离子交换色谱在工业分离中研究与应用进展

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1、离子交换色谱在工业分离中的研究与应用进展引言色谱学方法起源于20世纪40年代，现代色谱分析领域正在迅猛发展，新技术、新方法层出不穷。离子色谱在1975年诞生了以离子交换剂为固定相和采用柱后抑制的电导检测技术的离子色谱法。20年来，离子色谱的应用领域不断扩大，在食品分析、环境分析等许多方面发挥了相当重要的作用。离子色谱作为仅次于高效液相色谱、气相色谱的第三大色谱分离方式，随着色谱技术的普及，正逐步应用到各个领域，它不仅仅作为常规阴阳离子的分析手段，也应用于多种有机生物分子的分析。与其它类型的色谱分析方法相比，离子色谱的发展速度飞快而且仍有巨大的发展空间离子色谱最通用分离方式是离子交换，

2、离子交换主要采用离子交换剂即离子交换树脂，树脂上的功能基团具有固定的电荷，流动相中带相反电荷的离子会接近功能基使功能基保持中性。其中阳离子交换剂的功能基团主要有能离解出H+的磺酸基、羧酸基和磷酸基；阴离子交换剂的功能基主要是季铵基、叔铵基和仲铵基。当离子交换位置上的可解离离子被溶质离子所置换，则溶质离子会被固定相保留，不同的样品离子因与固定相的作用力不同而在色谱柱中的保留时间不等，而实现分离1针对表面功能基与固定相基质的连接方式不同，基本上可分为接枝型和凝胶附聚型两种类型。接枝型固定棚是功能基通过化学键方式与固定相连接，有比较高的稳定性；而凝胶附聚型(也称薄壳型)固定相的功能基是通过

3、静电作用，将带功能基的乳胶小颗粒与带反电荷基团的基球结合，具有非常高的表面积，因为乳胶材料是通过分离步骤合成的，对于特定的分析要求，通过改变功能基键合。以阴离子交换柱为例：树脂核多为乙基乙烯苯／二乙烯苯共聚物，核外是一层磺化层，该基质的磺化层提供了一个与外面的阴离子交换层相结合的表面，用聚氯化乙烯苯或聚甲基丙烯酸制成的季胺化的乳胶颗粒以静电力和范德华力凝聚在基质表面。离子色谱固定相的基质以有机聚合物和无机物(硅胶、氧化铝)为主。目前，带功能基的乳胶小颗粒与带反电荷基团的基球结合，具有非常高的表面积，因为乳胶材料是通过分离步骤合成的，对于特定的分析要求，通过改变功能基键合。以阴离子交换

4、柱为例：树脂核多为乙基乙烯苯／二乙烯苯共聚物，核外是一层磺化层，该基质的磺化层提供了一个与外面的阴离子交换层相结合的表面，用聚氯化乙烯苯或聚甲基丙烯酸制成的季胺化的乳胶颗粒以静电力和范德华力凝聚在基质表面。离子色谱固定相的基质以有机聚合物和无机物(硅胶、氧化铝)为主。目前，在网络骨架上不能自由移动，但功能基所带的可以解离的离子是能自由移动的，在不同的外界条件下，与周围的同类型其他离子相互交换，称作离子交换。所以接枝型有机高聚物固定相有三部分组成：一是无功能基的单体，通过控制基体的体积可控制树脂表面功能基的电荷密度：二是交联剂，控制交联剂的含量可控制树脂的交联度从而控制树脂的含水量；三

5、是功能基部分，其提供用于离子交换的活性位点。有机聚合物基体的交联度与树脂内部的含水量有关交联度越高，含水量越低。根据Diamond等的理论，树脂内部和外部两相中水的结构和含量的不同是导致树脂对于离子具有选择性的一个重要因素。根据这一理论，在低交联度的树脂上，水合能高的离子与水合能低的离子选择性应趋于相同。但实验结果表明，低交联度的树脂对不同离子的选择性差异依然较大131。在网络骨架上不能自由移动，但功能基所带的可以解离的离子是能自由移动的，在不同的外界条件下，与周围的同类型其他离子相互交换，称作离子交换。所以接枝型有机高聚物固定相有三部分组成：一是无功能基的单体，通过控制基体的体积可

6、控制树脂表面功能基的电荷密度：二是交联剂，控制交联剂的含量可控制树脂的交联度从而控制树脂的含水量；三是功能基部分，其提供用于离子交换的活性位点。有机聚合物基体的交联度与树脂内部的含水量有关交联度越高，含水量越低。根据Diamond等的理论，树脂内部和外部两相中水的结构和含量的不同是导致树脂对于离子具有选择性的一个重要因素。根据这一理论，在低交联度的树脂上，水合能高的离子与水合能低的离子选择性应趋于相同。但实验结果表明，低交联度的树脂对不同离子的选择性差异依然较大131。Fritzf41等认为，在这几种描述溶质保留行为的数学模型，还讨论了保持流动相pH值不变改变淋洗液浓度，或固定淋洗液

7、浓度改变流动相pH值时，色谱条件的优化。对于各种无机离子，其容量因子的对数值与淋洗剂浓度的对数值之间存在着线性关系，直线的斜率与淋洗离子和溶质离子的电荷数的商成正比，从结果来看，对于常见的无机阴离子，理论电荷与实测电荷基本一致。丁明玉等【191在研究阴离子交换固定相中有机酸的保留行为时发现，在中性或偏酸性流动相中，有机弱酸的测定电荷大大地小于1，这说明有机弱酸并不完全是按离子交换机理保留，溶质与固定相之间可能存在吸附和分配等非离子交换作用。自从三聚氰胺食品