编辑推荐
1.《离子色谱方法及应用》是我国色谱领域经典参考书《色谱技术丛书》的分册之一,是十三五国家重点图书。
2.《离子色谱方法及应用》前两版被色谱领域的读者奉为经典,其中的内容被广为引用。
3.《离子色谱方法及应用》(第三版)对内容做了大幅度修订,充分反映了十多年来离子色谱领域的研究和应用进展,比前两版内容更系统,也更为实用,相信读者会大受裨益。
内容简介
本书是《色谱技术丛书》的一个分册,系统阐述了离子色谱的原理、仪器、技术及应用。全书首先概述了离子色谱的定义、特点及发展趋势,在此基础上详细介绍了离子交换色谱、离子排斥色谱和离子对色谱3种离子色谱的分离机理及影响因素,离子色谱柱填料,离子色谱的抑制技术,离子色谱常用的电化学和光学检测器,离子色谱样品前处理技术以及离子色谱在环境、食品、工业、医疗卫生、药物、农业等领域中的应用。后,介绍了离子色谱仪器常见故障的排除和色谱柱的清洗。
本版在内容结构上较前两版做了较大的调整,增补了离子色谱在理论、应用、软件和硬件方面的新近展,提供了如何利用离子色谱进行物质分离分析的思路、策略、方法和实例。
本书可作为从事离子色谱分析的研究人员、仪器开发人员和分析技术人员的参考书,同时可供环境、食品、化工、化学、医药、农业等领域的分析工作者参考阅读。
本书是为中等以上文化水平的分析化学工作者编写的。可供离子色谱分析方面的研究、研制和分析人员参考,以及作为中专、大专院校相关专业的教学参考书。
作者简介
牟世芬,中国科学院生态环境研究中心研究员,博士生导师。曾任中国分析仪器学会、中国色谱学会和北京色谱学会常务理事,中国离子色谱专业委员会主任委员,《色谱》、《分析仪器》、《环境污染治理技术与设备》等杂志编委。自1980年以来主要从事离子色谱应用基础研究。发表论文300余篇,其中近100篇发表在国际SCI刊物上,出版专著4部。1987年获中国科学院科技进步二等奖,1999年被授予中科院“巾帼建功先进个人”称号,1999年获得“对离子色谱学科作出突出贡献国际奖”,2001、2005年先后两次获CAIA一等奖。
内页插图
目录
第一章 概述
第一节 离子色谱的定义和进展 1
第二节 离子色谱的分离方式 3
第三节 离子色谱系统 4
第四节 离子色谱的优点 5
一、独特的选择性 6
二、高的灵敏度 6
三、真正的绿色色谱分析技术 7
第五节 离子色谱的发展趋势 7
一、离子色谱固定相的发展 7
二、离子色谱检测技术的发展 10
三、多维离子色谱技术与阀切换技术 12
四、离子色谱的联用技术 13
参考文献 14
第二章 离子色谱的分离机理与影响因素
第一节 离子交换色谱 16
一、基本概念 16
二、影响分离与保留的因素 20
三、阴离子的分析 48
四、阳离子的分析 72
第二节 离子排斥色谱 86
一、离子排斥色谱的分离机理 86
二、离子排斥色谱的固定相 88
三、离子排斥色谱的淋洗液 89
四、离子排斥色谱中的抑制器和抑制反应 92
五、离子排斥色谱的应用 94
第三节 离子对色谱 99
一、分离机理 99
二、影响保留的主要参数 101
三、离子对色谱的抑制反应 104
四、离子对色谱的应用 105
参考文献 110
第三章 离子色谱柱填料
第一节 概述 114
第二节 阳离子交换色谱柱填料 116
一、固定相 116
二、典型的柱填料和色谱条件 117
第三节 阴离子交换色谱柱填料 123
一、固定相 123
二、典型的柱填料和色谱条件 127
三、专用阴离子色谱柱 138
第四节 离子排斥色谱的柱填料 138
一、固定相 138
二、典型的柱填料和色谱条件 141
第五节 非抑制型离子色谱的柱填料 142
一、固定相 142
二、典型的柱填料和色谱条件 143
第六节 新型的柱填料 144
一、可调节容量的阴离子交换分离柱 144
二、反相与离子交换混合分离机理的色谱柱 146
三、整体柱 149
四、发展趋势 152
参考文献 152
第四章 离子色谱的抑制技术
第一节 抑制器的工作原理及发展 155
一、抑制器的工作原理 155
二、抑制器的发展和分类 157
第二节 抑制器的类型 158
一、离子交换树脂填充式抑制柱 158
二、连续再生式膜抑制器 161
三、电化学连续再生抑制器 163
第三节 其他类型的抑制器和抑制器辅助装置 167
