全自動(dòng)控制閥切換離子色譜系統(tǒng)

全自動(dòng)控制閥切換離子色譜系統(tǒng)

摘要：在離子色譜（IC）的研究中越來(lái)越多地用到閥切換技術(shù)，例如在痕量分析中轉(zhuǎn)移和去除基體。本文介紹的儀器可使閥切換的操作更方便。

　　閥切換在離子色譜（IC）中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，例如在痕量分析中轉(zhuǎn)移和去除基體。傳統(tǒng)的IC 系統(tǒng)通常配有一個(gè)進(jìn)樣閥。然而安裝諸如構(gòu)建二維分離系統(tǒng)和樣品預(yù)處理等其他用途的閥，則操作非常繁瑣。本文介紹的儀器帶有一個(gè)完整的自動(dòng)控制模塊，支持各種閥結(jié)構(gòu)和用于柱后反應(yīng)的加熱線圈。本文將介紹該系統(tǒng)在各種閥切換中的應(yīng)用。
　　首先介紹該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制模塊，然后介紹各種應(yīng)用實(shí)例，包括利用二維色譜分析高離子強(qiáng)度基體中的高氯酸鹽以及分析高濃度堿溶液中痕量陰離子時(shí)的基體中和。利用二維分析與抑制電導(dǎo)檢測(cè)法的聯(lián)用，不必利用質(zhì)譜即可檢測(cè)低濃度的高氯酸鹽。 毒性氣體 | 密度計(jì) | 壓力表 | 測(cè)振儀 | 諧波分析儀 | 硬度計(jì) | VOC檢測(cè)儀 | 電源供應(yīng)器 | 水份儀 | 剪線鉗 | 彎嘴鉗 | 電流計(jì) | 粘度計(jì) | 粒子計(jì)數(shù)器 | 泄露氣體檢測(cè)儀 |

1 系統(tǒng)描述

　　ICS-3000 型Reagent-FreeTM IC（RFICTM）系統(tǒng)（Dionex Corp., Sunnyvale, CA）結(jié)合了傳統(tǒng)儀器為增強(qiáng)信號(hào)而做的改進(jìn)，以及為更簡(jiǎn)單地分析復(fù)雜樣品而引入的閥和控制系統(tǒng)。該儀器由泵（單泵（SP）或雙泵（DP））、洗脫液發(fā)生器（EG）、檢測(cè)器/ 色譜（DC）組件、自動(dòng)管理器（AM）、自動(dòng)進(jìn)樣器（AS）和臺(tái)式計(jì)算機(jī)（PC）組成。該系統(tǒng)可以設(shè)置為一元或二元系統(tǒng)，結(jié)合了最新改進(jìn)的R F I C 技術(shù)（圖1）。當(dāng)設(shè)置為一元系統(tǒng)時(shí)，DP 的另一個(gè)泵可以另作他用，如為樣品預(yù)處理提供去離子（DI）水。

　　RFIC 系統(tǒng)不僅可以利用DI 水產(chǎn)生有利于分離的高純度洗脫液，還可以在抑制步驟中和洗脫液，使之變成適于高靈敏度電導(dǎo)檢測(cè)的去離子水。使用帶有可連續(xù)再生捕集柱的EG 可以減小洗脫液濃度改變或梯度條件下的基線漂移。
　　DC 組件包括分離、檢測(cè)和自動(dòng)控制三部分。分離柱所處的環(huán)境是可控溫的。為滿足一元或二元系統(tǒng)的需要，在DC 中帶有電導(dǎo)和電化學(xué)兩種檢測(cè)器。它們的檢測(cè)池都是即插即用型的。在DC 組件的底部還有2 個(gè)用于進(jìn)樣和樣品預(yù)處理的閥。所有的閥都位于一個(gè)可滑動(dòng)的托盤(pán)上，便于安裝和維護(hù)。DC 組件的一個(gè)重要部分AM，可以配置2個(gè)高壓閥、2個(gè)低壓閥和1 個(gè)柱后反應(yīng)加熱器。它可以使閥切換變得更容易。
　　由于AM 安裝在DC 內(nèi)部，預(yù)富集和基體去除等樣品預(yù)處理等部件就可以緊鄰分離柱，這樣可以減小樣品的峰展寬。而在傳統(tǒng)的IC 系統(tǒng)中，很難將樣品預(yù)處理閥緊鄰分離柱，這會(huì)導(dǎo)致額外的峰展寬。

