離子色譜儀的工作過(guò)程是：輸液泵將流動(dòng)相以穩(wěn)定的流速(或壓力)輸送至分析體系，在色譜柱之前通過(guò)進(jìn)樣器將樣品導(dǎo)入，流動(dòng)相將樣品帶入色譜柱，在色譜柱中各組分被分離，并依次隨流動(dòng)相流至檢測(cè)器，抑制型離子色譜則在電導(dǎo)檢測(cè)器之前增加一個(gè)抑制系統(tǒng)，即用另一個(gè)高壓輸液泵將再生液輸送到抑制器，在抑制器中，流動(dòng)相的背景電導(dǎo)被降低，然后將流出物導(dǎo)入電導(dǎo)檢測(cè)池，檢測(cè)到的信號(hào)送至數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄、處理或保存，如圖2所示。

圖2 典型離子色譜儀的工作流程圖

分離的原理是基于離子交換樹(shù)脂上可離解的離子與流動(dòng)相中具有相同電荷的溶質(zhì)離子之間進(jìn)行的可逆交換和分析物溶質(zhì)對(duì)交換劑親和力的差別而被分離。離子色譜主要適用于親水性陰、陽(yáng)離子的分離。分離機(jī)理主要是離子交換，細(xì)分起來(lái)有3種分離方式：高效離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜（HPIEC）和離子對(duì)色譜（MPIC）。

三種分離方式的柱填料的樹(shù)脂骨架基本都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但樹(shù)脂的離子交換功能基和容量各不相同。HPIC用低容量的離子交換樹(shù)脂，HPIEC用高容量的樹(shù)脂，MPIC用不含離子交換基團(tuán)的多孔樹(shù)脂。3種分離方式各基于不同分離機(jī)理。HPIC的分離機(jī)理主要是離子交換，HPIEC主要為離子排斥，而MPIC則是主要基于吸附和離子對(duì)的形成。

高效離子交換色譜：應(yīng)用離子交換的原理，采用低交換容量的離子交換樹(shù)脂來(lái)分離離子，這在離子色譜中應(yīng)用廣泛，其主要填料類型為有機(jī)離子交換樹(shù)脂，以苯乙烯二乙烯苯共聚體為骨架，在苯環(huán)上引入磺酸基，形成強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，引入叔胺基而成季胺型強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂，此交換樹(shù)脂具有大孔或薄殼型或多孔表面層型的物理結(jié)構(gòu)，以便于快速達(dá)到交換平衡。離子交換樹(shù)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(zhǎng)，缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差、易溶易脹、受有機(jī)物污染。離子交換色譜是常用的離子色譜。

離子排斥色譜：主要根據(jù)Donnon膜排斥效應(yīng)，電離組分受排斥不被保留，而弱酸則有一定保留的原理，制成離子排斥色譜主要用于分離有機(jī)酸以及無(wú)機(jī)含氧酸根，如硼酸根碳酸根和硫酸根有機(jī)酸等。它主要采用高交換容量的磺化H型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為填料，以稀鹽酸為淋洗液。

離子對(duì)色譜：固定相為疏水型的中性填料，可用苯乙烯二乙烯苯樹(shù)脂或十八烷基硅膠(ODS)，也有用C8硅膠或CN，而流動(dòng)相則由含有所謂對(duì)離子試劑和含適量有機(jī)溶劑的水溶液組成。對(duì)離子是指其電荷與待測(cè)離子相反，并能與之生成疏水性離子。對(duì)于化合物的表面活性劑離子，用于陰離子分離的對(duì)離子是烷基胺類，如十六烷基三甲烷等，用于陽(yáng)離子分離的對(duì)離子是烷基磺酸類，

如己烷磺酸鈉、庚烷磺酸鈉等。對(duì)離子的非極性端親脂，極性端親水，其CH₂鍵越長(zhǎng)則離子對(duì)化合物在固定相的保留越強(qiáng)。在極性流動(dòng)相中，往往加入一些有機(jī)溶劑，以加快淋洗速度，此法主要用于疏水性陰離子以及金屬絡(luò)合物的分離。

離子色譜儀雖然種類較多，但其工作流程基本大同小異。其流程主要為：

（1）對(duì)淋洗液系統(tǒng)進(jìn)行必要檢查，打開(kāi)氬氣氣瓶開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)減壓閥指示為0.2~0.3 Mpa；打開(kāi)淋洗液系統(tǒng)氣源裝置，調(diào)節(jié)減壓閥，使指示表顯示為3~6 psi。

（2）分別按順序打開(kāi)主機(jī)-電腦-打印機(jī)等設(shè)備電源開(kāi)關(guān)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行上電操作。

（3）系統(tǒng)處理及控制系統(tǒng)上電接通后，進(jìn)入操作界面，并進(jìn)入系統(tǒng)操作面板，準(zhǔn)備操作前的準(zhǔn)備及管理工作。

（4）打開(kāi)泵。如色譜分析儀長(zhǎng)時(shí)間不使用或更換淋洗液后，要先打開(kāi)平衡泵頭上的PRIME閥排氣后再開(kāi)泵，待泵壓力穩(wěn)定后再打開(kāi)抑制器電源。

（5）在進(jìn)入色譜柱之前通過(guò)進(jìn)樣器將樣品導(dǎo)入, 流動(dòng)相將樣品帶入色譜柱, 在色譜柱中各組分被分離, 并依次隨流動(dòng)相流至檢測(cè)器。

（6）檢測(cè)器檢測(cè)到的信號(hào)送至數(shù)據(jù)系統(tǒng)，利用操作界面做完樣后，選擇檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理、打印或者保存等操作。