一、Atlas抑制器 167
二、DS-Plus抑制器 168
三、二氧化碳去除装置 169
四、替换反应器与除盐装置 170
第四节 离子色谱抑制器的主要性能指标及使用维护 173
一、主要性能指标 173
二、电化学抑制器的使用 173
三、电化学抑制器的维护 173
参考文献 174
第五章 离子色谱常用检测器
第一节 概述 176
第二节 电导检测器 177
一、电导检测器的基本原理 177
二、影响电导测定的几个因素 180
三、电导检测器的主要性能指标 181
四、电导检测器的常见故障以及处理方法 181
第三节 电荷检测器 182
一、电荷检测器的工作原理 182
二、电荷检测器使用中的几个问题 184
第四节 安培检测器 186
一、概述 186
二、安培检测器的工作原理及结构 186
三、安培检测器的常见故障及排除 194
第五节 光学检测器 196
一、紫外-可见光检测器的基本原理与结构 196
二、荧光检测器 200
参考文献 200
第六章 离子色谱样品的前处理
第一节 概述 201
第二节 样品消解方法 203
一、干式灰化法 203
二、氧瓶/氧弹燃烧法 204
三、湿式消解法 206
四、高温水解 207
五、快速水蒸气蒸馏 210
六、紫外光分解法 211
七、微波消解法 214
第三节 样品净化技术 219
一、固相萃取 219
二、膜技术 225
三、阀切换与柱切换技术 229
参考文献 238
第七章 离子色谱的应用
第一节 分析方法改进和发展中的几个要点 242
一、概述 242
二、分离方式和检测方式的选择 243
三、色谱条件的优化 244
四、离子色谱的负峰 248
第二节 离子色谱在环境分析中的应用 249
一、常见无机阴、阳离子的分析 249
二、环境空气中有机酸的分析 251
三、含氮与含磷化合物的分析 251
四、高氯酸盐的分析 265
五、铬的分析 273
六、砷与硒的价态与形态分析 277
七、氰化物与金属氰络合物的分析 279
第三节 离子色谱在食品和饮料分析中的应用 282
一、概述 282
二、无机阴离子的分析 283
三、有机酸的分析 311
四、胺和有机碱的分析 315
五、甜味剂与人工合成食用色素的分析 319
六、碳水化合物(糖类)和氨基酸的分析 325
第四节 离子色谱在工业分析中的应用 339
一、微电子、电力工业中的痕量分析 339
二、石油化工分析中的应用 344
三、化学试剂中杂质的分析 350
第五节 离子色谱在医疗卫生中的应用 356
一、体液中无机和有机阴、阳离子的分析 357
二、糖类化合物和蛋白质的分析 359
三、氨基酸的分析 360
四、化妆品中胺类化合物与有机酸的分析 362
第六节 离子色谱在药物分析中的应用 365
一、概述 365
二、药物对离子和药物赋形剂的分析 365
三、双膦酸盐类药物的分析 366
四、抗生素的分析 369
五、中药的分析 371
六、其他药物的分析 374
第七节 离子色谱在农业分析中的应用 375
一、化肥分析中的应用 375
二、草甘膦除草剂的分析 376
三、植物生长调节剂的分析 377
四、饲料分析中的应用 378
参考文献 379
第八章 仪器常见故障的排除和色谱柱的清洗
第一节 仪器的例行保养与常见故障的排除 391
一、分析泵和输液系统 391
二、检测器常见故障 396
三、色谱柱常见故障 396
四、抑制器使用中的常见故障 399
第二节 色谱柱和抑制器的保存与清洗 401
一、色谱柱的保存方法 401
二、抑制器的保存方法 401
三、色谱柱与抑制器的清洗 402
附录
一、离子色谱的标准方法 404
二、有机酸的pKa值 410
前言/序言
前言
离子色谱(IC)是液相色谱(LC)的一种模式,主要用于阴、阳离子的分析。对难以用其他仪器和方法分析的常见阴离子、阳离子、小分子有机酸和有机胺类等组分的分析,离子色谱法具有选择性独特、可同时分析多组分、很少用有机溶剂等突出优点。基于上述优点,离子色谱法自1975年问世以来发展很快,已在环境监测、食品分析、工业生产、医疗卫生、生化与药物等领域得到广泛应用,特别是近10年来在生化与药物分析中的应用发展迅速。近10年新增加的用离子色谱的标准方法多达80余项。