2 高氯酸鹽的二維分析

　　盡管聯(lián)邦政府沒(méi)有對(duì)飲用水中的高氯酸鹽含量作出規(guī)定，但各個(gè)州都采用了自己的標(biāo)準(zhǔn)，其允許濃度范圍為1~18 ppb。IC 可以通過(guò)采用富集柱或大體積進(jìn)樣的方式實(shí)現(xiàn)痕量分析。若樣品中的基體離子濃度很高，大體積進(jìn)樣比富集方法更有效。這是因?yàn)榛�體離子可以將目標(biāo)分析物從富集柱上洗脫下來(lái)。值得注意的是，大體積進(jìn)樣不僅提高了痕量組分檢測(cè)靈敏度，而且也提高了基體的檢測(cè)靈敏度。在一些情況下，基體組成會(huì)通過(guò)造成被測(cè)物的共洗脫或?qū)⒑哿拷M分洗脫到一個(gè)寬峰的形式干擾分析。高氯酸鹽的檢測(cè)也同樣如此。
　　飲用水中高氯酸鹽的含量通常在ppb級(jí)，而基體的濃度通常為數(shù)百ppb。美國(guó)環(huán)保局（U.S. EPA）的方法314.0 是直接進(jìn)樣法，但對(duì)于含高濃度基體離子的樣品必須用固相萃取柱離線去除基體。改進(jìn)后的U.S. EPA 的方法314.1 可以提高高離子強(qiáng)度基體中的高氯酸鹽的檢測(cè)靈敏度。此外，采用二維中心切割法可實(shí)現(xiàn)樣品的在線分析。
　　ICS-3000 系統(tǒng)為雙通道二元系統(tǒng)。第一維的進(jìn)樣閥配備了1 個(gè)大體積的定量環(huán)（4 mL）。第二維的進(jìn)樣閥配有1 根富集柱，可以將第一維洗脫下的峰經(jīng)切割濃縮后送入第二維進(jìn)行進(jìn)一步的分析。
　　圖2 給出的是可以去除基體并能增強(qiáng)信號(hào)的二維IC 示意圖。采用二維系統(tǒng)轉(zhuǎn)移基體具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，可以將樣品大體積進(jìn)樣到1 根4 mm的色譜柱上。這不僅是因?yàn)樵撋�譜柱的柱容量較大，并且對(duì)高氯酸鹽具有比對(duì)基體更高的選擇性。其次，經(jīng)第一維分離部分分開(kāi)的高氯酸鹽可在第二維的富集柱上濃縮。用堿洗脫下來(lái)的被抑制的洗脫物為水，可以為離子交換保留和濃縮提供理想的環(huán)境。再次，使用比第一維更低的流速進(jìn)行第二維的分離，從而提高樣品的檢測(cè)靈敏度。最后，該方法將兩種不同分離機(jī)理整合在一起，可以得到采用任何一維分離模式都得不到的高選擇性。

　　圖3-a 是含5 ppb 高氯酸鹽的樣品的一維分離圖。在該樣品中基體離子的濃度為1 000 ppb。由圖可見(jiàn)，基體會(huì)干擾高氯酸鹽的檢測(cè)，導(dǎo)致其峰展寬，難以實(shí)現(xiàn)定量分析。圖3 - b 所示的是采用二維方式分離同一樣品的結(jié)果。從圖中可以看出，采用該方法高氯酸鹽不受基體影響，得到了較好的分離。樣品在進(jìn)行基體轉(zhuǎn)移和濃縮后，在第二維柱內(nèi)徑為2 mm 的色譜柱上進(jìn)行進(jìn)一步的分離，并經(jīng)濃度型檢測(cè)器檢測(cè)。由于該類(lèi)檢測(cè)器的靈敏度與第一維和第二維分離的流速比成正比，因此可將樣品的檢測(cè)靈敏度提高4 倍。由于系統(tǒng)中的兩維分離組件非�？拷�，減小了延遲體積，樣品可以獲得很好的峰形和回收率。

