離子色譜儀應(yīng)用空間電源材料分析

在航天空間電源材料的樣品分析中，對(duì)于一些日常的無機(jī)陰離子、無機(jī)陽(yáng)離子、有機(jī)酸等分析，過往較多采用容量法、重量法和分光光度法等經(jīng)典手段來測(cè)定所需要的測(cè)定項(xiàng)目。這些方法由于操縱步驟十分嚴(yán)格、繁瑣費(fèi)時(shí)、干擾因素復(fù)雜、重復(fù)性差等原因，影響了測(cè)定樣品的正確度與精密度。在近十幾年的時(shí)間里，國(guó)內(nèi)外利用離子色譜儀對(duì)無機(jī)陰離子、無機(jī)陽(yáng)離子、有機(jī)酸等分析與應(yīng)用，發(fā)展速度非?？?。作者從美國(guó)戴安(Dionex)公司引進(jìn)高品質(zhì)的進(jìn)口DX600型離子色譜儀，在進(jìn)行實(shí)際工作的應(yīng)用中，發(fā)揮了非常大的作用。
　　
　　幾年來，使用DX600型離子色譜儀進(jìn)行空間電源材料的無機(jī)陰離子與陽(yáng)離子、有機(jī)酸等分析與應(yīng)用，取得了一定進(jìn)展。新一代的離子色譜儀技術(shù)代替了經(jīng)典化學(xué)分析方法，使檢測(cè)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(jìn)步了離子色譜儀測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性程度。測(cè)試結(jié)果證實(shí)：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(jiǎn)便、選擇性和重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　一離子色譜儀的重要作用、分離技術(shù)與方法
　　
　　1.離子色譜儀在科技生產(chǎn)中的重要作用
　　
　　20世紀(jì)80年代前，離子色譜儀于用離子交換分離和電導(dǎo)檢測(cè)，分析簡(jiǎn)單的無機(jī)陰、陽(yáng)離子，而目前已發(fā)展成為多種分離方式和檢測(cè)方法。離子色譜儀分析改變了過往采用經(jīng)典化學(xué)分析方法測(cè)定無機(jī)陰離子、無機(jī)陽(yáng)離子的狀況，實(shí)現(xiàn)了快速測(cè)定多種離子的目的，是無機(jī)陰離子、無機(jī)陽(yáng)離子、有機(jī)酸等分析領(lǐng)域中起重要作用的選擇和靈敏的分析方法。它在分析化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，已占重要的位置。日前離子色譜儀被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)作為實(shí)驗(yàn)室儀器中常規(guī)分析手段。
　　
　　2.DX-600型離子色譜儀分離技術(shù)
　　
　　DX-600型離子色譜儀主要由活動(dòng)相輸運(yùn)系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等4大部分組成，其組件構(gòu)造的流程圖，如圖所示。
　　
　　(1)離子色譜活動(dòng)相輸運(yùn)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(jìn)樣系統(tǒng)：進(jìn)樣主要分為3種類型：即氣動(dòng)、手動(dòng)和自動(dòng)進(jìn)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(chǔ)。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(jī)理有其自身特點(diǎn)，離子色譜柱的研究也是離子色譜領(lǐng)域的一個(gè)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(duì)于抑制型(雙柱型)離子色譜系統(tǒng)，抑制系統(tǒng)是重要的一個(gè)部分，也是離子色譜有別于液相色譜的Z重要特點(diǎn)。
　　
　　(5)離子色譜的檢測(cè)系統(tǒng)：電導(dǎo)檢測(cè)是離子色譜檢測(cè)方式中Z常用的一種。由于電導(dǎo)池中的等效電容的影響，施加到電導(dǎo)池上的電壓和電流之間的關(guān)系是非線性的，這給丈量電導(dǎo)值帶來很大困難。另外，活動(dòng)相中本底電導(dǎo)值很高，從較大的背景值中正確丈量待測(cè)組分的信號(hào)，也是電導(dǎo)檢測(cè)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(duì)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(jìn)行分析。主要數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為：記錄儀、自動(dòng)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PeakNet軟件，可以同時(shí)處理多個(gè)色譜儀信息，并可對(duì)離子色譜的泵、檢測(cè)器、自動(dòng)進(jìn)樣器等系統(tǒng)進(jìn)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(cè)定常見的陰離子是它的專長(zhǎng)，一針樣品打進(jìn)往，約在20min以內(nèi)就可得到7個(gè)常見離子的測(cè)定結(jié)果，這是其他分析手段所無法達(dá)到的。
　　