本书的第一版于2000年由化学工业出版社出版,2005年出版的第二版在第一版的基础上对各章节做了必要的修改和补充,增加了五年发展的新内容。第二版出版至今已有十余年,在此期间离子色谱技术在理论、应用及软件和硬件等方面都有新的发展,其应用从主要用于无机阴、阳离子的分析发展成为在无机离子和有机离子的分析中起重要作用的分析技术。因此本版内容的改动较大。将离子色谱的三种分离方式(2005年版的第三~五章)合并成一章(本版的第二章),增加了使用广泛的离子交换分离的内容,压缩了应用较少的离子排斥与离子对色谱的内容;将离子色谱的关键部件抑制器单独作为一章(本版的第四章);对离子色谱的应用,除增加了最近十余年来的新应用以及在生化与药物分析中的应用之外,还增加了对方法发展的阐述;参考文献中尽可能增加国内期刊的文章。
离子色谱不同于高效液相色谱(HPLC)的独特选择性,是其快速发展的推动力。两项成就加速了离子色谱的发展,一项是淋洗液在线发生器,只用水即可在线得到高纯氢氧根(OH?)淋洗液与碳酸盐淋洗液,使用氢氧根淋洗液的梯度淋洗可成功实施;另一项是高效电解抑制器的发展。只用水不用化学试剂进行一项分析,而且废液也是清洁的水,对使用者来说,除标准溶液与样品,水是唯一的试剂。这样绿色环保的分析技术在分析化学中几乎找不到先例。
与HPLC不同,IC中影响选择性的关键因素是固定相,分离柱是IC的关键部件,新的离子交换剂的研究一直是IC发展中最具挑战性的目标,是IC研究的热点。抑制器是离子色谱不同于HPLC的关键部件,构成离子色谱应用最广的抑制型电导,近年来有较多的改进与发展。因此本书将离子色谱的固定相与抑制器分别单独作为一章来讨论。
在离子色谱应用一章中,较系统地介绍了其在环境、食品、工业、生化和药物等领域的应用,还重点讨论了根据待测化合物的化学和物理性质如何选择固定相、流动相以及检测器,为读者做方法发展提供参考。
本书在编写过程中,得到中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室、赛默飞世尔科技有限公司中国应用实验室的大力支持;浙江工业大学黄忠平老师、浙江省中医药研究院王娜妮老师与宁波疾病预防控制中心金米聪研究员参加了部分编写工作;丁晓静博士为样品前处理提供了基础资料(第二版);丛书副主编汪正范教授对书稿进行了审阅。在此一并表示衷心的感谢。
由于编者的水平有限,本书中的不足之处在所难免,恳请广大读者批评指正。
编著者
2017年10月于北京
第一版前言
离子色谱是高效液相色谱的一种模式,主要用于阴、阳离子的分析。离子色谱法具有选择性好,灵敏、快速、简便,可同时测定多组分,特别是难以用其他仪器和方法分析的组分。基于上述优点,离子色谱法自1975年问世以来发展很快,已在环境监测、电力、半导体工业、食品、石油化工、医疗卫生和生化等领域得到广泛应用,并有数十项获有关国家批准的标准方法。
本书作者(之一)15年前与刘开录先生合作撰写了《离子色谱》一书,1986年由中国科学出版社出版。15年在近代科学发展史中应是一段较长的时间,离子色谱技术在硬件、软件、理论及应用等方面都有了很大的发展。其应用从主要用于无机阴离子的分析发展成为在无机离子和有机离子分析中起重要作用的分析技术。
为了促进离子色谱技术的普及和发展,有利于离子色谱分析工作的开展和提高,我们撰写了本书,供广大读者参阅。
本书较系统地阐述了离子色谱的原理、新技术及应用。全书分十章:第一章绪论,介绍了离子色谱的定义概念及各种分离方式的特点;第二章介绍了离子色谱的固定相;第三、四、五章分别系统地讨论了离子色谱的3种分离方式——离子交换、离子排斥和离子对色谱的分离机理及抑制机理,影响保留的主要参数,流动相的选择,用于无机阴离子、有机阴离子以及阳离子分析的典型色谱条件;第六章主要介绍非抑制型电导检测离子色谱;第七章重点介绍离子色谱常用的电化学和光学检测器;第八、九两章较系统地介绍了分析方法的开发和在环境、高纯水、食品、生化和石化等领域中的应用;第十章介绍仪器常规故障的排除和柱子的保护及清洗。
在本书中全面贯彻了国家标准《GB 3100~3102—93量和单位》中的有关原则与规定,书中量和单位均按标准进行规范化,对于过去文献中使用的“当量”及相关的术语等,全部改用以“物质的量”为基准的表达。为保持与文献数据的一致性,在采用物质的量的单位“摩尔”(mol)时,其基本单元全部用“当量粒子”。
