硝酸银滴定法的操作步骤以及所采用的仪器设备都比较简单，但是在大批量样品的测定时，耗时较多。随着高性能离子色谱柱的开发，离子色谱法可用于生活饮用水中氯离子的分析，具有简单、快速和灵敏度高等优点，是其他方法无法比拟的。通过这个任务的学习，帮助我们了解离子色谱法分析的基本原理及其操作方法，掌握离子色谱法的定性和定量分析方法，初步掌握离子色谱仪的构造和使用。

1903年俄国植物学家茨维特研究植物叶子的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃柱内，加入石油醚使其自由流下，结果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带，由此而得名。

色谱法又称色层法或层析法，是一种利用组分在两相间分配系数不同而进行分离的物理化学分析方法，它是水环境监测中应用最广泛也是最有成效的方法之一，绝大多数多组分混合复杂体系的分析监测都离不开色谱法。

一、色谱法分类

1．色谱系统组成：

色谱柱：装有固定相的管子(玻璃管或不锈钢管)；

固定相：填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的固体或液体；

流动相：通过色谱柱流动的气体或液体。

当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。

2．色谱分类

(1)按流动相和固定相的物理状态分类

按流动相分为气相色谱法(GC)和液相色谱法(LC)。固定相可以是固体或者涂渍在固体载体表面上的液体。气相色谱又可分为气-固色谱法(GSC)和气-液色谱法(GLC)，气液色谱的固定相是附着在惰性载体上的一薄层有机化合物液体。液相色谱法又分为液-固色谱法(LSO和液-液色谱法(LLC)。

(2)按分离机理分类(固定相与组分之间的作用力)

利用组分在固定相上的吸附能力强弱不同而分离的方法，称为吸附色谱法。利用组分在液态固定相中溶解度不同而达到分离的方法称为分配色谱法。利用组分在离子交换剂固定相上的亲和力大小不同而达到分离的方法，称为离子交换色谱法。利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透而达到分离的方法，称为凝胶色谱法或空间排阻色谱法。

二、色谱法特点

(1)分离效率高，柱效可达数十万理论塔板数；

(2)分析速度快，几分钟到几十分钟就可以进行一次复杂样品的分离和分析；

(3)灵敏度高，可测定10^-12g微量组分；

(4)样品用量少，用毫克、微克级样品即可完成一次分离和测定。

三、色谱流出曲线及有关术语

试样中经分离后的各组分依次进入检测器，各组分在两相间进行反复多次的吸附一脱附(溶解)一挥发过程，各组分性质不同，在固定相中吸附或溶解能力不同，流出色谱柱的先后顺序则不同。难吸附、溶解度小的组分，在色谱柱中停留时间短，先流出色谱柱，易吸附、溶解度大的组分，在色谱柱中停留时间长，后流出色谱柱。检测器将各组分的浓度(或质量)的变化转化为电压(或电流)信号，记录仪描绘出所得信号随时间的变化曲线，称为色谱流出曲线，即色谱图。图7-1为单组分的色谱流出曲线。色谱流出曲线趋近于正态分布曲线，它是色谱中定性、定量分析的主要依据。曲线中有关术语介绍如下：

1．基线

当单纯载气通过检测器时，响应信号的记录值OC称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线。

2．峰高h

色谱峰顶点与基线之间的垂直距离。

3．保留值

表示试样组分在色谱柱内停留的情况，保留值可以用时间或相应的载气体积表示。

图7-1 色谱曲线

(1)死时间t⁰_R

不被固定相吸附或溶解的组分(如空气)，从进样到出现空气峰极大值所需的时间，如图7-1中OA。

(2)保留时间t_R

组分从进样到柱后出现色谱峰最大值时所需时间。可用时间单位(如min或s)或长度单位(如cm)表示。

(3)调整保留时间t'_R

组分的保留时间扣除死时间后的，称为该组分的调整保留时间。

(4)死体积V⁰_R

色谱柱内固定相颗粒间所剩余的空间间隙体积，实际测定时包括色谱仪中管路和连接头间的空间以及进样系统、检测系统等空间的总和。它和死时间的关系为：V⁰_R=t⁰_RF₀，式中F₀为色谱柱出口的载气体积流速(mL·min^-1)。

