离子色谱仪维护及常见故障排除

刘霞

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

离子色谱（IC）是由经典的离子交换色谱发展起来的新型液相色谱分析技术，具有快速、灵敏、选择性好且可测定无机或亲水性有机阴、阳离子等多种组分的特点［1］。

离子色谱分离主要是应用离子交换的原理采用低交换容量的离子交换树脂来分离离子，其主要填料为有机离子交换树脂。以苯乙烯二乙烯苯共聚体为骨架，在苯环上引入磺酸基形成强酸型阳离子交换树脂，引入叔胺基而成季胺型强碱性阴离子交换树脂。此交换树脂具有大孔或薄壳型或多孔表面层型的物理结构，以便快速达到交换平衡。离子交换树脂耐酸碱，可在任何pH范围内使用，易再生处理、使用寿命长；缺点是机械强度差、易溶胀、易受有机物污染［2-3］。

一般以酸或碱溶液作为洗脱液，经泵输送入色谱柱后，其阳离子或阴离子最终将色谱柱中所有可交换的离子置换出来，同时由检测器转换为恒定的信号基线。然后进样，样品离子即被树脂柱所接受，并与等同数量的洗脱液离子交换。如果样品中所有离子的浓度大于洗脱液的离子浓度，则在柱顶端的总离子浓度就将增加，便产生了一个脉动，当它沿着柱移动并通过电导检测器时即得到一个正峰；反之，则获得负峰。进样后，洗脱液离子继续不断地经泵输入色谱柱，对树脂的可交换部位与样品离子进行竞争，并且使样品离子沿着柱子移动。由于样品离子对交换树脂有不同的亲和能力，因而不同的样品离子沿柱以不同的速度移动，最后完成分离［4］。

目前离子色谱已被广泛应用于环境、食品、电力、电子、生物、医药、化工等多个领域［5］，国内外有很多使用离子色谱制定的标准方法和行业规范。

作为一种常规分析的仪器，离子色谱仪已在许多部门使用。根据测定对象的不同，仪器可以有多种配置。而现代分析仪器的制造愈来愈精密，要延长仪器的使用寿命，平时对仪器的精心维护和进行常见故障排除是必不可少的。

1 离子色谱仪维护

1.1 泵的维护

（1）防止固体颗粒对泵的损坏。任何固体微粒进入泵体，包括尘埃或其它任何杂质都会磨损柱塞、密封环、缸体和单向阀，可采用0.2 μm或0.45 μm的过滤头除去流动相中的任何固体微粒。过滤头必须经常更换，进液处的沙芯过滤头要经常清洗。

（2）泵的工作压力一定要适当。泵的工作压力不要超过规定的最高压力，否则会使高压密封环变形，产生漏液。刚开机时，尽量避免直接将流速提高至指定流速，可采取缓慢提高流速的方法，如泵流速需设置为1.0 mL／min，在开机时可将流速设为0.2 mL／min，待压力稳定后再调为0.4 mL／min，依次将流速逐步加大至指定流速，避免因柱压迅速升高而损坏色谱柱和泵体。

同时，要关注流动相的体积，在离子色谱运行中，一定要保证足够的流动相，否则若过滤头未完全浸没在溶液中，会在管路中产生气泡，一旦气泡进入色谱柱及很难将气泡赶出，会对仪器的定性和定量分析产生很大影响，当溶液吸干后，空泵运转会磨损柱塞、密封环或缸体，最终产生漏液。

（3）长时间停机前要冲洗。当需要停机很长时间时，需要在关机前用去离子水代替流动相，将整个系统清洗20～30 min，保证泵体不会堵塞。

1.2 色谱柱的维护

离子色谱柱是离子色谱仪的核心部件之一，样品中各种离子的分离均在色谱柱中完成，并且一般比常规高效液相色谱柱价格要贵很多。因此，对离子色谱柱的维护保养十分重要。

（1）接色谱柱前确保系统已清洗干净。色谱柱在任何情况下不能碰撞、弯曲或强烈震动；很多单位的离子色谱仪是阴、阳离子混用的，因此，接色谱柱前，一定要保证整个离子色谱仪上的所有阀件或管路已清洗干净，避免造成色谱柱堵塞。