本书在编写过程中得到中国科学院生态环境研究中心离子色谱组和美国Dionex公司的大力支持,并得到天美公司的赞助。本书完稿之后,承北京理工大学傅若农教授审阅,并提出宝贵意见。在此一并表示衷心的感谢。
由于我们水平所限,书中不妥和错误之处在所难免,敬请读者错正。
牟世芬 刘克纳
2000年4月于北京
第二版前言
离子色谱是高效液相色谱的一种模式,主要用于阴离子、阳离子的分析。对难以用其他仪器和方法分析的常见阴离子、阳离子、有机酸和有机胺类等组分的分析,离子色谱法具有选择性好,灵敏、快速、简便,可同时测定多组分的突出优点。基于上述优点,离子色谱法自1975年问世以来发展很快,已在环境监测、电力、半导体工业、食品、石油化工、医疗卫生和生化等领域得到广泛应用,已有数十项成为有关权威机构的标准方法。
本书的第一版于2000年由化学工业出版社出版。至今已过去5年,在此期间离子色谱技术在理论、应用及软件和硬件等方面都有新的发展,其应用从主要用于无机阴离子、阳离子的分析发展成为在无机离子和有机离子的分析中起重要作用的分析技术。本书在第一版的基础上对各章节都做了必要的修改和补充,增加了近5年来发展的新内容。
近年来离子色谱发展的一项重要突破是对氢氧根离子(OH?)选择性的高效亲水性固定相以及可产生高纯氢氧化钾淋洗液的“在线”淋洗液发生器的商品化。这一技术提高了离子色谱方法的灵敏度,扩展了离子色谱的应用,用等浓度泵作梯度淋洗,使梯度淋洗与等浓度淋洗同样方便,对使用者来说,水是唯一的试剂。
由于常见的阴离子、阳离子是离子色谱分析的灵敏成分,对离子色谱分析样品的前处理方法有其特殊要求,因此,本书增加了样品前处理方面的内容。
在应用一章中,较系统地介绍了离子色谱在环境、半导体、食品、生化和石化等领域的应用,还重点讨论了根据待测成分的化学和物理性质如何选择固定相、流动相以及检测器。
本书第一、二、三、四、五章和第八章的第一、二、五、六、七节由牟世芬编写;第六、九章和第八章的第三、四节由刘克纳编写;第七章由丁晓静编写;全书由牟世芬统稿。
本书在编写过程中,得到中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室和美国Dionex公司的大力支持,丛书主编傅若农教授审阅全稿,在此一并表示衷心感谢。
由于编者的水平有限,本书中的不妥和错误在所难免,恳请广大读者批评指正。
牟世芬
2005年3月于北京
色谱技术丛书——液相色谱分离与检测技术 书籍简介 【主题定位与内容概述】 本书《色谱技术丛书——液相色谱分离与检测技术》是色谱技术系列丛书中的重要组成部分,专注于现代分析化学领域中应用最为广泛、技术发展最为迅速的液相色谱(LC)技术。本书系统性地阐述了液相色谱的基本原理、仪器结构、关键分离模式,并深入探讨了多种先进的检测技术及其在复杂体系分析中的实际应用。 本书旨在为化学、生物学、制药工程、环境科学、食品科学及材料科学等领域的科研人员、技术工程师、研究生及高年级本科生提供一本全面、深入且具有高度实践指导意义的专业参考书。 【核心内容模块】 第一部分:液相色谱基本原理与仪器 本部分奠定了读者理解液相色谱操作的基础。 1. 色谱分离基础理论: 详细回顾了色谱分离的基本概念,包括分配系数、保留值、塔板理论(HETP、理论塔板数)、分离度、峰形分析等关键参数的数学模型与实际意义。重点讲解了流动相组成、固定相性质如何影响色谱行为,以及如何通过这些参数预测和优化分离效果。 2. 液相色谱仪器的发展与结构: 详细剖析了现代高效液相色谱(HPLC)和超高效液相色谱(UHPLC)仪器的核心组成部分: 高压输液系统: 泵(柱塞泵、双柱塞泵、梯度系统)的工作原理、脉动抑制技术以及高压密封件的选择与维护。 进样系统: 自动进样器的结构、定量精度控制、在线稀释与混样技术。 色谱柱与温控: 各类色谱柱(尺寸、粒径、孔径)的选择标准,以及精确温控系统对分离稳定性的重要性。 流动相选择与处理: 有机溶剂与缓冲盐溶液的脱气、混合模式(等度与梯度洗脱)的优化策略。 第二部分:主要液相色谱分离模式的深度解析 本书用大量篇幅介绍了当前主流的五大液相色谱分离模式,并侧重于其在现代分析中的调控手段。 1. 