戴安離子色譜廠家推薦：離子色譜樣品預處理技術

隨著離子色譜日益廣泛的應用，許多樣品已經無法用傳統的方法采用采樣、稀釋、過濾后直接進樣的模式來進行離子色譜的分析。對于大量復雜基體的樣品，離子色譜可以采用合適的方法，通過預處理后再用離子色譜法進行分析，這樣一方面可以解決樣品復雜基體對離子色譜柱的沾污，另一方面也可以大大提高以復雜基體樣品測定結果和準確性、提高分析方法的靈敏度。

有關樣品預處理方法，隨著國內離子色譜的用戶水平的提高，出現了大量相關離子色譜的預處理方法，這些方法有如下幾方面的特點：

（1）大部分樣品前處理方面，采用國產材料進行，預處理的成本很低，更能適合于中國國情，可以在國內廣泛推廣使用；

（2）大部分樣品預處理方法采用離線方法，不需要昂貴的在線設備；但相對而言，樣品處理的時間比較長，需要的樣品量也比較多一些，在目前自動進樣器還沒有國內廣泛應用的今天，這些方法是比較實用的；

（3）與國際上出現的一些樣品預處理方法，國內出現的樣品前處理絕大多數均出自于基層單位，實用性強；但卻相關的理論方面的探討比較少。

因此，許多國內采用樣品前處理方法，一方面可以再進一步從理論角度進行討論，另一方面也可以通過適當改進配合包括國內和國外的儀器用于在線樣品的預處理。

最常用的樣品前處理技術比較 

  由于離子色譜分析特殊性，對于離子色譜經典的方法有堿熔法、干式灰化法、氧瓶/氧彈燃燒法、水蒸氣蒸餾法、高溫熱解等，丁曉靜和牟世芬等就離子色譜的樣品前處理的新技術進行綜述[1]，對國內外在這方面的最新研究進展作了介紹。本文從膜處理法、固相萃取處理法、分解處理法等幾種不同類型，分別加以討論。

 1.膜處理法

1.1.濾膜或砂芯處理法

濾膜過濾樣品是離子色譜分析最通用的水溶液樣品前處理方法，一般如果樣品含顆粒態的樣品時，可以通過0.45或0.22μm微孔濾膜過濾后直接進樣。由于一般的濾膜不能耐高壓，因此濾膜過濾只能用于離線樣品處理。有時需要在線樣品處理，或者將該方法用于儀器管路中，必須采用砂芯濾片。但濾膜過濾方法只能去除顆粒態不溶性物質，對于極小顆粒或有機大分子可溶性化合物和金屬水溶性離子，照樣能夠進入色譜柱干擾樣品的測定并沾污色譜柱。

此外，除非濾膜或砂芯是為離子色譜分析所特別設計的，濾膜或砂芯中均會含有一定量的無機陰、陽離子，這類離子的存在對水溶液中痕量的陰、陽離子分析會產生干擾，影響測定的準確性。因此，對于痕量離子分析時，建議在測定樣品前用二次去離子水對濾膜進行多次洗滌，并注射空白樣品，測定時進行空白背景扣除。宣棟梁對［4］國產四種不同水相濾膜水洗后殘留陰離子進行了比較，發現第一次進樣時，各廣家生產的濾膜均發現含有mg/L級數量的陰離子，用淋洗液經5次以上洗滌后，濾膜上大部分陰離子被洗脫，陰離子的含量基本上趨于穩定，因此，可以通過空白試驗對樣品進行測定。 由于濾膜處理法的局限性，國外曾有人嘗試采用滲析法和超濾法，由于滲析法所需要的平衡時間比較長，而超濾所需的成本比較高，而對污染物的去除率并不徹底。最近有公司宣傳的"英藍"技術其原理就是使用滲透膜或超濾膜技術處理樣品。在IC中使用的滲透或超濾膜只能用醋酸纖維材料做,因為其對蛋白的吸附比較低.而其他抗有機溶劑的材料如硝酸纖維膜和尼龍膜對蛋白質的吸附性高,如果使用會影響分析的重復性和膜的使用壽命.但是醋酸纖維膜的缺點是:1.只能使用水和乙醇,不能兼容強有機溶劑(會溶解),所以不耐正相和反相溶劑;2.萬通使用的膜為0.2u(大約是300萬分子量大小)不能截留大多數小分子有機物,只能截留分子量達到300萬道爾頓很大的物質如懸浮顆粒,大分子蛋白等.實際IC樣品中大量存在的是小分子有機物如腐質酸,脂肪,油污等等,這些物質無法用滲透或超濾膜去除.如牛奶樣品,只有絡蛋白可以用所謂"英藍"技術去除,而大量的脂肪和其他小分子有機物缺無法解決. 所以這一技術其使用效果并不好而且很有限,只是起到一般過濾的作用.如果用戶不了解這些信息,只是相信商業宣傳,實際使用后會發現使用"英藍"技術處理樣品后反而其分析柱的使用壽命會縮短,因為大量"英藍"技術無法去除的小分子有機物會進入分析柱.使用滲透或超濾膜技術的另外問題是需要外加蠕動泵循環加壓,使的儀器的機構變復雜,故障率高,使用麻煩和成本高(如膜的更換,蠕動泵硅膠管的更換,泵的維護等等)

