离子色谱分析方法通则

　　1 范围

　　本标准规定了离子色谱法对仪器的要求和分析方法。所用仪器应具备输液泵、离子交换色谱柱、抑制器以及检测器(电导检测器、安培检测器、吸光度检测器或者其中任一种检测器)等。系统中应含完成分析任务所必需的附件—色谱工作站或积分仪等。

　　本标准适用于多种阴离子、阳离子、有机酸、糖类的测定。

　　2.引用标准

　　GB 1.4-88 标准化工作导则 化学分析方法标准编写规定

　　GB 3102.8-93 物理化学和分子物理学的量和单位

　　3 定义

　　3.1 电导 conductance

　　电阻的倒数称为电导，单位为西门子，符号是S。它的导出单位为微西门子，符

　　号是µS。1S=106µS。

　　3.2 电导率 conductivity

　　25℃时，一立方厘米液体的电阻的倒数，以Ω­1·cm­1或S/cm表示。

　　3.3 抑制电导检测 suppressed conductance detection

　　在分离柱后，采用离子交换膜或离子交换柱将淋洗液中的淋洗离子转变为弱酸、弱碱或水，使淋洗液的背景电导降低，同时提高检测灵敏度的方法称为抑制电导检测。

　　3.4 分辨率(分离度) resolution

　　评价色谱柱对相邻双峰分离情况的指示：

　　分峰的分离情况。分辨率按

　　式中 R—相邻两组分峰的分辨率

　　tR1——组分1的保留时间

　　tR2——组分2的保留时间

　　W1——组分1的峰底宽度

　　W2——组分1的峰底宽度

　　4 方法原理

　　不同的色谱柱中装填有不同类型的离子交换树脂。离子交换树脂上的活性交换基团能与样品中的离子及流动相中的淋洗离子发生离子交换作用。此种交换作用又因不同离子与树脂上的活性交换基团之间的静电力或亲和力存在差异，与树脂静电力或亲和力大的离子易被保留而难于被洗脱，静电力或亲和力小的离子则易于洗脱。随着淋洗液的流动，样品中的离子与树脂上的交换基团不断地发生交换—洗脱—再交换—再洗脱，最终被淋洗液带到检测器中形成高斯分布型色谱峰。在一定的色谱条件下组分峰的流出时间即保留时间固定，以此作为组分离子的定性依据。在一定的浓度范围内组分的峰面积(或峰高)正比于组分的浓度，积分仪拾得此信号给出组分的定量结果。

　　图 1 分辨率示意图

　　5 试剂和材料

　　5.1 配制淋洗液、再生液的试剂纯度应是分析纯(A.R)或分析纯以上试剂。

　　5.2 去离子水应满足以下要求:

　　5.2.1 电导率:<1µS/cm(20℃时)。

　　5.2.2 配制淋洗液前，去离子水应脱气5min。

　　5.3 淋洗液、再生液、柱后衍生剂

　　5.3.1 淋洗液

　　5.3.1.1 1.8mmol/L，Na2CO3及1.7mmol/L NaHCO3淋洗液：0.19g无水Na2CO3和0.14g NaHCO3溶于少量去离子水中，稀释至1000ml。用于阴离子分离。

　　5.3.1.2 15mmol/L Na2B4O7：7.6g四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)溶解于去离子水中，稀释至1000ml。用于阴离子分离。

　　5.3.1.3 30mmol/L HCl：以去离子水稀释30ml 1mol/L HCl于1000ml容量瓶中。用于分离Li+、Na+、NH4+、K+。

　　5.3.1.4 1mmol/L乙二胺硝酸盐：60mg乙二胺(NH2CH2CH2NH2)溶于约950ml去离子水中，在酸度计上以3mol/L的硝酸调整该溶液的 PH=4.8。最后定容到1000ml。用于分离Mg2+、Ca2+。

　　5.3.1.5 50mmol/L H2C2O4及95mmol/L LiOH淋洗液：6.3g乙二酸(草酸H2C2O4·H2O)，4.0g氢氧化锂(LiOH·H2O)溶解于去离子水中，稀释至1000ml。用于 Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+等金属离子分离。

　　5.3.1.6 0.15mol/L NaOH：称取6.0g NaOH溶解于去离子水中，稀释至1000ml。用于糖类分离。

　　5.3.1.7 0.25mol/L硫酸铵，0.1mol/L氨水：溶解33g硫酸铵((NH4) 2SO4)于500ml去离子水中，加入6.5ml氨水，以去离子水稀释至1000ml容量瓶中，混匀。用于CrO42­分离。