（2）确保色谱柱不进入颗粒物。样品一定要经过预处理，去除颗粒物等会给泵和色谱柱带来负担的物质。

（3）确保色谱柱不干燥。

每天分析工作结束后，要清洗进样阀中残留的样品，还要用适当的溶剂来清洗柱；若分析柱长期不使用，要参照色谱柱保存办法，在冲洗干净后，对阴离子柱要通入一定浓度的碱（对阳离子柱要通入一定浓度的酸），并将色谱柱取下两端密封保存。

（4）确保色谱柱在一定压力、流速条件下运行。仪器使用时一定要先检查整个流动管路中是否有气泡，如果有，需要先将气泡排除后再将色谱柱接上，防止将气泡带到色谱柱中。因为色谱柱中装填的树脂颗粒很小，气泡进入后将影响树脂和样品中离子的交换，同时气泡也将影响基线的稳定性。

1.3 电化学抑制器的维护

抑制器可以视为离子色谱的关键部件，它在整个离子色谱系统中起化学放大作用，在降低背景电导率率的同时，提高样品的电导率。

（1）避免在停留状态下开启抑制电流。在开启抑制电流前，一定要确保有流动相流过抑制器。实际操作中，必须要在抑制器的再生液出口看到淋洗液流出时，方可开启抑制电流，防止过热和烧干抑制器，引起抑制器中离子交换膜的损伤。

（2）确保抑制器用前活化。对新买的和长时间未使用的抑制器，在使用前应让抑制器充分水化20 min，然后再使用。另外，在保存抑制器时，要注入一定量的酸或碱（阴离子抑制器注入酸，阳离子抑制器注入碱），保护膜不干燥，延长使用寿命。

（3）确保抑制器的工作压力。电化学抑制器是由离子交换膜材料制备而成的，过高的压力会使膜穿透，从而损坏抑制器。

2 离子色谱仪常见故障排除

在仪器使用过程中，难免会出现一些小故障，笔者结合自身的经验针对仪器使用中常遇见的一些问题，提供了解决办法。

2.1 分析泵

高压分析泵是离子色谱仪最重要的部件之一。分析泵的作用主要是通过等浓度或梯度浓度的方式在高压下将淋洗液经由进样阀输送到色谱柱内并对待测物进行洗脱。高压泵的使用需要高压泵工作正常的情况下，系统压力和流量稳定，噪音很小，色谱峰形正常。与之相反，在高压泵工作不正常的情况时，系统压力波动较大，产生噪音，基线的噪音加大，流量不稳并导致色谱峰形变差（出现乱峰）。产生上述故障的原因有以下几种：

（1）淋洗液的脱气与泵内气泡的排除。仪器初次使用或更换淋洗液时，管路中的气泡很容易进入泵内，造成系统压力和流量不稳定，可先用超声脱气的办法除去溶液中大部分气体，再用惰性气体（氦气或高纯氮气）在线脱气的方法处理。已进入泵内的气泡可以通过排气阀排除。具体方法：将泵流速稍微降低，拧开排气阀，用一个注射器在启动阀处从泵内抽出淋洗液，可反复几次直到气泡排除为止。

（2）系统压力波动大，流量不稳定。系统中进入了气体，或者单向阀的宝石球与阀座之间有固体异物，使得两者不能闭合密封，需卸下单向阀浸入盛有乙醇的烧杯用超声波清洗。分析泵上的压力传感器有故障时也会造成压力波动，应检查传感器旋钮上的O型密封圈是否有磨损。

（3）漏液。泵密封圈变形后，在高压下会产生泄漏。泵漏液时，系统压力不稳定，仪器无法工作，为延长密封圈的使用寿命，在使用了浓度较高的碱以后，需要用去离子水清洗泵头部分，防止产生沉淀物。

（4）系统压力升高。在系统的压力超过正常压力30%时，可以认为该系统压力不正常。压力升高与以下几种情况有关：

①流速设定是否设定过高，流速设定过高会使压力升高，应按照色谱柱的要求设定分析泵的流速；

②若某段管子堵塞造成系统压力突然升高，应该逐段检查，并进行更换；

③当有机溶剂与水混合时，由于溶液的粘度及密度变化，压力亦会升高；

④保护柱的滤片因有物质沉积而使压力逐渐升高，需要更换滤片。

（5）系统压力降低或无压力。系统有泄漏时，压力会降低。仔细检查各种接头是否拧紧，有无漏液。此外，当系统流路中有大量气泡存在时，进入泵内形成空穴，启动泵后系统无压力显示，亦无溶液流出，为避免上述问题，流动相的容器要加压（≤0.03 MPa）；在仪器初次使用或更换淋洗液时要注意排除输液管路内的空气。

