏，含有细小的颗粒，用[/font]0.22[font=宋体]微米一次性针头过滤器过滤，连续进了几个样品后系统压力越来越大，最后泵超压报警。排查后发现压力增加来自于色谱柱，初步判断应该是色谱柱入口筛板堵塞，马上拆开检查，我们看到色谱柱入口筛板已经由白变黑，被颗粒物堵塞。[/font][align=center][img=,690,453]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161135341282_4754_1809927_3.png!w690x453.jpg[/img][/align][font=宋体] 更换筛板后，色谱柱压力恢复正常，为了避免再次出现堵塞，我们改为使用两个[/font]0.22[font=宋体]微米针头过滤器串联的方式进样，系统压力正常没有再出现柱压升高的问题。[/font][align=center][img=,513,796]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161137112826_1001_1809927_3.jpg!w513x796.jpg[/img][/align][align=center][font=宋体]左图为单滤头时的压力变化日志，右图为双滤头时的压力变化日志[/font][/align][font=宋体]结论：遇到相对较脏的样品时，多加一个滤头，会保护色谱柱。[/font][align=center][img=,690,920]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161137317845_1528_1809927_3.jpeg!w690x920.jpg[/img][/align][align=center][font=宋体]注射器与[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]之间用两个滤头过滤[/font][/align]②　[font=宋体]梯度淋洗是[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]的一个难点，由于淋洗液浓度存在梯度变化，基线会随着浓度的变化出现较大的变化，出现台阶或干扰峰。是否能够很好的解决上述问题成为梯度淋洗的关键。[/font][font=宋体] 此问题最终通过增加[/font]CR-ATC（连续再生阴离子捕获器）[font=宋体]单元解决，如图所示，[/font]CR-ATC[font=宋体]单元分为阳极、再生液通道、阴离子交换膜、淋洗液通道以及阴极。淋洗液中的阴离子（包括氢氧根离子及部分杂质离子）透过阴离子交换膜进入再生液通道，从而达到去除杂质离子的目的。同时阴极不断电解产生氢氧根离子保持阴阳离子平衡。[/font][align=center][img=,690,319]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161427037862_340_1809927_3.jpg!w690x319.jpg[/img][/align][font=宋体] 通过增加[/font]CR-ATC[font=宋体]单元，淋洗液的背景电导值进一步降低，由于梯度淋洗产生的基线漂移也得到了很好的缓解。下图为使用[/font]CR-ATC[font=宋体]与不使用[/font]CR-ATC[font=宋体]进行梯度淋洗的色谱曲线对比图。[/font][align=center][img=,690,493]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/07/202007161139468308_357_1809927_3.jpg!w690x493.jpg[/img][/align][font=宋体] 无[/font]CR-ATC[font=宋体]，背景电导高（约[/font]0.68[font='Times New Roman',serif]μS[/font][font=宋体]），淋洗液浓度升高时基线漂移比较明显（[/font]0.68[font=宋体]～[/font]3.54[font='Times New Roman',serif]μ[/font][font='Times New Roman',serif]S[/font][font=宋体]），待测离子灵敏度降低。[/font][font=宋体] 有[/font]CR-ATC[font=宋体]，背景电导低（约[/font]0.3[font='Times New Roman',serif]μS[/font][font=宋体]），淋洗液浓度升高时基线漂移不太明显（[/font]0.3[font=宋体]～[/font]0.53[font='Times New Roman',serif]μS[/font][font=宋体]），待测离子灵敏度提高。[/font][b][font=宋体][size=18px]总结[/size][/font][/b][font=宋体] 此次共检测了[/font]66[font=宋体]个样品，样品中有些同种离子的含量相差百倍以上，得益于动态量程检测器宽量程及较低的基线噪声，配置的标准曲线浓度跨越了两个数量级，但标准曲线的相关系数均超过[/font]0.999[font=宋体]。圆满完成了此次检测任务。[/font]