离子色谱-天然矿泉水中F-和Cl-的测定

一、实验目的

1. 了解离子色谱法分离和检测的原理；

2. 了解离子色谱仪系统及其基本操作；

3．掌握离子色谱法的定性和定量方法。

二、实验原理

离子色谱是一种以离子交换树脂为固定相的液相色谱法，主要用于离子分析。根据待分离离子的带电特征的不同选择用酸或碱为流动相。对于阴离子混合物的分析可以碳酸盐为淋洗液。待测阴离子依据与阴离子交换树脂亲和力的不同而得以分离。电导检测器是离子色谱最常用的检测器。本实验采用离子交换膜抑制器的电导检测的离子色谱进行分离和检测，其流程图如图1所示。

图 1. 离子色谱图系统示意图

淋洗液经高压泵输运，通过六通进样阀将取样环中的样品混合离子带入离子交换柱中进行交换反应。对于阴离子，如 Cl- ，与带有阴离子交换基团的树脂（R）反应，将原有阴离子（如 HCO3- ）取代而保留（反应式-1）；被洗脱液(如 NaHCO3)中的 HCO3- 取代洗脱从而进入流动相（反应式-2）。由于不同离子的保留强度不同而实现分离。

R- HCO3 + Cl- = R-Cl+ HCO3- ----------------------（1）

R-Cl + NaHCO3 = R-HCO3 + NaCl ------------（2）

当样品离子的浓度很低时，直接进行电导检测时给出的电导信号主要来自于浓度较高的淋洗液，即背景很高。在电导检测前进行电导抑制可降低本底电导，提高信噪比。电导抑制器主要有两种类型：柱抑制和膜抑制。本试验采用带有阳离子交换膜的电导抑制器。由于阳离子交换膜的离子选择性，流经膜再生侧的流动相废液经电解产生较高浓度的H+可通过膜进入上游的流动相，同时流动相中高电导的Na+跨越膜后作为废液随同含有电解产生气体的废液被排放。这样，流动相中大量的 HCO3-被中和为电导率很低的 H2CO3，而样品阴离子不仅由于不可通过阳离子交换膜不受影响，而且变为电导率更高的HCl，因此配有电导抑制器的电导检测可实现阳离子的高灵敏检测，可对ppm乃至ppb量级的离子进行直接测定。

三、仪器与试剂

离子色谱仪：ICS-600 型，戴安公司，配置 10 µL 进样环，阴离子交换柱，阳离子型膜电导抑制器。

试剂及材料：0.45 µm 的滤膜；1 mL 注射器；未知混合样品溶液；浓度分别为 1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mg/L 的 F- ，2.00、4.00、6.00、8.00 和 10.00 mg/L 的 Cl- 和 4.00、8.00、12.00、16.00 和 20.00 mg/L 的 NO2- 的标准混合溶液；用高纯水配制的浓度为 8.00 mmol/L Na2CO3和 1.06 mmol/L M 的 NaHCO3淋洗液。

四、实验步骤

用1#10ml吸量管吸取10ml氟离子标准贮存液到1#100ml容量瓶，用洗瓶加超纯水至4|5处摇匀，再用超纯水定容摇匀。用2#10ml吸量管吸取10ml氯离子标准贮存液到2#100ml容量瓶，用洗瓶加超纯水至4|5处摇匀，再用超纯水定容摇匀。

用5ml吸量管吸取2.5ml氟离子标准使用液至1#25ml比色管中，用2ml吸量管吸取1.25ml氟离子标准使用液至1#25ml比色管中，定容摇匀。

使用1ml吸量管吸取1ml氟离子标准使用液至5#25ml比色管中，定容摇匀。

2.仪器开启，设置参数

确定淋洗液及再生液储量是否满足实验要求，打开氮气钢瓶主阀，再打开减压阀，调压力至0.2Mpa,调节淋洗液压力至5psi，打开计算机和色谱仪电源，开启服务管理器，打开仪器控制软件（Chromeleon）；逆时针拧松废液阀两圈。点击prime，点击Pump下off，顺时针拧紧压力阀至压力稍微上升，点击Pump下on。打开Reagent-Free controller电源开关，调节电压至90mA。点击Queue，点击Add，选择Msc.Es，点击Add，点击Name下文件，点击status下Finished，选择Idle，点击保存，点击Instrument Method，查看仪器方法，点击关闭。

