第三章-离子排斥色谱法

第三章离子排斥色谱法（HPIEC）机理：Donnan排斥、吸附、空间排阻固定相：强酸型阳离子交换树脂等流动相：水、无机酸、有机酸等分析对象：无机弱酸、有机酸、醇和醛、氨基酸等3.1离子排斥原理示意图流动相Donnan-膜固定相H20H+Cl-H20H20H20SO3-H+SO3-H+SO3-H+SO3-H20SO3-H20δ-H+CH3COOHH+3.2离子排斥色谱法分离机理Donnan排斥吸附空间排阻常见无机酸和有机酸在离子排斥色谱柱上的相对保留值酸相对保留值酸相对保留值硫酸甲苯基磺酸亚硫酸5-磺基水杨酸氨基磺酸盐酸丁炔二酸三氯乙酸半乳糖二酸磷酸柠檬酸甲叉丁二酸丙酮酸丙二酸α-丁酮酸甘油酸硼酸L-磺基丙氨酸马来酸草酸三甲基醋酸α-羟基丁酸α-甲级丙烯酸异戊酸异丁基乙酸巴豆酸亚甲基双巯基乙酸丙酸0.570.570.580.580.580.590.590.600.600.630.640.700.710.720.740.750.75~0.790.610.61~0.710.621.491.571.631.661.671.951.151.17丁二酸乙醇酸乳酸甲酸己二酸反丁烯二酸戊二酸氯乙酸乙酸乙酰丙酸L-焦谷氨酸α-戊酮酸氰尿酸二氯乙酸巯基丁二酸丙烯酸碳酸异丁酸丁酸苯乙醇酸氢肽酸对羟基苯甲酸苯基丙酸戊酸糠酸环己羧酸2，4-二羟基苯甲酸0.820.820.840.911.001.001.001.001.001.001.130.800.800.810.821.231.261.321.451.491.214.465.402.092.093.263.803.3固定相(1)聚合物基质：聚苯乙烯基质的强酸型阳离子交换树脂聚丙烯酸基质的羧酸型阳离子交换树脂(2)硅胶基质：未经修饰的硅胶3.4流动相(1)水(2)无机酸：H2SO4、HCl(3)有机酸：烷基磺酸：辛烷磺酸全氟羧酸：全氟庚酸(4)糖：（5）醇：正丁醇、聚乙烯醇（6）以上试剂+有机溶剂（乙腈、甲醇等）淋洗液浓度的影响保留时间与淋洗液浓度关系图。p-甲苯磺酸淋洗液。1.柠檬酸；2.酒石酸；3.苹果酸；4.乳酸；5.甲酸；6.乙酸56789100.51.01.52.02.53.0Retentiontime/minEluentconcentration/(mmol/L)123456淋洗液浓度的影响0.000.020.040.060.080.100.12020406080654321RetentionTime(min)Mobilephaseconcentration(mmol/L)保留时间与淋洗液浓度关系图1.邻苯二甲酸；2.水杨酸；3.苯乙酸；4.对羟基苯甲酸；5.苯甲酸；6.邻甲苯甲酸ICE流动相中酸的浓度对分离的影响分离柱：IonPacICE-AS1淋洗液：HCl流速：1.0mL/min检测：抑制电导(a)HCl浓度为0.02mol/L(b)HCl浓度为0.03mol/LabSO42-C2O42-SO42-C2O42-淋洗液中有机溶剂的影响保留时间与乙腈体积分数关系图。p-甲苯磺酸+乙腈淋洗液。1.柠檬酸；2.酒石酸；3.苹果酸；4.琥珀酸；5.乳酸；6.甲酸；7.乙酸5.56.57.58.59.510.51%2%4%5%6%8%9%Methylcyanidevolumefraction(%)7654321Retentiontime/min淋洗液流速的影响保留时间与乙腈体积分数关系图。p-甲苯磺酸+乙腈淋洗液。1.柠檬酸；2.酒石酸；3.苹果酸；4.琥珀酸；5.乳酸；6.甲酸；7.乙酸35791113151719210.50.81.01.21.57654321Flowrate/(mL/min)Retentiontime/min色谱柱温度的影响保留时间与色谱柱温度的关系图。p-甲苯磺酸+乙腈淋洗液。1.柠檬酸；2.酒石酸；3.苹果酸；4.琥珀酸；5.乳酸；6.甲酸；7.乙酸567891011253035404550Temperature/℃7654321Retentiontime/min色谱柱温度的影响保留时间与色谱柱温度的关系图。0.08mmol/L硫酸淋洗液。1.邻苯二甲酸；2.水杨酸；3.苯乙酸；4.对羟基苯甲酸；5.苯甲酸；6.邻甲苯甲酸3540455010203040506070654321Retentiontime(min)temperature(oC)3.5检测（1）电导：抑制电导非抑制电导（2）紫外-可见光度（3）电化学检测（4）质谱3.6应用（1）有机酸分析（2）无机弱酸分析（3）醇和醛的分析（4）氨基酸的分析Peaks:1.Oxalic5.0mg/L(ppm)2.Tartaric10.03.Citric15.04.Malic20.05.Glycolic10.06.Formic10.07.Lactic10.08.2-Hydroxyisobutyric30.09.Acetic25.010.Succinic25.011.Fumaric35.012.Propionic50.013.Glutaric40.0有机酸的分离（ICE-AS6）11596-02Minutes0153530202507µS5104012346891112135710Column:IonPac®ICE-AS6(9x250mm)Eluent:0.4mMHeptafluorobutyricacidFlowRate:1.0mL/minInj.Volume:50µLDetection:Suppressedconductivity,AMMS®-ICE(4mm)Regenerant:5mMTetrabutylammoniumhydroxide保留主要取决于分析物的PKa值，即有机酸的离解常数，酸性越弱，保留时间越长。