常用分析的物質的分子量

注:目前世界上能夠生產的最小孔徑超濾膜為0.0025um,只能去除分子量大于10000道爾頓的物質

1.2.電滲析處理法

而在國內比較的特色的工作是采用電滲析法，與其它的膜處理方法相比，電滲析處理法有一定的選擇性，因此不僅可以有效去除顆粒物、有機污染物，而且也可以去除重金屬離子的污染物。是處理復雜基體樣品最有效的方法之一。李元山、胡榮宗等設計的電滲析裝置[5]，其裝置示意圖所下：

圖1　電化學預處理器的結構示意圖

1－鉑電極；2－取樣室；3－注射器；4－陽離子交換膜；5－半透膜

該裝置分為四室，樣品由C室注入，其它各室均為淋洗液。電源接通用，C室待測陰離子移向B室并被陽膜阻檔在B室內。分子型有機物保留在C室，陽離子移向D室，從而在B室可取得去除干擾的待測離子進行分析。

樊慶云等人[6]對這一裝置進行了改進，并在理論上對去除污染進行了過程進行了探討。這一裝置改進原有膜技術對樣品前處理的方法，利用了帶電荷離子的靜電吸附作用，與傳統的膜處理方式相比較，更具有選擇性，去除污染的能力更強。

1.3.電解中和法

與電滲析法相比，電化學電解中和器利用水電解中和所產生氫離子或氫氧根離子可以對高濃度酸和堿進行中和處理。本實驗室利用國產的電化學自再生抑制器，讓高濃度的堿通過中和器，而外加水電解抑制的離子色譜的電導池餾分作為中和器外加水電解作為再生液。只要濃度足夠低，就可以實現對高濃度堿中痕量陰離子的分析，類似方法也可以實驗高濃度酸中痕量陽離子的分析。與國外商品化的中和器相比，我們自己構造的中和器可以在任何類型的離子色譜儀上采用，而且整個裝置只有進口設備價格的1/40。

2.固相萃取法

固相萃取是國內離子色譜樣品前處理應用最廣泛的一種方法，對不同的溶液中的污染物，可以分別利用反相、離子交換、螯合樹脂等多種手段進行，從而萃取手段上也可以利用常規的固相萃取法和固相微萃取法，但固相微萃取法一般是利用了在液相色譜上樣品濃縮和去除基體干擾的反過程，因此固相微萃取法用于離子色譜中，更為方便，而且一個固相微萃取柱可以多次使用。

2.1.反相和吸附固相萃取法

對于反相或吸附固定相，可以有多種類型，從固定相顆粒大小上，可以分為常規吸附樹脂，也可以用固相微萃取，所不同的是處理樣品量上有所差異；而固定相也可以采用硅膠型或聚合物型，但要注意的是，對于高pH值的樣品，宜采用聚合物型的固定相。由于固相萃取所采用固定相種類繁多，我們這里將近年來有關國內報道的固定列于下表：