　　(2)經(jīng)常檢測(cè)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(yáng)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(guān)陽(yáng)離子測(cè)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，目前還沒有顯示出優(yōu)越性。
　　
　　二離子色譜儀的主要技術(shù)性能
　　
　　1.DX-600型離子色譜儀的系統(tǒng)特征
　　
　　組件均具有前置輸出面板。菜單式界面易于學(xué)習(xí)且操縱形象化；前置面板以大字符顯示，對(duì)比度可調(diào)，可以清楚顯示儀器的運(yùn)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(tái)計(jì)算機(jī)，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；通過模塊或軟件使方法程序化并控制輸進(jìn)、輸出，可以提供方便的操縱方式；可隨意疊加、相互連結(jié)的組件形成緊湊、流線型的外觀；關(guān)鍵色譜數(shù)據(jù)的即時(shí)更新可以提供連續(xù)的診斷反饋信息；完善的用戶和服務(wù)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(yùn)行的實(shí)時(shí)信息；從前置面板進(jìn)行控制的全自動(dòng)常規(guī)校正省時(shí)、方便；易于檢測(cè)和維護(hù)的前拉式的固定模板設(shè)計(jì)面板可以耐受腐蝕性的液體和氣體；輸液泵和檢測(cè)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(jìn)電壓(90～265V)范圍內(nèi)電源可以自動(dòng)切換，簡(jiǎn)化儀器安裝；泄漏檢測(cè)和維護(hù)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(shù)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(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。適用于親水性陰、陽(yáng)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(jìn)樣體積很小，用柱塞泵輸送淋洗液通常對(duì)淋出液進(jìn)行在線自動(dòng)連續(xù)電導(dǎo)檢測(cè)。
　　
　　(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(zhǎng)。缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差，易溶脹，易受有機(jī)物污染。DX-600型離子色譜儀所用的分離柱，其特點(diǎn)是柱效高，交換平衡快，機(jī)械強(qiáng)度高。缺點(diǎn)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(cè)方法
　　
　　隨著離子色譜的廣泛應(yīng)用，離子色譜的檢測(cè)技術(shù)，已由單一的化學(xué)抑制型電導(dǎo)法，發(fā)展為包括電化學(xué)、光化學(xué)和與其他多種分析儀器聯(lián)用的方法。
　　
　　(1)抑制電導(dǎo)檢測(cè)法
　　
　　抑制型電導(dǎo)技術(shù)由Z初的抑制柱技術(shù)，又經(jīng)歷了可連續(xù)再生式的纖維管、微膜抑制器階段，新型的抑制技術(shù)采用電解抑制法，使抑制電導(dǎo)檢測(cè)可以自動(dòng)進(jìn)行而不必采用傳統(tǒng)的再生液。通過電導(dǎo)抑制可以使背景電導(dǎo)值很低，而檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到很高水平。抑制電導(dǎo)檢測(cè)法始終是Z理想的方法。
　　
　　(2)紫外吸收光度法
　　
　　在195～220nm具強(qiáng)紫外吸收的陰離子可用弱紫外吸收的淋洗液直接進(jìn)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(cè)至μg／L。間接紫外檢測(cè)用于本身不具紫外吸收離子的分析，淋洗液具強(qiáng)紫外吸收，檢測(cè)信號(hào)為負(fù)值。陰離子淋洗液多用芳香有機(jī)酸和鄰苯二甲酸鹽、磺基苯甲酸鹽等。陽(yáng)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(yīng)用
　　
　　由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，使離子色譜儀面臨的任務(wù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的定性和定量分析的范圍。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要，促使人類對(duì)離子色譜儀分析檢測(cè)領(lǐng)域大大拓展：從常量分析到微量、痕量、超痕量分析。
　　
　　1.標(biāo)準(zhǔn)試劑的分析
　　
　　離子色譜儀經(jīng)常性應(yīng)用在空間電源材料中的無機(jī)陰離子、無機(jī)陽(yáng)離子、有機(jī)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(cè)定。在溶液中測(cè)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(jī)酸陰離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)6次的測(cè)定，其各離子的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和檢出限。(由一系列的混合標(biāo)