(5)保留体积V_R

指从进样到色谱峰出现最大值时所通过的载气体积，即V_R=t_RF₀。

(6)调整保留体积V'_R

表示扣除死体积后的保留体积，即V'_R=V_R-V⁰_R

(7)相对保留值r₂₁

指组分2与组分1的调整保留值之比。

相对保留值只与组分性质、柱温、固定相性质有关，而与其他操作条件无关，它表示色谱柱对两种组分的选择性，是气相色谱定性的重要依据。

4．区域宽度

区域宽度即色谱峰宽度，色谱峰越窄越尖，峰形越好。通常用下列三种方法之一表示：

(1)标准偏差σ 即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。

(2)半峰宽Y_1/2 峰高h一半处的宽度。它与标准偏差σ的关系是：

(3)峰底宽度W_b由色谱峰两边的拐点作切线，与基线交点间的距离，它与标准偏差σ的关系是：W_b=4_σ

5．分配系数K

设C_S为组分在固定相中的浓度，C_m为组分在流动相中的浓度，则在每次分配过程达到平衡时都应满足下列关系：K=C_s/C_m。

6．色谱流出曲线信息

色谱流出曲线是定性、定量色谱分析的主要依据，从色谱流出曲线上至少可以得到的信息是：

(1)由色谱峰的个数可判断试样中所含组分的最少个数；

(2)由色谱峰的保留值(或位置)进行定性分析，由色谱峰下的面积或峰高进行定量分析；

(3)由色谱峰的保留值及区域宽度可以评价色谱柱分离效能；

(4)由色谱峰两峰间的距离评价固定相(或流动相)选择的是否合适。

色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离，组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的。两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，用分配比表示，它与组分在两相间的传质扩散速率大小有关。

四、气相色谱法

气相色谱法是利用气体作为流动相的一种色谱法。在此法中，载气(是不与被测物作用，用来载送试样的惰性气体，如氢、氮等)载着欲分离的试样通过色谱柱中的固定相，利用物质在流动相与固定相中分配系数的差异，当两项作相对运动时，被测样品组分在两相之间进行反复多次分配，各组分的分配系数纵然只有微小的差异，但是随着流动相(气体)的移动也会产生差距，最后被测样品组分可得到分离，并被测定。气相色谱仪基本组成单元如图7-2所示。

图7-2 气相色谱仪基本组成单元

随着气相色谱法的分离、分析技术的不断完善和发展，它已成为石油、化工、医药、食品、生物化学、环境保护等行业不可缺少的分析手段。其特点如下：

(1)分离效能高可分离性质非常接近的同分异构体、立体异构件等物质。如分析石油馏分中几十个到上百个组分。

(2)灵敏度高可以检测10^-11～10^-12g物质。如环境中农药残留物的分析，大气污染物的分析，以及农副产品、食品、水质中的卤素、硫、磷等含量的测定。

(3)分析速度快，应用范围广，在柱温条件下能气化的有机试样、无机试样都可进行分离与测定。

当然普通的气相色谱法存在一些不足之处。对于沸点高于450℃的难挥发物质或对热不稳定的物质，不能用气相色谱法测定；运用气相色谱法讲行未知物定性时，必须有待测组分的纯品或相应的色谱定性数据，否则难于从色谱峰得出定性结果。近年来通过化学反应、热降解等途径将一些难挥发物质适当转化为能进行气相色谱分析的物质；通过运用色谱-质谱(GC-MS)、色谱一红外光谱(GC-IR)的联用技术，增强了气相色谱的定性能力，因此气相色谱的应用范围正在逐渐扩大。

五、高效液相色谱法

高效液相色谱法简称HPLC，是20世纪60年代后期才发展起来的一种新颖、快速的分离分析技术。由于液相色谱不受试样挥发度和热稳定性的限制，非常适合于分离生物大分子、离子型化合物、不稳定的天然产物以及其他各种高分子化合物等。通常沸点在450℃以下，摩尔质量小于450g·mol^-1的有机物可用气相色谱分析，这些物质约占有机物总数的15％～20％，而其余的80％～85％则需采用高效液相色谱法。

20世纪70年代发明的离子色谱法，是高效液相色谱的一个分支，它保留了高效液相色谱的特点，同时采用抑制柱、电导检测，用Na₂CO₃-NaHCO₃等作为淋洗剂，以独特的方法测定环境试样中的阴离子。近年来又得到迅速发展，不仅测定阴离子，而且可测定金属阳离子，例如在14min内可将镧系元素逐个分离，是其他方法望尘莫及的。

液相色谱仪多种多样，但其主要结构基本相同，高效液相色谱仪分为：高压输液系统、进样系统、分离系统和检测系统四个部分。其中高压输液泵是高效液相色谱仪的主要部件之一，一般高压泵要求压力达到1.52×10⁴～3.04× 10⁴ kPa，压力平稳无脉动，流量稳定，能耐溶剂腐蚀。

高效液相色谱法的柱效可达每米5000～8000块塔板。使用的检测器主要有紫外光度、差示折光、荧光和电化学检测器等。现代仪器还配备有梯度淋洗、自动进样等装置，使用微机处理数据和自动打印图谱。目前液相色谱主要应用于环境化学、食品化学、生物化学、临床医学和药物化学等领域。