离子色谱仪介绍与发展现状**1前言**
1975年，Small等人用电导检测器的连续检测柱流出物获得成功，标志着离子色谱法的诞生。经过近三十年的发展，离子色谱法(IC)已经成为分析离子性物质的常用方法。我国第一代离子色谱仪于1983年6月通过了专家鉴定。离子色谱仪与一般的液相色谱仪一样，由输液系统、进样系统、分离系统和检测系统构成。本文主要介绍离子色谱仪硬件方面的现状和最新进展。
**2输液系统
**
离子色谱的输液系统主要包括流动相容器、脱气装置、高压输液泵和梯度洗脱装置等。IC对输液系统的一般要求是：流量稳定，耐高压性能好，耐腐蚀性强，脱气方便等。
2.1脱气装置
流动相的脱气是离子色谱分析过程中的一个重要环节。输液泵的扰动或色谱柱前后的压力变化以及抑制过程都可能导致流动相中溶解的气体析出，形成小气泡。这些小气泡会产生很多尖锐的噪声峰，较大的气泡还可能引起输液泵流速的变化，因此对流动相要进行脱气处理。流动相脱气的方法主要有：真空泵直接脱气法，超声波震荡脱气法，惰性气体鼓泡吹扫脱气法以及在线脱气法。前3种方法的脱气效果都不错，但不足之处是一次性脱气，脱气后很难防止空气再次溶解进入流动相，而且存在流动相被污染的可能。与前3种方法相比，在线脱气法可以避免上述情况的发生。其工作原理是：将一段用多孔合成树脂膜做的输液管密封于真空容器内，当流动相流经输液管时，由于膜外侧压力减小，流动相中的氧气、二氧化碳等小分子气体就会透过树脂膜而被排除。在实际操作中，真空容器内的气压应尽可能的稳定。因为气压的波动会使脱气效果不一致，导致基线起伏。目前，比较先进的离子色谱仪都自己有在线脱气系统。
2.2输液泵
输液泵的作用是使流动相以相对稳定的流量或压力通过流路系统。流量或压力的稳定将直接影响基线的稳定和分析结果的重现性。一般输液泵的流量可以设定在0.01~10.OmL/min之间，对于一般分析工作，0.5~2.OmL/min的流量最为常用。输液泵在较低流量时，通常要求压力能够达到3OMPa。耐高压的能力是衡量离子色谱仪性能的一个重要指标。目前，离子色谱仪的耐高压性能越来越好。
输液泵主要有气动放大泵、螺旋传动注射泵、隔膜型往复泵、柱塞往复泵等。
(1)气动放大泵能提供无脉动的稳定流量，很适合恒量分析。因为气动泵能迅速获得很高的出口压力并提供较大的输出流量，所以特别适合匀浆法填充色谱柱。这种泵的缺点是液缸体积大，更换流动相不方便，所以现在已不再用于分析型液相色谱仪。
(2)螺旋传动注射泵能以恒定的流量输送流动相，与操作压力无关，但是在活塞复原的短时间内，没有流量输出，从而产生压力波动。另外，这种泵体积大，比较笨重，更换流动相不方便。
(3)隔膜型往复泵是一种恒流泵。它的优点是活塞不直接与流动相接触，避免了活塞密封垫磨损对流动相的污染。缺点是结构比较复杂，价格较贵，有脉动，需要配置阻尼装置来消除。
(4)柱塞往复泵是目前使用最广泛的一种恒流泵，分为单柱塞和双柱塞两种。单柱塞往复泵脉动较大，必须配置阻尼装置；双柱塞泵有两个活塞交替伸缩，脉动比单柱塞泵小得多。双柱塞泵有活塞缸并联或串联两种模式。并联模式，两个活塞的凸轮形状完全相同，但相位相反，所产生的脉动正好互相抵消；串联模式，两个凸轮形状不同，第一个凸轮提供主要动力，第二个凸轮的作用是当第一个凸轮回收时提供补充动力。柱塞往复泵的流量由电机的转速控制。柱塞往复泵的特点是：流量控制精确，脉动较小，使用方便，故障率低，更换流动相方便。与其他几种输液泵相比，柱塞往复泵具有一定的优势，尤其是双柱塞往复泵更为常用。
离子色谱经常使用强酸、强碱作为流动相，这就要求与流铁路改革步入深水区新中铁快运有望冲破困局动相接触的输液系统材料必须能够耐酸碱腐蚀。通常使用的材料有：不锈钢、氟塑料、聚乙烯、陶瓷以及聚醚醚酮(PEEK)等。对于不锈钢材料，若使用强酸溶液作洗脱液，须在进样阀前安装一个很高容量的阳离子交换柱，用来吸附由不锈钢输液泵体溶解的金属离子。PEEK材料的应用改变了这种情况。PEEK基本上不受酸碱腐蚀的影响，具有很高的硬度，非常适于制造输液泵的泵头和单向阀。国外离子色谱仪已经普遍采用了这种全塑泵，国内厂家近年来也在逐步采用。
**3进样器**
IC对进样器的基本要求是：耐高压、耐腐蚀、重复性好、操作方便。进样器的种类主要有六通进样阀。气动进样阀和自动进样器。
六通进样阀是目前最常用的。它的特点是进样量的重复性非常好。但普通六通进样阀在装样(LOAD)和进样(INJECT)两个位置之间流路被截断时，会在扳阀过程中产生一个瞬间的高压，非常容易引起流路的泄漏。现在比较好的六通迸样阀由于采用了断前接通技术，基本上消除了这种瞬间高压，同时也大大减少了误操作的可能。考虑到流动相的腐蚀，PEEK和陶瓷材料制成的六通进样阀最适合离子色谱仪使用。美国RHEODYNE公司是生产高压六通进样阀最著名的公司。目前国内已有性能与之接近的产品。
气动进样阀是一种比较先进的进样阀。它采用一定压力的氮气作为动力，通过两路四通加载定量管进行装样和进样，能有效减少手动进样带来的误差，其不方便之处在于必须使用氮气钢瓶。
自动进样器是一种自动化程度很高的系统，由软件控制，自动进行装样、进样、清洗，操作者只需将样品按顺序装入贮样机即可。自动进样器价格比较昂贵，一般只有高档仪器才会配备。
**4分离柱
**
与HPLC一样，分离柱是离子色谱仪最重要的组成部分。离子色谱的分离机理主要是离子交换，基于离子交换树脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子之间进行的可逆交换，不同的离子因与交换剂的亲和力不同而被分离，与HPLC不同的是，离子色谱选择性的改变主要是通过采用不同的固定相来实现的。
4.1阴离子交换分离柱
阴离子交换分离柱使用的填料主要是表面附聚薄壳型阴离子交换树脂。树脂的内核是苯乙烯一二乙烯苯的共聚物(PS-DVB)，核外是一层磺化层，最外层是粒度均匀的单层季铵化乳胶颗粒，以离子键结合在磺化层上。由于树脂的表面完全被乳胶颗粒覆盖，所以乳胶的性质决定了固定相的选择性。由于薄膜层快速的运动和大的渗透能力，薄壳材料比一般微孔离子交换物有更高的交换效能。这种类型的固定相的性能主要由三个因素决定：PS-DVB树脂的交联度、乳胶颗粒的材料、季钱功能基的类型和结构。