　　5.3.1.8 1mmol/L盐酸溶液：以去离子水稀释1ml 1.0mol/L的盐酸溶液到1000ml容量瓶中。用于甲、乙、丙、丁酸及酒石酸、柠檬酸等的分离。

　　5.3.2 再生液

　　5.3.2.1 12mmol/L H2SO4：2.6ml浓硫酸(密度1.84g/ml，质量分数98%，下同)稀释到4L去离子水中。用于阴离子抑制器再生。

　　5.3.2.2 50mmol/L KOH：12g KOH溶解于少量去离子水中，稍冷后稀释到4L。用于阳离子抑制器再生。

　　5.3.2.3 5mmol/L四丁基氢氧化铵：以去离子水溶解40g质量分数为10%的四丁基氢氧化铵水溶液，稀释至4000ml。用于有机酸抑制器再生。

　　5.3.3 柱后衍生试剂

　　5.3.3.1 0.4mmol/L PAR衍生试剂：将200ml氨水(质量分数约为28%)与200ml去离子水混匀，将50mg 2-吡啶基偶氮间苯二酚(PAR)溶解于该溶液中，缓缓加入28ml冰乙酸。冷却后定容于500ml。用作金属离子分离柱后衍生试剂。

　　5.3.3.2 铬酸根衍生试剂：溶解0.5g 1,5-二苯碳酰肼于100ml HPLC级甲醇中，加入500ml含28ml浓硫酸水溶液中，以去离子水稀释至1000ml。该试剂在冰箱中可保存1周，必要时才制备1000ml。

　　5.3.4 标准溶液的制备

　　5.3.4.1 标准储备溶液 标准溶液是系统标准化和确保定量准确性的依据。校正仪器所用标准溶液应先制备为标准储备溶液。储备液应从经计量认证并有生产许可证的部门或单位购买。如需实验室制备标准储备溶液，制备方法参见附录A(标准的附录)中“标准溶液的制备”。

　　5.3.4.2 校正工作标准溶液 按不同分析任务的要求制备校正工作标准溶液。制备时定量吸取储备液以去离子水稀释成工作液。一个校正工作液中可含多种阴离子或阳离子，各离子含量应不超过线性范围。多点校正工作液至少配制三个不同浓度点。

　　6 仪器

　　6.1 仪器组成 离子色谱仪主要由淋洗液储液瓶、输液泵、进样阀、色谱柱、检测器和记录积分仪或色谱工作站等组成。采用抑制电导检测时应具备相应的抑制系统。采用柱后衍生检测时应具备相应的柱后衍生系统。系统组成框图如图2所示。

　　图2 离子色谱仪组成框图

　　6.2 仪器性能

　　6.2.1 整机稳定性 在分析运行前淋洗液应以加压纯氮气脱气或真空脱气5min。运行中，泵应无噪声、液路应无气泡。系统基线噪声、基线漂移应满足离子色谱仪检定规程的要求。所用色谱柱对相邻两组分峰应达到基线分离。如出现两峰分离不好时，可调整流量或淋洗液浓度，如仍达不到分离要求则应清洗该色谱柱以恢复其分离能力。

　　6.2.2 整机灵敏度 整机灵敏度应符合离子色谱仪检定规程的要求。

　　6.3 在线色谱柱。依系统配置及分离分析任务选择色谱柱的型号。

　　6.4 淋洗液浓度及流量。若淋洗液由两种或两种以上组成则应正确设置流量和各种淋洗液的组成比例。

　　6.5 抑制器、再生液及柱后反应系统应与分析任务相一致。

　　6.6 检测器及检测器正常工作所必须设置的工作参数(如检测波长、电极电压、响应时间、满度输出范围等)应与具体分析任务相一致。

　　6.7 记录积分仪通道、满度量程应与检测器匹配。走纸速度及校正、定性、定量分析方法等应满足分析要求。

　　7 样品

　　7.1 非水溶液试样应制备为水溶液。必须加酸溶解的试样所加酸不得含被测酸根阴离子。

　　7.2 未知浓度样品应首先稀释100倍后再进样检测。样品溶液应通过0.45µm滤膜过滤。 7.3 样品浓度应保持在所选用定量方法的线性范围内。

　　8 分析步骤

　　8.1 开机 首先开启稳压电源。待电压稳定后，开启整机电源开关。按8.3所述正确选择好试验条件(包括在线淋洗液、保护柱、分离柱、抑制器或柱后衍生系统、再生液、检测器及积分仪通道、各种积分参数等)。排除管路中的气泡后启动输液泵。