2.2 检测器

检测器尚未达到稳定状态可使基线产生漂移。另外在使用抑制器时，正常情况下背景电导会由高向低的方向逐渐降低，最后达到平衡。如果背景电导值持续增加，说明抑制器部分有问题，检查抑制器是否失效。

2.3 色谱柱

（1）柱压升高。可能的原因：

①色谱柱过滤网板被污染，需要更换；

②柱接头拧得过紧，使输液管端口变形；

③PEEK材料管子的切口不齐。

（2）保留时间缩短或延长。色谱峰保留时间的改变会影响待测组分的定性和容量，因为在色谱分析中稳定的保留时间对获得准确、可靠的结果十分重要。离子色谱中影响保留时间稳定的因素有以下几个原因：

①仪器的某部分可能有漏液（如接头处没拧紧等）；

②系统内有气泡使得泵不能按设定的流速传送淋洗液；

③分离柱交换容量下降，使保留时间缩短；

④由于抑制器的问题引起保留时间的变化；

⑤使用NaOH淋洗液时空气中CO2对保留时间的影响。

2.4 抑制器

抑制器在化学抑制型离子色谱中具有举足轻重的作用。抑制器工作性能的好坏对分析结果有很大的影响。抑制器最常见的故障是漏液，使峰面积减小（灵敏度下降）和背景电导升高。

（1）峰面积减小。造成峰面积减小的主要原因有：微膜脱水、抑制器漏液、溶液流路不畅和微膜被玷污。抑制器长期不用，会发生微膜脱水现象，为激活抑制器，可用注射器向阴离子抑制器内以淋洗液流路相反的方向注入少许0.2 mol／L硫酸；阳离子用0.2 mol／L氢氧化钠。同时向再生液进口注入少许去离子水，并将抑制器放置半小时以上。抑制器内玷污的金属离子可以用草酸溶液清洗。

（2）背景电导高。在化学抑制型电导检测分析过程中，若背景电导高，则说明抑制器部分存在一定问题。其原因大多是操作不当，例如：淋洗液或再生液流路堵塞，系统中无溶液流动造成背景电导偏高或使用的电抑制器其电流设置太小等。膜被污染后交换容易下降亦会使背景电导升高。而失效的抑制器在使用时会出现背景电导持续升高的现象，此时应更换一只新的抑制器。

（3）漏液。抑制器漏液的主要原因是抑制器内的离子交换膜没有充分水化。因此，长时间未使用的抑制器在使用前应先让膜水化溶胀后再使用。另外要保证再生液出口顺畅，因为反压较大时也会造成抑制器漏液。由于抑制器保管不当造成抑制器内的微膜收缩、破裂也会发生漏液现象。

3 结语

离子色谱主要用于阴、阳离子的分析，具有选择性好、灵敏、快速、简便的特点，可同时测定多组分，特别是难以用其它仪器和方法分析的组分，基于上述优点，离子色谱法已在环境、电力、半导体工业、食品、石油化工、医疗卫生和生化领域等行业得到广泛应用。了解仪器日常维护的知识、遇有故障时能够正确地判断并及时排除对仪器正常使用十分重要。

［1］牟世芬.离子色谱方法及应用［M］.北京: 化学工业出版社，2000.

［2］朱岩.离子色谱原理及其应用［M］.杭州: 浙江大学出版社，2002.

［3］Weiss J. Ion Chromatography［M］. 2nd. Germany: VCH Verlagsgesellachaft mbH，Weinhein (FRG) and VCH Publisher，1995: 239-289.

［4］Chapman E G，Sklarew D S. A method for the determination of organic acid by ion chromatography［J］. Atmos Environ，1986，20(1): 1 717.

［5］朱岩，王少明，施超欧.离子色谱仪器［M］.北京: 化学工业出版社，2007: 186-198.