3 自動(dòng)中和作用

　　閥切換技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用是自動(dòng)中和作用。該技術(shù)主要用于高濃度堿溶液中陰離子的定量分析。分析這類(lèi)樣品通常采用的方法是將樣品稀釋到基體離子不影響分離的水平。然而稀釋的同時(shí)也降低了痕量陰離子的濃度，會(huì)影響其檢測(cè)。
　　自動(dòng)中和作用采用基于膜的中和裝置，可以有效地解決高濃度堿溶液中痕量陰離子的檢測(cè)問(wèn)題。經(jīng)中和作用，陰離子樣品的基體變?yōu)樗�溶液，并可以通過(guò)處于DC 組件下部靠近第3 個(gè)閥的富集柱上濃縮。
　　在本裝置中，系統(tǒng)與AM 模塊聯(lián)用。在AM模塊上有兩個(gè)六通閥用來(lái)進(jìn)行中和作用。利用第一個(gè)閥可以將樣品加載到ASRN^TM中和裝置（Dionex Corp.）上。利用第二個(gè)閥先將樣品保持在收集環(huán)中，再將樣品反沖至中和裝置里，并轉(zhuǎn)移到富集柱上。
　　圖4 為本裝置的示意圖。在自動(dòng)中和作用過(guò)程中，先將高濃度堿性樣品加到進(jìn)樣閥的25μL定量環(huán)上，再將定量環(huán)切換到在線狀態(tài)，用去離子水沖洗。這樣就可以把樣品中的高濃度堿從定量環(huán)轉(zhuǎn)移到ASRN 上，使樣品被部分中和。接著，把樣品轉(zhuǎn)移到5000 μL 的定量環(huán)上。開(kāi)動(dòng)循環(huán)閥，使樣品再次通過(guò)ASRN，使之完全中和。隨后，將被完全中和的樣品轉(zhuǎn)移到富集柱上。由于此時(shí)樣品為水溶液，可被富集成很窄的條帶。最后，將陰離子從捕集柱上洗脫下來(lái)送入分析柱進(jìn)行分離檢測(cè)。

　　圖5 給出了高濃度堿性樣品中的陰離子經(jīng)過(guò)（a）和未經(jīng)過(guò)（b）中和作用的對(duì)比分析結(jié)果。對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)中和作用處理的樣品，陰離子在1％氫氧化鈉溶液中的譜峰寬，靈敏度差。當(dāng)陰離子在50 ％氫氧化鈉溶液中時(shí)，基體的背景很高，幾乎檢測(cè)不到其他陰離子。圖5-a 顯示的是樣品經(jīng)過(guò)中和作用處理后的結(jié)果。可以看出，高背景已經(jīng)被有效去除，能夠檢測(cè)到陰離子，并且樣品的回收率也很高。
　　采用AM 系統(tǒng)可以不使用其他閥或控制部件就能很容易地完成自動(dòng)中和作用，因此可以使系統(tǒng)的配置得以簡(jiǎn)化。所有的閥、管路、捕集柱和ASRN 都位于DC 內(nèi)部，不僅可以將管路長(zhǎng)度減到最小，而且所有樣品都可以處于一個(gè)可控溫的環(huán)境中。此外，所有的閥都可以由Chromeleon軟件（Dionex Corp.）控制，不必通過(guò)外部TLL 控制或觸發(fā)。

4 結(jié)論

　　ICS-3000系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)和多閥切換提供了一個(gè)有效的平臺(tái)。很多應(yīng)用實(shí)例已經(jīng)證實(shí)了該系統(tǒng)和AM 模塊的實(shí)用性。由于閥、色譜柱以及檢測(cè)器間的距離很近，可以將采用多維模式進(jìn)行樣品預(yù)處理和分析時(shí)的擴(kuò)散降到最低。該系統(tǒng)的靈活性和精確控制使得一些非常規(guī)應(yīng)用更容易完成。