（7）關(guān)機(jī)，系統(tǒng)關(guān)機(jī)需要根據(jù)檢測(cè)樣品不同選擇不同關(guān)機(jī)步驟。對(duì)于陰陽(yáng)離子，需要先將抑制器電流關(guān)掉，然后再關(guān)泵關(guān)機(jī)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，離子色譜逐漸進(jìn)入人們的視野。目前，離子色譜法已被應(yīng)用于食品分析、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面，且在化工、材料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。

實(shí)例1：以硝酸鹽，亞硝酸鹽和磷酸鹽的形式存在的雜質(zhì)污染，是普遍的水質(zhì)問(wèn)題。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法具有許多缺點(diǎn)，檢測(cè)效果也是不盡如意。多年來(lái)，相關(guān)科研工作者已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種方法和分析系統(tǒng)來(lái)對(duì)水生環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的原位成分分析。然而，這些系統(tǒng)的使用和應(yīng)用受到功率需求，尺寸，試劑使用或成本的限制。此外，電化學(xué)傳感器被廣泛用于快速分析水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽。這些傳感器具有成本效益，但考慮其長(zhǎng)期工作時(shí)，經(jīng)常會(huì)因電極結(jié)垢和分析物隨時(shí)間的漂移而使其功能受到阻礙。迄今為止，基于離子色譜法的分析儀以及直接的紫外線吸收系統(tǒng)已被證明是實(shí)現(xiàn)原位硝酸鹽和亞硝酸鹽分析的主要途徑。

Murray等人^[4] 采用離子色譜儀對(duì)水中雜質(zhì)進(jìn)行了成分分析，基于簡(jiǎn)單的陰離子交換方法，使用KOH洗脫液結(jié)合AG15保護(hù)柱來(lái)實(shí)現(xiàn)快速的陰離子分離。通過(guò)使用基于235 nm LED的吸光度檢測(cè)器，可以選擇性，直接地檢測(cè)亞硝酸鹽和硝酸鹽。作者選擇位于淡水和高污染廢水之間的50μL樣品定量環(huán)體積，連續(xù)分析包含15 mg L^-1 NO^3-和10 mg L^-1 NO^2-的陰離子標(biāo)準(zhǔn)液。依次進(jìn)樣的色譜圖重疊時(shí)，儀器獲得的色譜圖重復(fù)性如圖3所示。在82次運(yùn)行中，亞硝酸鹽和硝酸鹽的峰面積RSD值分別為3.87％和3.91％。發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽和硝酸鹽的保留時(shí)間RSD值分別為3.59％和3.23％，這表明了離子色譜在水質(zhì)檢測(cè)中的突出應(yīng)用價(jià)值。

圖3 82次連續(xù)運(yùn)行后疊加的所選色譜圖

實(shí)例2：目前，農(nóng)用硫酸銨的來(lái)源非常廣泛，包括己內(nèi)酰胺副產(chǎn)硫酸銨、氨法脫硫副產(chǎn)硫酸銨、磷石膏轉(zhuǎn)制硫酸銨等不同行業(yè)的副產(chǎn)硫酸銨，這些副產(chǎn)硫酸銨中可能存在氟、氯、溴、硫氰酸鹽等雜質(zhì)。有研究表明，氟離子含量過(guò)高會(huì)抑制玉米、大麥、小麥、豌豆、三葉草、菠菜的生長(zhǎng)，造成作物減產(chǎn)；長(zhǎng)期處在高濃度氯離子環(huán)境中，對(duì)氯敏感植物會(huì)導(dǎo)致死亡，對(duì)氯不敏感的植物也會(huì)造成一定的抑制作用；植物中溴離子含量一般在1~535 mg/kg，若土壤環(huán)境中溴離子含量過(guò)高，有可能對(duì)農(nóng)作物造成危害；當(dāng)硫氰酸根離子濃度大于5 mg/L時(shí)，對(duì)植物尤其是農(nóng)作物就會(huì)產(chǎn)生危害。因此，農(nóng)用硫酸銨作為一類氮肥，直接施用硫酸銨易使土壤板結(jié)，對(duì)土壤環(huán)境不友好，多用作復(fù)合肥料、摻混肥料等其他肥料產(chǎn)品的原料。為保障肥料產(chǎn)品質(zhì)量，保障農(nóng)作物安全，建立農(nóng)用硫酸銨中雜質(zhì)陰離子的檢測(cè)方法非常必要。

劉爽等人^[5]采用離子色譜法測(cè)定了農(nóng)用硫酸銨中４種雜質(zhì)陰離子。在樣品前處理時(shí)，需通過(guò)Ba離子柱過(guò)濾除去試液中的硫酸根離子。研究中Ba離子柱的容量為2.0~2.2 meq/ml，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別對(duì)未使用Ba離子柱凈化及使用該柱凈化的樣品進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，未使用Ba離子柱凈化的樣品，SO₄^2-離子拖尾，嚴(yán)重干擾SCN-的測(cè)定，色譜圖如圖4左圖所示，無(wú)法計(jì)算加標(biāo)回收率；使用Ba離子柱凈化的樣品，在保留時(shí)間20 min左右基線平穩(wěn)，對(duì)SCN-的測(cè)定無(wú)影響，色譜圖如圖4右圖所示。經(jīng)Ba離子柱凈化后樣品回收率在80.23%~111.5%，可滿足實(shí)驗(yàn)室分析要求。利用本方法可以同時(shí)檢測(cè)農(nóng)用硫酸銨中4種常見(jiàn)雜質(zhì)陰離子含量，方法簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確，因而值得推廣應(yīng)用。

圖4 凈化前后樣品的離子色譜圖