离子色谱的应用及新进展*

2013-02-09张莹

天津药学 2013年2期

张莹

(天津市药品检验所，天津 300070)

离子色谱(IC)是以离子交换树脂作为固定相，用电导检测器对阳离子和阴离子混合物做常量和痕量分析的色谱法。分析时在分离柱后串联一根抑制柱，用来抑制流动相中的电解质的背景电导率。其是基于把离子交换色谱同高效液相色谱有机地结合在一起，创建的现代离子色谱法。1979 年，弗理兹等［1］又做了进一步改进，创建了不采用抑制柱的单柱法，并可使用常规的液相色谱仪，因此单柱法发展迅猛。新的抑制法的问世，使柱效明显得到改善，从而得到了广泛的应用。本文仅就离子色谱的分离机理、研究进展及其在公共卫生领域中的应用综述如下。

1 离子色谱的分离机理

在离子交换树脂上分离离子，实质上取决于样品离子、流动相和离子交换官能团三者之间的关系。在离子色谱中使用的固定相是离子交换树脂，其上分布有固定的带电荷的基团和能游动的配位离子。其分离是在流动相和键合在基质上的离子交换基团之间的离子交换过程，其中含有少数非离子的相互作用，该法可用于有机和无机阴离子和阳离子的分离。对于流动相离子色谱，其分离取决于被分析物在柱上的吸附作用。分析柱的选择性主要取决于流动相的组成和浓度，有的流动相需要加入离子对试剂，这种分离方式用于表面活性阴离子和阳离子或金属络合物的分离。离子排斥色谱的分离是基于固定相与分析物间不同的作用，即Donnan 排斥、空间排斥和吸附作用，该方式主要用于弱的有机酸和无机酸的分离［2］。

2 研究现状

近年来，离子色谱的研究主要集中在离子色谱柱的填料和离子色谱与新的检测技术的联用。

2.1 离子色谱柱的填料离子色谱是一种分离分析手段，分离系统就是离子色谱的核心，因此要求离子色谱柱具有柱效高、选择性好、分析速度快等优点。随着离子色谱的发展，离子色谱填料的研究在不断的更新与深入。近年来阳离子交换树脂在不断发展，采用了弱酸功能基替换磺酸基的弱酸功能基的新型高聚物阳离子交换剂，即第三代色谱填料，离子交换功能基主要是弱酸型的羧酸功能基，只用简单的矿物酸就可有效地淋洗一价和二价的阳离子，对H+有高的选择性。采用弱酸性的离子交换功能基，可提高对H+的选择性，一次进样可同时分离一价和二价阳离子。接枝型大孔基质的离子交换剂，可增大柱容量。特别是近期研发的高容量柱，有效地解决了低浓度峰定量难的问题［3，4］。

通过改变涂覆方式和涂覆条件，利用非离子型表面活性剂，使新型的涂覆型离子色谱柱效达到70 000塔板数/m，尤其是先涂覆非离子型表面活性剂，再涂覆阳离子型表面活性剂的离子色谱固定相，其柱效要比常规阴离子色谱的柱效高出1 ～2 倍。现研制的使用特殊的两性离子表面活性剂是在反向色谱固定相固化类生物膜制成仿生的离子色谱，因使用水溶液作为流动相，因此更接近生物体，是研究生命体系较理想的色谱手段［5-7］。

2.2 离子色谱与新检测技术的联用如用阳离子交换树脂分离与原子荧光串联，分析食品中痕量的无机砷最低检出量达到4 ～12 pgAs。对于砷、硒、汞、铅、铬、钒等的价态和形态分析，及其有机化合物分析的最佳方法是基于离子色谱对水可溶性和极性化合物的高效分离与原子荧光的高灵敏度结合［8］。

离子色谱与ICP-MS 联用使其灵敏度更高，科学家尝试将抑制器置于离子色谱柱出口和质谱之间，通过离子束接口将离子色谱与质谱联用测定芳族磺酸，还可采用电喷雾接口测定有机胺和硫酸盐类化合物、有机酸和无机阴离子、有机砷和水中的溴酸盐。离子色谱与电感耦合等离子体联用可以消除复杂样品中基体元素的干扰，在测定As、Hg、Pb、Sn、Se 等元素时与高效的分离技术相结合收到了良好的效果［9］。