表1　反相或吸附固相萃取應用于離子色譜的樣品前處理

2.2.離子交換樹脂法

不同類型的離子交換樹脂可以有效去除不同有針對性的污染物，如陽離子交換樹脂可以去除金屬離子的污染，而特定形式的陰離子交換樹脂可以去除過高含量的陰離子，如銀型陰離子交換樹脂可以將過量氯離子或其它鹵素陰離子去除，而鋇型陰離子交換樹脂可以將過量的硫酸根離子去除。有時，通過離子交換樹脂也可以將一些有機物去除，而將離子交換樹脂與吸附或反相樹脂混合使用，可以同時去除有機物和離子態化合物。表2為近年來國內所用離子交換樹脂法固定相萃取。

表1　離子交換固相萃取應用于離子色譜的樣品前處理

2.3.螯合樹脂

螯合樹脂濃縮過渡金屬和鑭系金屬，通過適當的洗脫液可以在線將基體中的陰離子、一價陽離子和堿土金屬離子以及其它干擾物質去除，通過柱后衍生和可見光檢測在線分離和檢測復雜過渡金屬和鑭系金屬[19，21]。選用合適的洗脫液同樣也可以將基體中的大量過渡金屬離子去除，濃縮并測定鑭系金屬[20]。螯合樹脂可以過渡和鑭系金屬離子中痕量離子態化合物，或許螯合樹脂也可以用于去除陰離子或一價陽離子或堿土金屬中大量過渡金屬或鑭系金屬離子的干擾，這方面的工作還有待探討。

3.分解處理法

無論是膜處理法還是固相萃取法，只能用于溶液樣品的處理，對于固體樣品，首先需要將樣品轉化為溶液，然后再進行分析。因此，除了個別情況下，對樣品浸出后，再進行測定外，大部分情況下，是將固體樣品分解，轉固體樣品的非金屬元素轉化為相應的酸（由于金屬離子有比較多的分析方法，一般固體樣品一般情況下測定非金屬元素），然后再用離子色譜方法進行測定。因此，這時我們測定得到酸根的含量，實際上對應著該固體化合物酸所對應的元素中得有形態的含量總和。而且如何將樣品分解，對應元素的酸如何吸收，是離子色譜處理固體樣品的關鍵。由于涉及固體樣品的處理方法各不相同，我們在這里分別加以介紹。

3.1.氧瓶或氧彈燃燒法

氧瓶或氧彈燃燒法是最簡便的樣品處理方法，傅厚暾[22]采用氧瓶燃燒，氫氧化鈉作為吸收液，對紫菜、海帶、烤魚片中微量碘用陰離子交換、紫外檢測進行分析。王少明等[23]對氧瓶燃燒法進行了系統的總結，認為分解溫度比較低的樣品比較適用于氧瓶燃燒法，它們包括生物醫藥樣品，高分子材料，含氟、磷的表面活性劑、農藥等。當分解待測元素為氟、氯、溴不易形成含氧酸根的樣品時吸收液推薦使用去離子水或碳酸鈉和碳酸氫鈉組成的弱堿淋洗液，對于分解待測元素為硫、磷等易形成含氧酸根的樣品時吸收液推薦使用氫氧化鈉加數滴雙氧水，并煮沸幾分鐘，以保證待測離子完全轉化為硫酸根和磷酸根。

類似的方法可以用氧彈代替氧瓶[24]，可以使被測物分析更完全，密閉性更好，從而使樣品中非金屬元素不易揮發。已經用氧彈燃燒法測定了重質石油產品中硫的含量，方法具有速度快、靈敏度高、準確性和重現性均令人滿意，方法也同樣可以用于油類中氮、磷的測定。

3.2.高溫爐焙燒法

對于分解溫度較高，待測元素含量較低和稱樣量大的樣品一般不宜用氧瓶或氧彈燃燒法處理樣品，高溫爐焙燒不需要特定的裝置，方法比較簡便[23]，但對于高溫爐培燒法，需要加入被測元素的固化劑如氫氧化鈣，在爐中先低溫加熱一定時間，然后逐步升溫到樣品分解溫度的100至150度以上，焙燒后用溶液溶解過濾定容后再進行離子色譜測定。一般用氧瓶燃燒法樣品量一般不超過50mg，氧彈法樣品量可以適當增加，而高溫焙燒法的樣品量可以在5g以內。