　　8.2 校正 仪器基线稳定后，以5.3.4.2所配制工作标准溶液进行校正。校正运行应正确设置分析方法号、分析参数、组分峰的保留时间、时间窗及工作溶液中各种离子每一校正点上的标准浓度。最后计算出相应因子。校正运行应在每次样品分析前进行。如在样品分析运行中发现灵敏度变化或校正曲线相关系数低于0.99时，则应重新校正。 校正运行计算出校正因子后即可分析样品。

　　8.3 工作条件的选择

　　8.3.1 常见阴离子(F­、Cl­、NO2­、Br­、NO3­、SO42­、PO42­)样品分析

　　8.3.1.1 色谱分析条件 色谱柱：阴离子分离柱;5.3.1.1或5.3.1.2。流量：1.0ml/min; 抑制器：阴离子抑制器; 再生剂：参见5.3.2.1，(3~5)ml/min; 检测器：电导检测器; 积分仪：色谱工作站或积分仪。

　　8.3.1.2 分析步骤参照8.4进行。

　　8.3.2 常见阳离子(Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+)样品分析

　　8.3.2.1 色谱分析条件 色谱柱：阳离子分离柱; 淋洗液：参见5.3.1.3或5.3.1.4; 流 量： 1.0ml/min; 再生剂：参见5.3.2.2; 抑制器; 阳离子抑制器; 检测器;电导检测器; 积分仪：色谱工作站或积分仪。

　　8.3.2.2 分析步骤参照8.4进行。

　　8.3.3 过渡金属离子(Cu2+、Cd2+、Co2+、Zn2+、Ni2+)样品分析

　　8.3.3.1 色谱分析条件 色谱柱：过渡金属分离柱; 淋洗液：参见5.3.1.5; 流 量：1.0ml/min; 柱后衍生剂及流量：参见5.3.3。0.5ml/min; 检测器：UV/Vis 波长：520nm; 积分仪：色谱工作站或积分仪。

　　8.3.3.2 分析步骤参照8.4进行。

　　8.3.4 常见糖类(葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖、麦芽糖等)样品分析

　　8.3.4.1 色谱分析条件 色谱柱：糖类分离柱; 淋洗液：参见5.3.1.6; 流 量：1.0ml/min; 检测器：安培检测器，工作电极：Au电极; 检测器工作参数：E1=+0.05V，E2=+0.65V，E3=-0.95V， t1=120ms，t2=60ms，t3=180ms; 积分仪：色谱工作站或积分仪。

　　8.3.4.2 分析步骤参照8.4进行。

　　8.3.5 CrO42­样品分析

　　8.3.5.1 色谱分析条件 色谱柱：阴离子分离柱; 淋洗液：参见5.3.1.7; 流 量：1.0ml/min; 柱后衍生剂及流量;参见5.3.3.2，0.5ml/min; 检测器：UV/Vis; 积分仪：色谱工作站或积分仪。 波长：530nm;

　　8.3.5.2 分析步骤参照8.4进行。

　　8.3.6 常见有机酸样品分析

　　8.3.6.1 色谱分析条件 色谱柱：离子排斥色谱柱; 淋洗液：参见5.3.1.8; 流 量：1.0ml/min; 检测器：电导检测器; 抑制剂：参见5.3.2.3; 积分仪：色谱工作站或积分仪。

　　8.3.6.2 分析步骤参照8.4进行。

　　8.4 测定

　　8.4.1 定性分析 离子色谱法对组分峰的定性主要采用标准离子对照定性，即组分峰的保留时间与标准离子的保留时间一致。相对保留值定性法是常用的定性方法。采用相对保留值定性时，一般将后边的组分峰设置为参考峰。

　　8.4.2 定量分析

　　8.4.2.1 峰高或峰面积计算 峰高或峰面积的计算由色谱工作站或积分仪完成。

　　8.4.2.2 定量方法 离子色谱仪采用样品环管定体积进样。通常采用外标法、内标法、内加法等定量。外标法使用较多，不采用归一化法。各种定量方法都应先以标准样品校正后再分析未知样品。