相同色谱条件下，有机酸在排斥柱上的保留主要由酸的强弱决定。我们在实验中总结了一下洗脱规律：1、同类羧酸，保留时间随碳链长度增加而增加。如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸保留时间逐渐增加。2、被取代的羧酸，取代基越多，保留时间越短。3、一般二元酸在一元酸前洗脱，如草酸在乙酸前洗脱，马来酸在丙酸前洗脱。4、双链有机酸较其对应的单链有机酸保留时间长，如丙烯酸在丙酸后洗脱。5、芳香羧酸在树脂上的保留一般较强，而HPIEC法对它们不灵敏。离子排斥色谱与离子交换色谱联用强酸中弱有机酸的测定，用阴离子交换分离是非常困难的，而用离子排斥色谱则很容易。如下图中硫酸中弱酸的测定，图中H2SO4的浓度为2.5gL-1，有机酸的浓度为0.5-1mgL-1。这种样品如果用离子交换分离，高浓度的SO42-会使柱子超载。而用HPIEC，因SO42-不被保留，不干扰弱酸的定量。1234560.01.005102015MinutesµS分离柱:IonPacICE-AS6淋洗液:10mmol/L全氟丁酸流速:1.0mL/min检测:电导抑制器:AMMS-ICE抑制器样品:0.25%硫酸进样量：50µL色谱峰:1.柠檬酸0.5mg/L2.苹果酸1.03.乙二醇酸1.04.乳酸1.05.乙酸1.06.琥珀酸1.0酸性基体中脂肪酸的检测0.02.55.07.510.0t/min012µS/cm12345678有机酸混合标样离子排斥色谱图Ionexclusionchromatogramofastandardmixtureofcarboxylicacids1.柠檬酸(Citricacid)；2.酒石酸(Tartaricacid)；3.苹果酸(Malicacid)；4.琥珀酸(Succinicaicd)；5.乳酸(Lacticacid)；6.甲酸(Formicacid)；7.乙酸(Aceticacid)；8.系统峰苹果汁样品色谱图1.柠檬酸(Citricacid)；3.苹果酸(Malicacid)；5.乳酸(Lacticacid)；8.系统峰0.02.55.07.510.012.5t/min0123µS/cm13580102030405060min0.00.51.01.5μS/cm123456芳香族羧酸混合标样色谱图Ion-exclusionchromatogramofastandardmixtureofaromaticcarboxylicacids色谱柱(column):Shim-packSCR-102H;检测(detection):直接电导(directconductivity);淋洗液(eluent):0.08mmol/LH2SO4;柱温(columntemperature):45℃;流速(flowrate):1.2mL/min.1.邻苯二甲酸(o-phthalicacid)；2.水杨酸(salicylicacid)；3.苯乙酸(phenylaceticacid)；4.对羟基苯甲酸(p-hydroxybenzoicacid)；5.苯甲酸(benzoicacid)；6.邻甲苯甲酸(o-toluicacid).脂肪酸混合标样色谱图Ion-exclusionchromatogramofastandardmixtureofcarboxylicacids色谱柱(column):Shim-packSCR-102H;检测(detection):直接电导(directconductivity);淋洗液(eluent):0.2mmol/Lp-甲苯磺酸;柱温(columntemperature):45℃;流速(flowrate):1.2mL/min.1.甲酸；2.乙酸；3.丙酸；4.丁酸；5.戊酸；6.己酸0.05.010.015.020.025.0min0.000.250.500.75μS/cm123456白酒样品色谱图色谱柱(column):Shim-packSCR-102H;检测(detection):直接电导(directconductivity);淋洗液(eluent):0.2mmol/Lp-甲苯磺酸;柱温(columntemperature):45℃;流速(flowrate):1.2mL/min.2.乙酸；3.丙酸；4.丁酸；5.戊酸；6.己酸。0.05.010.015.020.025.0min0.000.25μS/cm234560.05.010.015.020.025.0min0.000.250.500.75μS/cm1234560.05.010.015.020.025.0min0.000.25μS/cm234562.乙酸；3.丙酸；4.丁酸；5.戊酸；6.己酸。