離子色譜儀在空間電源材料分析中的應用

　　幾年來，使用DX600型離子色譜儀進行空間電源材料的無機陰離子與陽離子、有機酸等分析與應用，取得了一定進展。新一代先進的離子色譜儀技術代替了經(jīng)典化學分析方法，使檢測方法更為快捷，正確度和精密度更高、靈敏度更好，重現(xiàn)性和再現(xiàn)性也非常令人滿足，從而進步了離子色譜儀測試數(shù)據(jù)的可靠性程度。測試結果證實：離子色譜儀具有高靈敏度、出色的分析正確度、干擾較少、分析操縱十分簡便、選擇性和重現(xiàn)性好等優(yōu)點。

一 離子色譜儀的重要作用、 分離技術與方法

 

1. 離子色譜儀在科技生產(chǎn)中的重要作用

 

　　20世紀80年代前，離子色譜儀于用離子交換分離和電導檢測，分析簡單的無機陰、陽離子，而目前已發(fā)展成為多種分離方式和檢測方法。離子色譜儀分析改變了過往采用經(jīng)典化學分析方法測定無機陰離子、無機陽離子的狀況，實現(xiàn)了快速測定多種離子的目的，是無機陰離子、無機陽離子、有機酸等分析領域中起重要作用的選擇和靈敏的分析方法。它在分析化學領域內(nèi)，已占極其重要的位置。日前離子色譜儀被廣泛應用于各個領域，已經(jīng)作為實驗室儀器中常規(guī)分析手段。

 

2. DX-600型離子色譜儀分離技術

 

　　DX-600型離子色譜儀主要由活動相輸運系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等4大部分組成，其組件構造的流程圖，如圖所示。

　　(1)離子色譜活動相輸運系統(tǒng)：包括貯液罐、梯度淋洗、高壓輸液泵裝置等，與液相色譜的輸液系統(tǒng)基本相似。

　　(2)離子色譜的進樣系統(tǒng)：進樣主要分為3種類型：即氣動、手動和自動進樣方式。

　　(3)離子色譜的分離系統(tǒng)：分離系統(tǒng)是離子色譜的核心和基礎。離子色譜柱是離子色譜儀的“心臟”，要求它柱效高、選擇性好、分析速度快等。離子色譜是一種液固色譜，為液相色譜的一種，但柱填料和分離機理有其自身特點，離子色譜柱的研究也是離子色譜領域的一個熱門課題。離子色譜柱填料的粒度一般在5～25μm之間，比液相色譜的柱填料略大，因此其壓力比液相色譜的要小，一般為單分散，而且呈球狀。

　　(4)離子色譜的抑制系統(tǒng)：對于抑制型(雙柱型)離子色譜系統(tǒng)，抑制系統(tǒng)是極其重要的一個部分，也是離子色譜有別于液相色譜的zui重要特點。

　　(5)離子色譜的檢測系統(tǒng)：電導檢測是離子色譜檢測方式中zui常用的一種。由于電導池中的等效電容的影響，施加到電導池上的電壓和電流之間的關系是非線性的，這給丈量電導值帶來很大困難。另外，活動相中本底電導值很高，從較大的背景值中正確丈量待測組分的信號，也是電導檢測中的重要題目。

　　(6)離子色譜的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：離子色譜一般柱效不高，與氣相色譜和液相色譜相比，一般情況下離子色譜分離度不高，它對數(shù)據(jù)采集的速度要求不高，因此能夠用于其他類型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)同樣也可用于離子色譜中。而且在常規(guī)離子分析中，色譜峰的峰形比較理想，可以采用峰高定量分析法進行分析。主要數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為：記錄儀、自動積分儀、數(shù)據(jù)工作站。DX-600型離子色譜數(shù)據(jù)工作站提供了Peak Net軟件，可以同時處理多個色譜儀信息，并可對離子色譜的泵、檢測器、自動進樣器等系統(tǒng)進行控制。

 

3. DX-600型離子色譜儀分析內(nèi)容

 