反相色谱(Reversed-Phase LC): 作为应用最广泛的模式,本书深入分析了C18、C8、苯基、环己基等不同官能团固定相的选择依据。重点探讨了pH值、离子强度、缓冲盐种类(如TFA、磷酸盐)对极性、弱酸性、弱碱性化合物分离的影响机制,并提供了复杂样品(如多肽、天然产物)的反相分离策略。 2. 正相色谱(Normal-Phase LC): 阐述了硅胶、中性氧化铝等极性固定相的应用场景,特别是在分离高纯度非极性或中等极性异构体、油脂类物质中的独特优势,以及水敏感性带来的操作挑战与应对。 3. 离子交换色谱(Ion-Exchange Chromatography, IEC): 详述了强/弱阳离子和阴离子交换填料的结构,以及洗脱剂离子强度和pH值对带电分析物分离度的调控。重点展示了IEC在蛋白质、氨基酸和核酸分析中的应用案例。 4. 体积排阻色谱(Size Exclusion Chromatography, SEC): 详细讲解了SEC/GPC(凝胶渗透色谱)的分离机制——基于分子大小而非化学亲和力。内容涵盖了聚合物分子量分布测定、蛋白质分子量估算、以及分离机制的校正(如HPLC中的SEC)。 5. 亲水作用色谱(Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography, HILIC): 随着分析目标转向高极性化合物(如代谢物、糖类),HILIC成为关键技术。本书详细介绍了HILIC的保留机制(水层理论),以及如何通过高比例的有机相和水含量控制,实现对极性物质的高效分离。 第三部分:先进检测技术与数据处理 液相色谱的强大离不开高灵敏度和高选择性的检测器。本部分侧重于这些先进技术的原理、优势与局限性。 1. 紫外-可见光检测器(UV-Vis/PDA): 经典检测器的优化,包括二极管阵列检测器(PDA)的二维谱图分析能力,以及在物质纯度评估和痕量杂质检测中的应用。 2. 示差折光指数检测器(RI): 主要应用于无紫外吸收物质(如糖类、聚合物)的检测,并讨论了其对温度和流动相变化的敏感性。 3. 荧光检测器(FLD): 探讨了荧光量子产率、激发/发射波长的选择,以及其在痕量分析中极高的灵敏度优势。 4. 电化学检测器(ECD): 介绍电化学池的设计、氧化还原电位的确定,及其在生物活性分子(如儿茶酚胺、维生素)分析中的专属性。 5. 液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS): 鉴于其在现代分析中的核心地位,本章进行了详尽阐述: 电喷雾电离(ESI)和大气压化学电离(APCI)的机制对比。 串联质谱(MS/MS)在选择性富集和定量分析(MRM模式)中的应用。 高分辨质谱(HRMS)在未知物鉴定中的作用。 第四部分:方法开发、验证与质量控制 本书强调将理论转化为实际操作能力,提供了严谨的方法学指导。 1. 液相色谱方法开发策略: 遵循系统性开发流程,包括初步筛选(固定相、流动相)、优化(梯度设计、流速、温度)、以及应对常见问题(拖尾、峰展宽、保留时间漂移)。 2. 超高效液相色谱(UHPLC)的引入: 比较了UHPLC相对于传统HPLC在分离效率、分析速度和溶剂消耗上的优势,以及其对仪器硬件和方法转移提出的特殊要求。 3. 方法学验证与质量保证: 依据国际标准(如ICH指南),详细说明了色谱方法的系统适用性、线性范围、准确度、精密度、检测限(LOD)和定量限(LOQ)的实验设计与计算方法。 4. 色谱柱的维护与故障排除: 提供了针对性强的维护手册,包括清洗程序(强酸、强碱、强溶剂冲洗)、堵塞处理、以及常见故障(如基线漂移、噪音增大)的快速诊断流程。 【本书特色】 案例驱动: 每一分离模式后都附有来自制药、环境或生物医学领域的真实应用实例分析图谱和数据解读。 原理与实践并重: 理论推导严谨,同时提供大量的操作建议和“技巧提示”(Tips & Tricks),帮助读者快速掌握实际操作难点。 前沿视野: 对二维液相色谱(2D-LC)、固相萃取(SPE)与色谱的集成技术也有所介绍,展现了液相色谱技术的最新发展方向。 通过系统学习本书内容,读者将能够独立设计、优化和验证高效、准确的液相色谱分析方法,从而在各自的研究和生产领域内解决复杂的化学分离和定量挑战。