佘小林等將高溫焙燒法（熔融法）用于巖礦分析的樣品處理方法，同時也將這類樣品處理方法移植到植物、生物樣品中，解決了大量樣品中微量非金屬元素的測定，包括用艾斯卡熔劑固化，溶液用732型氫型陽離子交換處理，高溫焙燒法測定金屬多核中碘的測定[26]，高溫焙燒法測定梨中硫和氯元素[25]。用艾斯卡（碳酸鈉-氧化鋅混合）熔劑半熔，水浸取、陽離子交換等預處理測定了土壤、農作物、血液、頭發等各類樣品中的碘[27，28]。為了使半熔時形成的IO₃^－還原為I^－，加入樹脂前應加入少量抗壞血酸。

3.3.電弧燃燒法

電弧燃燒法也是分解樣品的一種理想方法，它可以分解鋼鐵樣品[29]。可以采用DTR-III電弧燃燒儀（河北璲州長虹廠），樣品下墊硅鉬粉，加入錫粒作為助熔劑，吸收液中加入適量的雙氧水可以用于測定鋼鐵中的硫。該方法適合于試樣量大，檢測精確度要求高如鋼鐵生產及應用單位檢測硫的含量。

3.4.光降解法

紫外光具有強氧化性，可以用于消解復雜樣品基體中的有機物，從而測定其中的金屬和非金屬元素，被認為是消解有機化合物最有效的方法之一。由于光降解不需要在高溫條件下進行，因此樣品因揮發引起的損失少，控制光解條件，可以有效去除樣品中有機化合物。劉勇建、牟世芬采用光降解法，分別檢測了液晶中非金屬[30]和堿金屬、堿土金屬的含量[31]。其降解過程采用NDC光化學反應儀（中國南京長寧無線電廠）配以300W中壓汞燈，樣品可以先用乙腈溶解，然后用光降解2小時，用水定后分別通過Dionex OnGuard P和OnGuard PR預處理柱，再經0.45μm濾膜處理后進樣分析。在光降解過程中，加入適量的堿可以控制碘不被氧化，而加入適量的雙氧水可以使其它被測離子有最高的得率。

3.5.氣化法

氯等元素化學性質活潑，在酸性介質中具有揮發性，由堿性物質吸收。樣品在密封的氣體吸收器中經處理后用離子色譜測定。用這種方法已經測定了巖石中的氯[32]。其氣體吸收器的結構如下，由聚四氟乙烯塑料加工而成，2mm軟聚乙烯片作墊圈。將樣品加于氣化器內，吸收液置吸收器中，加入硫酸于氣化器，置烘箱升溫至110℃6小時，取出吸收器，用熱水洗定容。

圖2　氣化吸收器,單位為mm

用這種方法可以測定多種巖石中的氯，但對閃長巖氯的測定結果偏低，可先加幾滴氫氟酸，靜置過夜，次日加1g磨細的硫酸鋁配合過量的氟離子然后氣化。

3.6.熱水解法

燃燒法和堿熔融法對樣品處理方法費時、操作繁瑣、引入的干擾物質多，方法的檢測限和準確度等方面都難以滿足復雜樣品的分析。張芳等針對地質樣品設計了雙道熱水解裝置[33]，其結果見圖3。

圖3　熱水解裝置

1－氧氣瓶；2－水加熱燒瓶；3－緩沖燒瓶；4－熱解爐；5－吸收器；6－管塞；7－溫度控制箱；8－減壓表；9－瓷舟；10－石英管；11－溫度控制器

其操作過程是稱取0.5000g樣品于事先在900℃馬弗爐中灼燒過的瓷舟中，再稱取2.000g混合催化劑[SiO2∶WO3∶V2O5=5∶5∶4(重量比)]均勻覆蓋在樣品上，并與樣品混勻。待熱解爐溫升至850℃,水溫升至90℃時，將瓷舟推入熱解爐石英管中的恒溫區內,迅速塞緊中間通有潮濕氧氣的磨砂石英玻璃管塞,氧氣流速為0.80mL/min，持續熱解20min，熱解產物用盛有20mL淋洗液的50mL比色管吸收，待吸收完全后,用去離子水稀釋至25mL刻度,搖勻。在選定的工作條件下進行峰高測量,將所得數據與校準曲線相比較,用該方法可以測定地質樣品中氯和硫的含量。