　　8.4.3 空白试验 每次样品分析都应作空白试验。空白试验所制备的样品除不加试料外，与测试样品制备方法相同。

　　8.5 测定后仪器的检查

　　8.5.1 样品分析结束应检查系统基线漂移、基线噪声及整机灵敏度是否发生变化，样品中组分的量是否在定量分析的线性范围内，以保证定量的可靠性。

　　8.5.2 测试结束应依次关上气体、再生剂或柱后衍生剂，再停泵。

　　8.5.3 测定后应作好仪器运行纪录。仪器运行记录中应包括分析任务、操作条件、使用人、环境条件及日期等。

　　9 分析结果的表述

　　9.1 数据取舍 同一样品平行测定不少于5次，取置信度95%，进行数据分析及取舍(见附录B)，计算平均值、标准偏差、相对标准偏差。

　　9.2 分析结果的表述

　　式中 x—各次测定的算术平均值;

　　s—标准偏差;

　　n—测定次数;

　　t —置信系数(由t分布表查得)。

　　9.3 平均值 数据取舍后计算平均值，平均值按(5)式计算：

　　式中 x—样品分析结果的平均值;

　　∑xi—各次分析数据的代数和;

　　n—分析次数。n=1,2,3,…,n。

　　9.4 标准偏差标准偏差s按(6)式计算：

　　式中 s—标准偏差;

　　xi—单次分析数据;

　　x,n —与(5)式相同。

　　9.5 相对标准偏差

　　式中 RSD—相对标准偏差;其余同(6)式。

　　9.6 准确度 准确度以回收率表示，回收率应在90-100%范围内。回收率

　　按(8)式计算：

　　10 安全注意事项

　　10.1 必须遵守色谱柱、抑制器维护方法。

　　10.2 系统压力不得超过泵的最大压力允许范围，如系统压力过高，应仔细检查引起高压的原因并排除。

　　10.3 系统压力过低，往往是液路中存在漏液的故障。仔细检查漏液的部件并排除。压力恢复正常后应以干纸巾或毛巾擦除仪器中的液体以避免腐蚀仪器部件。

　　10.4 如遇偶发事故不能排除时，应立即关机并报告仪器技术负责人处理。

　　附录A(标准的附录)

　　标准溶液(1.000mg/ml)的制备

　　A1 阴离子储备液

　　A1.1 F- 称取2.2100g±0.0005g氟化钠(NaF)，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度并储存于塑料瓶中。

　　A1.2 Cl- 称取已在105℃干燥1h的氯化钠(NaCl)1.6480g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。

　　A1.3 NO2- 称取已在硫酸干燥器中干燥24h的亚硝酸钠(NaNO2)1.5000g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。该溶液置于冰箱中可保存一个月。

　　A1.4 NO3- 称取已在105℃干燥48h的硝酸钠(NaNO3)1.3710g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。该溶液置于冰箱中可保存半年。

　　A1.5 Br- 称取已在105℃干燥6h的溴化钾(KBr)1.4890g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。该溶液置于冰箱中可保存半年。

　　A1.6 SO42- 称取已在105℃干燥1h的无水硫酸钠(Na2SO4)1.4890g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。

　　A1.7 PO43- 称取已在105℃干燥2h的磷酸二氢钾(KH2PO4)1.4330g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。

　　A1.8 CrO42- 称取已在105℃干燥2h的铬酸钠(Na2CrO4·4H2O)4.5010g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。

　　A2 阳离子储备溶液

　　A2.1 Li+ 称取已在105℃干燥1h的碳酸锂(Li2CO3)5.3230g±0.0005g，加入50ml 1mol/L的盐酸溶解后，转移至1L容量瓶中，以去离子水稀释至刻度。

　　A2.2 Na+ 称取已在105℃干燥1h的氯化钠(NaCl)2.5420g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。

　　A2.3 K+ 称取已在105℃干燥1h的氯化钾(KCl)1.9067g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。

　　A2.4 NH4+ 称取已在105℃干燥1h的氯化铵(NH4Cl)2.9654g±0.0005g，溶于去离子水，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。

　　A2.5 Mg2+ 称取1.0000g±0.0005g金属镁粉(Mg)，缓慢加入50ml 1mol/L的盐酸，溶解并冷却后，移入1L容量瓶中，以去离子水稀释至刻度。

　　A2.6 Ca2+ 称取于180℃干燥1h后的碳酸钙粉末(CaCO3)2.4970g±0.0005g，缓慢加入50ml 1mol/L的盐酸溶解并冷却后，移入1L容量瓶中，以去离子水稀释至刻度。

　　A2.7 Cu2+

　　A2.7.1 以去离子水溶解3.9290g±0.0005g新结晶的硫酸铜(CuSO4·5H2O)，移入1L容量瓶中，稀释至刻度。

　　A2.7.2 溶解1.0000g±0.0005g金属铜粉(Cu)于加有5ml水的20ml 1mol/L的盐酸中，逐滴加入硝酸(HNO3)或30%的过氧化氢(H2O2)，至溶解完全。煮沸以逐出氮氧化物和氯，然后用水稀释至1L。