3 离子色谱的应用

离子色谱主要用于测定各种离子的含量，特别适于测定水溶液中低浓度的阴离子，例如饮用水水质分析，高纯水的离子分析，雨水、各种废水、发电厂水的分析，纸浆和漂白液的分析，钢铁工业、环境保护等方面的应用，特别是在食品、药品分析以及生物体液(血样和尿样)离子分析方面还有很大的潜力。

3.1 水质分析随着人民群众生活水平的不断提高和健康意识的逐步增强，公众越来越关注饮食安全与健康问题，对饮用水的关注程度也不断提高。作为饮用水，对水中的阴离子的种类及其含量都有一定的要求。王渊龙［10］等采用Supp 5 ～4.0 mm×150 mm 型保护柱和阴离子色谱柱，以3.2 mmol/L Na2CO3和1.0 mmol/L NaHCO3水溶液作为淋洗液的阴离子抑制器，对饮用水中F-、HCOO-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO43-和SO42-等8 种阴离子同时进行检测。结果8 种阴离子的含量在线性、检出限、重现性及加标回收率等方面均达到一定的要求，方法简单，操作性强，具有良好的准确度和精密度。说明该法可用于饮用水中无机阴离子种类和含量的分析研究。

草甘膦(分子式C3H8NO5P)是一种广谱除草剂，高效低毒，在农业生产中应用较广。近来，草甘膦引起人们普遍关注。2006 年颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB 57492006)将草甘膦列入饮用水检验指标，规定草甘膦浓度限量为0.7 mg /L，若采用液相色谱法测定，样品需要做前处理以及柱前或柱后衍生，该法不仅操作烦琐，而且生成的化合物极不稳定。对草甘膦溶于水后的离子性质，刘玉欣［11］等使用离子色谱法对饮用水中草甘膦进行测定，此方法样品不需要前处理，可以直接测定，操作简便，准确度高，重现性好，可作为草甘膦的快速分析方法。

离子色谱分析水中金属离子，其优势在于可以检测到元素的不同氧化态，还可以一次进样同时分析多种元素。离子色谱的线浓缩富集和基体消除技术很好地解决了基体干扰和检测灵敏度等关键问题。Nicola采用新型混床离子交换柱测定污水中的过渡金属，分离效果和线性关系都比较满意［12］。

3.2 药品分析离子色谱在医药研究领域的应用起步较晚，但发展迅猛，近年已成为离子色谱应用的热门。

《中国药典》2010 年版［13］中硫酸阿米卡星及其制剂的含量和有关物质的测定均采用柱前衍生化高效液相色谱法。该方法操作烦杂，检测结果受衍生化试剂的影响较大，且衍生化试剂不利环保。李茜等［14］研究用离子色谱方法分别对硫酸阿米卡星原料及其制剂的含量和有关物质［15］进行分离分析。该法将阿米卡星分子结构中的脂肪氨基及羟基，经过离子色谱分离后，用高pH 的氢氧化钠淋洗液，在金电极上被氧化，采用电化学检测，做到无需衍生化，可直接测定硫酸阿米卡星原料及其制剂的含量和有关物质。

熊婧等［16］建立离子色谱- 抑制电导检测法测定依替膦酸二钠及其片剂的含量及有关物质。采用Ion-Pac AS11 - HC 阴离子交换色谱柱分离，30 mmol/L KOH 溶液为淋洗液等度洗脱，抑制电导检测磷酸根和亚磷酸根等有关物质以及依替膦酸二钠的含量。该方法准确、灵敏高、选择性好、简便，可以更有效地控制依替膦酸二钠原料和片剂的质量。

通过阴离子色谱脉冲安培检测系统，利用糖分子在淋洗液中带负电的形式，结合在阴离子交换柱被分离，可从两种药品多糖水解产物中分离检测多种常见单糖组分，检测灵敏度高，重现性好，同时省掉衍生和复杂的样品前处理，结果令人满意［17］。

抗氧剂是一种常用的附加剂，可增强药物的稳定性，亚硫酸钠和焦亚硫酸钠作为抗氧剂在注射剂中普遍使用，但抗氧剂中的亚硫酸盐对肌体有一定的毒性。为了控制抗氧剂的浓度，丁文静等［18］采用离子色谱抑制电导法测定注射剂中的抗氧剂含量。该法选择性高，灵敏度好，测定结果较为准确。