4.浸出法

對于固定樣品，有時測定時并一定是非金屬的總含量，而需要測定特定陰、陽離子的水的溶出形態，或者在一定條件下的形態特征，這就需要我們選擇合適的浸出方法，即不破壞樣品中的離子形態，又能夠得到高的回收率。

4.1.普通水浸出法

由于對于固體而言，最有可能與自然界接觸的水，因此對于用水可以浸的成分有時稱為有效成分或有害成分。因此，模似自然界水的對固體物質的浸取方式是測定固體物質中有效或有害成分的一種常用的分析方法。有大量有相關報道，為了加速浸取的方法，可以通過振蕩、超聲等方式，而浸取液除了水以外，也可以用適量的酸、堿、鹽或緩沖溶液以提高浸取的效率。張麗君等[34]采用浸取法測定的固體廢物浸出液的氟化物，并比較了離子色譜法和離子選擇電極法，采用離子色譜分析法更為簡便。

4.2.直接蒸餾法

對于固體樣品中氟化物的測定，還可以采用直接蒸餾法[35]，待測樣品及硫酸加入蒸餾瓶加入至170至190℃，收集餾分。經三個蒸餾和餾分收集，三次餾分分別測定并加和就可以得到樣品中氟化物的含量。

5.特定物質的樣品處理

對一些特定的化合物，有時測需要采用特定的樣品處理方法，就目前經常遇到的離子色譜分析，介紹如下：

5.1.雙氧水樣品的處理

雙氧水樣品中陰離子分析是離子色譜分析一個重要項目之一，由于雙氧水本身對色譜柱會產生破壞作用，因此，不易直接進樣分析。國外曾采用在線柱切換方法減少雙氧水對色譜柱的破壞，但該方法采用儀器復雜，需要柱切換和濃縮柱等，國內基本上沒有這類設備。另外，國外也有人采用鉑電極催化分解雙氧水的方法，但樣品處理的時間比較長，且需要加熱處理。國內對雙氧水的分析也有人進行過研究，可以采用重復蒸發濃縮分解法[36]，由于蒸發和濃縮均會造成樣品中的陰離子損失，該分析方法只能用于試劑級雙氧水的陰離子測定；對于電子級雙氧水中的陰離子，我們將國外鉑電極催化分解法改進[37]，通過加入恒電流于鉑電極，使催化分解和電解分解同時進行，大大提高了雙氧水分解的效率，同時樣品也保持在低溫條件下，以利于樣品不損失。

5.2.尿樣中的草酸根

為了消除離子色譜法測定尿液草酸濃度時部分尿樣中存在的雜質峰對草酸測定的干擾，先在尿液中加入氯化鈣而發生草酸鈣沉淀，再用鹽酸溶解該沉淀即可達到清除雜質峰的目的。結果顯示：草酸鈣沉淀尿樣預處理法能消除雜質峰對草酸峰的干擾，預處理過程中草酸丟失極少，草酸回收率達９６％～９８％。結果提示：該預處理法可用于存在雜質峰尿樣的尿草酸的測定。

5.3.海水樣品的處理

海水樣品中陰、陽離子測定一直離子色譜的挑戰，戴安公司的On GuardAg柱雖然可以在陰離子分析中去除大量的氯離子[14]，但在分析過程中，海水中痕量的溴離子和碘離子也同樣被去除而無法檢測，而采用高容量色譜柱可以分析濃度差別很大的樣品，但對于海水樣品而言，還是要經過稀釋后才能進行測定。在沒有高容量色譜柱，樣品不經過稀釋的條件，通過電解銀電極的方法[39]，可以除去海水中大量的氯離子，同時對溴離子、硝酸根和硫酸的測定又不影響。具體的處理方法為取稀釋10倍的海水20ｍＬ入電解槽中,裝以重約12g直徑為0.8mm繞成環狀的純Ag絲,以Ag絲為工作電極,接電極正極,以Pt為輔助電極接電源負極,以甘汞為參比電極,施加20mA的恒定電流約10分鐘,當Ag絲表面沉積上一層AgCl后取出.用氨水溶解表面AgCl,砂紙擦亮后,再將Ag絲置入電解槽電解,重復5次,使模擬海水中Cl的濃度降低到檢測要求.將處理后的海水過濾進行離子色譜分析。這種方法同樣可以處理高氯含量的離子。