　　A2.8 Cd2+

　　A2.8.1 溶解1.0000g±0.0005g金属镉(Cd)于20ml 1mol/L的盐酸中，以去离子水稀释至1L。

　　A2.8.2 溶解2.2820g±0.0005g硫酸镉(CdSO4·8H2O)于去离子水中，稀释至1L。

　　A2.9 Co2+ 溶解1.0000g±0.0005g金属钴(Co)于20ml 1mol/L的盐酸中，以去离子水稀释至1L。

　　A.2.10 Zn2+ 溶解1.0000g±0.0005g锌粉(Zn)于20ml 1mol/L的盐酸中，以去离子水稀释至1L。

　　A.2.11 Ni2+ 溶解1.0000g±0.0005g金属镍(Ni)于20ml热HNO3中，冷却，以去离子水稀释至1L。

　　A3 1.000mg/ml糖类储备溶液 在分析天平上分别称取1.0000 g±0.0005g的葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、半乳糖、麦芽糖等，以煮沸并冷却至室温的去离子水溶解后，移入容量瓶中，稀释至1L。各种糖类储备溶液放置于冰箱中可保存一月。

　　A4 有机酸储备液

　　A4.1 甲酸根离子 溶解甲酸钠(HCOONa·2H2O)2.3100g±0.0005g于去离子水中并以水稀释至1000ml。

　　A4.2 乙酸根离子 溶解乙酸钠(CH3COONa·3H2O)2.3035g±0.0005g于去离子水中并以水稀释至1000ml。

　　A4.3 丙酸根离子 溶解丙酸钠(C2H5COONa)1.3150g±0.0005g于去离子水中并以水稀释至1000ml。

　　A4.4 乳酸根离子 溶解乳酸钠(CH3CH(OH)COONa)1.2580g±0.0005g于去离子水中并以水稀释至1000ml。

　　A4.5 酒石酸根离子 溶解酒石酸氢钾(KHC4H4O6)1.2620g±0.0005g于去离子水中并以水稀释至1000ml。

　　A4.6 柠檬酸根离子 溶解柠檬酸三钠(Na3C6H5O 7·2H2O)1.5550g±0.0005g于去离子水中，稀释至1000ml。

　　附录B(提示的附录)

　　Grubbs λ(α,n)数值表

　　an 0.01 0.05 an 0.01 0.05 an 0.01 0.05

　　3 1.15 1.15 12 2.55 2.29 21 2.91 2.58

　　4 1.49 1.46 13 2.61 2.33 22 2.94 2.60

　　5 1.75 1.67 14 2.66 2.37 23 2.96 2.62

　　6 1.94 1.82 15 2.70 2.41 24 2.99 2.64

　　7 2.10 1.94 16 2.74 2.44 25 3.01 2.66

　　8 2.22 2.03 17 2.78 2.47 30 3.10 2.74

　　9 2.32 2.11 18 2.82 2.50 35 3.18 2.81

　　10 2.41 2.18 19 2.85 2.53 40 3.24 2.87

　　11 2.48 2.24 20 2.88 2.56 50 3.34 2.96

　　应用Grubbs λ(α,n)数值表对测定结果进行数值取舍示例

　　某样本分析获得以下六个数据： 36.27、38.71、36.87、35.76、36.31、36.16

　　1 计算样本平均值： x=(36.27+38.71+36.87+35.76+36.31+36.16)/6=36.68

　　2 计算最大残差： Ud=|x-xi|=|36.68-38.71|=2.03 式中xi应取残差最大的数值。

　　3 从Grubbs λ(α,n)数值表中查得λ(0.05,6)=1.82

　　4 计算样本标准偏差S=1.056

　　5 以λ(α,n)×S=1.82×1.056=1.92

　　6 如Ud>λ( α,n)×S，则残差最大的数据应舍去。如Ud<λ(α,n)×S，则该数据应保留。本例中因2.03>1.92，故38.71应舍去。

　　7 对余下的五个数据重复2—6的步骤，直至其余数据符合95%的置信度。

　　x=(36.27+36.87+35.76+36.31+36.16)/5=36.27

　　Ud=|x-xi|=|36.27-36.87|=0.60 λ(0.05,5)=1.67,S=0.398

　　λ(α,n)×S=1.67×0.398=0.665

　　因为0.60<0.665，故数据36.87不能舍去。其余数据都应符合95%的置信度。