3.3 食品检验利用氨基酸的两性特征，叶明立等［19］结合离子交换色谱与安培检测，建立了婴幼儿配方奶粉中5 种核苷酸的离子色谱的检测方法，实现了氨基酸的直接分离。该方法使用NaOH 和NaAc 淋洗液、铂电极或金电极，省去了氨基酸柱前柱后衍生反应。该方法快速、准确，可用于样品的测定。

三聚氰胺是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，用于化工原料，不可用于食品加工或食品添加物。2008年，国家质检总局将乳制品及含乳制品中对三聚氰胺的检测作为各级质检部门定期监督检验和监督抽查的必检项目。李红艳等［20］对乳制品及含乳制品样品经冰乙酸溶液提取并沉淀蛋白，Dionex OnGuardⅡRP 样品前处理小柱除去脂肪等大分子有机物，采用Dionex Ionpae CS17 分离柱，分离测定了样品中的三聚氰胺。该方法灵敏度高，检测结果准确度高，易于推广，适合对各种含蛋白食品中三聚氰胺的检测分析。

随着人们对食品安全的愈发重视，鉴别真伪的工作就愈发迫切。张咏等［21］采用离子色谱法分析经过去离子水萃取后的油样，测定阴离子的种类和含量，检出地沟油样品中存在正常油脂中未检出的乙酸根离子，并随着地沟油掺混量的增加其含量呈线性增加，以此可定性分析食用油脂中是否掺杂地沟油。

3.4 其他离子色谱法的应用十分广泛，其可以测定大气中硝酸盐的含量，能了解空气的污染状况，保护人民身体健康［22］;可以快速准确地测定土壤中无机阴、阳离子含量［23］;对机电塑料产品，经液氮粉碎，可以采用氧仓燃烧离子色谱方法进行定量分析测定其中卤素［24］。

离子色谱适合检测一些能够溶于水，并有一定的解离度的化合物，特别对不易挥发、又无紫外吸收的药物，是比较理想的分析方法［25］。随着离子色谱分离技术和检测手段的不断改进，今后在选择新的洗脱液、合成新的低交换容量离子交换树脂和高灵敏度的检测器方面还有广阔的发展前景，争取实现在尽可能短的分析时间内能分离含有多种阴离子或阳离子的混合物，且能高度灵敏地检测被分离的离子。

1 孙鸣镝，孙凯英.离子色谱的发展及其在环境分析中的应用［J］. 黑龙江科学，2011，2(4):39

2 张维.离子色谱法在公共卫生检测中的新进展［J］. 中国卫生监督杂志，2012，19(1):45

3 陈昌国，李雷光，范玉静. 离子色谱、毛细管电泳及毛细管电泳离子色谱发展概况［J］.分析仪器，2009，3:1

4 郑洪国. 戴安新型快速离子色谱分析柱简介［J］. 分析仪器，2010，3:75

5 敖雪桔. 离子色谱分析中淋洗液条件选择的探讨［J］. 黑龙江环境通报，2009，33(3):27

6 裴子建. 英蓝超滤技术助力离子色谱分析［J］. 食品安全导刊，2008，5:56

7 李国平，于荣，税融. 乙烯利水剂离子色谱分析方法［J］. 农药，2011，50(8):580

8 唐增煦，马洁，肖香兰，等.阳离子交换树脂分离-氢化物发生原子荧光光谱法测定食品中无机砷［J］.理化检验·化学分册，2009，45(8):979

9 姚敬，杭义萍，钟志雄，等. 在线渗析-离子色谱联用同时测定熟肉制品中亚硝酸盐和硝酸盐［J］. 食品科学，2010，31(2):187

10 王渊龙.离子色谱法测定饮用水中的8 种阴离子［J］. 现代食品科技，2012，28(9):1212

11 刘玉欣.离子色谱法检测饮用水中的草甘膦［J］.岩矿测试，2011，30(3):.361

12 林红梅，林奇，徐国杰，等.离子色谱法测定海水中的阳离子［J］. 化学分析计量，2011，20(2):27