　　(1)儀器分析內(nèi)容：離子色譜儀分離測定常見的陰離子是它的專長，一針樣品打進往，約在20min以內(nèi)就可得到7個常見離子的測定結果，這是其他分析手段所無法達到的。 

　　(2)經(jīng)常檢測的常見離子有：陰離子：F-，Cl-，，Br-，，NO-2，HPO-24，NO-3，SO-24，甲酸，乙酸，草酸等;陽離子：Li+，Na+，NH+4，K+，Ca+2，Mg+2，Cu+2，Zn+2，F(xiàn)e+2，F(xiàn)e+3等。 

　　(3)離子色譜法與AAS和ICP法相比：有關陽離子測定所用的離子色譜方法與原子吸收光譜法(AAS)和等離子體發(fā)射光譜法(ICP)相比，目前還沒有顯示出*性。

 

二 離子色譜儀的主要技術性能

 

1. DX-600型離子色譜儀的系統(tǒng)特征

 

　　所有組件均具有前置輸出面板。菜單式界面易于學習且操縱形象化；前置面板以大字符顯示，對比度可調(diào)，可以清楚顯示儀器的運行狀態(tài)；屏幕信息豐富，可以很快獲得所需要的信息和幫助；通過控制面板或一臺計算機，可以對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控；通過模塊或軟件使方法程序化并控制輸進、輸出，可以提供方便的操縱方式；可隨意疊加、相互連結的組件形成緊湊、流線型的外觀；關鍵色譜數(shù)據(jù)的即時更新可以提供連續(xù)的診斷反饋信息；完善的用戶和服務診斷系統(tǒng)可以通過前置面板和軟件控制兩種方式提供儀器運行的實時信息；從前置面板進行控制的全自動常規(guī)校正省時、方便；易于檢測和維護的前拉式的固定模板設計面板可以耐受腐蝕性的液體和氣體；輸液泵和檢測器可以容納100種程序方法，在忽然斷電的情況下，程序也不易丟失；在常用的輸進電壓(90～265V)范圍內(nèi)電源可以自動切換，簡化儀器安裝；泄漏檢測和維護裝置可以迅速發(fā)現(xiàn)儀器的漏液故障。

 

2. DX-600型離子色譜的技術性能

 

　　(1)離子色譜基本原理

　　離子色譜是液相色譜的一種，故又稱離子色譜(HPIC)或現(xiàn)代離子色譜，分離的原理是基于離子交換樹脂上可離解的離子與活動相中具有相同電荷的溶質(zhì)離子之間進行的可逆交換和分析物溶質(zhì)對交換劑親和力的差別而被分離。適用于親水性陰、陽離子的分離。其有別于傳統(tǒng)離子交換色譜柱色譜的主要是樹脂具有很高的交聯(lián)度和較低的交換容量，進樣體積很小，用柱塞泵輸送淋洗液通常對淋出液進行在線自動連續(xù)電導檢測。

　　(2)離子色譜分離柱的區(qū)別

　　離子交換樹脂耐酸堿，可在任何pH范圍內(nèi)使用，易再生處理，使用壽命長。缺點是機械強度差，易溶脹，易受有機物污染。DX-600型離子色譜儀所用的分離柱，其特點是柱效高，交換平衡快，機械強度高。缺點是不耐酸堿，只宜在pH2～9范圍內(nèi)使用。

 

3. DX-600型離子色譜的檢測方法

 

　　隨著離子色譜的廣泛應用，離子色譜的檢測技術，已由單一的化學抑制型電導法，發(fā)展為包括電化學、光化學和與其他多種分析儀器聯(lián)用的方法。

　　(1)抑制電導檢測法

　　抑制型電導技術由zui初的抑制柱技術，又經(jīng)歷了可連續(xù)再生式的纖維管、微膜抑制器階段，的抑制技術采用電解抑制法，使抑制電導檢測可以自動進行而不必采用傳統(tǒng)的再生液。通過電導抑制可以使背景電導值很低，而檢測靈敏度可以達到很高水平。抑制電導檢測法始終是的方法。