3.方法建立及进样分析

使用洗瓶在烧杯中加约40ml超纯水，清洗注射器三次。用5#比色管中溶液清洗注射器三次，注射器取约1 ml样品液，倒立弹出气体，缓慢注入仪器进样口。点击ICS-900，点击Audit，点击Home，点击Queue，点击Name下文件。

用1#比色管中溶液清洗注射器三次，注射器取约1 ml样品液，倒立弹出气体，缓慢注入仪器进样口。点击injection下第二个1-1，点击第一个峰，点击第二个峰。

关闭Reagent-Free controller电源开关，点击Pump下的off，关闭软件，关闭电源，关闭氮气钢瓶主阀，再关闭减压阀，关闭淋洗液压力表。

五、数据处理

标准曲线：

将样品峰面积代入标准曲线方程中：

#1：

氟离子浓度：C1F=(0.098+0.0075)/0.0873=1.21mg/L

氯离子浓度：C1Cl=(0.129+0.0003)/0.0554=2.33mg/L

#2:

氟离子浓度：C2F=(0.183+0.0075)/0.0873=2.18mg/L

氯离子浓度：C2Cl=(0.245+0.0003)/0.0554=4.42mg/L

#3：

氟离子浓度：C3F=(0.253+0.0075)/0.0873=2.98mg/L

氯离子浓度：C3Cl=(0.370+0.0003)/0.0554=6.68mg/L

六、思考题

1.离子色谱法主要应用何种物质的分析？如何解释三个离子的出峰次序？

离子交换色谱主要用于有机和无机阴、阳离子的分析；

由于各种离子对离子交换树脂的亲和力不同，样品在柱内流速不同，被分离，依次被淋洗液洗脱。

2.离子色谱法是如何实现电导检测的？

由于阳离子交换膜的离子选择性，流经膜再生侧的流动相废液经电解产生较高浓度的 H+ 可通过膜进入上游的流动相，同时流动相中高电导的 Na+ 跨越膜后作为废液随同含有电解产生气体的废液被排放。这样，流动相中大量的 HCO3-被中和为电导率很低的 H2CO3，而样品阴离子不仅由于不可通过阳离子交换膜不受影响，而且变为电导率更高的HCl，因此配有电导抑制器的电导检测可实现阳离子的高灵敏检测。

3. F-Cl-NO2- 阴离子还可以用什么仪器法分析？离子色谱法的优势有哪些？

分光光度法、福尔哈德法、氟离子检测电极。

1、进样体积小与传统的离子色谱技术应用相比，现代离子色谱技术使用的色谱柱含有树脂具有交换容量低、交联度高等特点和优势，因此，在后期水质监测过程中，进样体积小，无需进大量水样；

2、应用范围广现代离子色谱技术不仅应用于水、大气、土壤和生物体污染物监测等环境监测领域，还被广泛应用于纺织、食品制造等行业领域。随着计算机信息技术的应用，现代离子色谱技术的发展更趋成熟，所应用的领域也呈逐渐扩大之势；

3、游动离子配对和交换与传统离子色谱技术应用相比，现代离子色谱技术是一种从高效液相色谱技术中分离出来，其色谱柱上的树脂具有电荷，且可以实现自由离子配对及交换，达到自由离子间的配对，从而达到样本中无机离子分离的效果。经离子交换，实现样本中离子交换吸附、解吸，确保样本离子状态达到平衡效果。

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