　　(2)紫外吸收光度法

　　在195～220nm具強紫外吸收的陰離子可用弱紫外吸收的淋洗液直接進行紫外吸收，其選擇性和靈敏度都很高，它使硝酸根、亞硝酸根等離子可檢測至μg／L。間接紫外檢測用于本身不具紫外吸收離子的分析，淋洗液具強紫外吸收，檢測信號為負值。陰離子淋洗液多用芳香有機酸和鄰苯二甲酸鹽、磺基苯甲酸鹽等。陽離子則以具紫外吸收的Cu2+或Ce3+溶液為淋洗液。

 

三 離子色譜儀在空間電源材料分析中的應用

 

　　由于現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展，使離子色譜儀面臨的任務已經(jīng)遠遠超出傳統(tǒng)的定性和定量分析的范圍。由于科學技術的發(fā)展需要，促使人類對離子色譜儀分析檢測領域大大拓展：從常量分析到微量、痕量、超痕量分析。

 

1. 標準試劑的分析

 

　　離子色譜儀經(jīng)常性應用在空間電源材料中的無機陰離子、無機陽離子、有機酸等的分析。包括通過各種中間產(chǎn)物和*產(chǎn)品的添加劑和雜質(zhì)控制的測定。在溶液中測定各種陰離子含量都有很好的正確度和精密度。用這種方法都取得很好的效果。

　　用無機酸陰離子的標準溶液連續(xù)6次的測定，其各離子的相對標準偏差和檢出限。(由一系列的混合標準樣品)得出各待測組分的線性相關系數(shù)，見表1所示。

 

2. 高純水的分析

 

　　用離子色譜法測定高純水中的Na+，操縱簡便，靈敏快速正確。按上述色譜條件，對系列標準工作溶液進行分析，以峰面積進行線性回回方程，線性相關系數(shù)r=0.9998。用該方法測定高純水中的Na+，連續(xù)進行8次，均勻值為0.88μg·L-1。見表2所示。

　　在硝酸鎘溶液樣品中加進已知量的氯(Cl-)標準溶液均勻值為0.211μg·L-1，在實驗條件下進行加表回收試驗。該方法的均勻值回收率為95.3%，由此可見，測定結果正確可靠。見表3所示。

 

3. 陽離子的分析

 

　　堿金屬、堿土金屬的分析已經(jīng)是離子色譜儀中廣泛應用的方法。用硫酸或甲磺酸作淋洗液，陰離子交換分析，電導檢測，一次進樣15min就可以完成分析和檢測。在進行陽離子分析時，測試的數(shù)據(jù)正確度、精密度、重現(xiàn)性都很好，按不同濃度的鈉、鉀、鎂、鈣混合標準樣品，標準偏差和相對標準偏差符合實驗室質(zhì)量控制的要求。見表4所示。

　　從表4可知，相對標準偏差分別為：鈉0.7%～1.3%，鉀0.4%～0.8%，鎂0.6%～0.9%，鈣0.4%～0.5%。明顯優(yōu)于化學分析方法。

 

4. 可比性的比較

 

　　應用具有可比性的不同分析方法，對同一標準(碳酸鈣)樣品進行分析，將所得到的測定結果作相互比較后，根據(jù)其符合程度來比較測定的正確度。用這種比較實驗方法是分析質(zhì)量控制方法的一種有效途徑?，F(xiàn)列出離子色譜法與EDTA滴定法測定值比較。見表5所示。

　　可見以上兩種方法測定出的碳酸鈣量無明顯差異，可視為等效方法。但是用離子色譜法分析比化學分析法要*，測定更為方便。

 

四 結束語

 

　　離子色譜儀在空間電源材料上的分析應用已經(jīng)得到了較快的發(fā)展。這體現(xiàn)了今后離子色譜儀發(fā)展的一個方向。在研究與應用對空間電源材料的分析和產(chǎn)品質(zhì)量的控制時，該儀器提供了大量的可靠分析測試數(shù)據(jù)，并取得了明顯的成果與經(jīng)濟效益。DX-600型離子色譜儀是分析空間電源材料*的一種現(xiàn)代化分析儀器，相信它在今后的分析測試領域中將不斷地發(fā)揮其*的作用。