离子色谱样品预处理技术

　　随着离子色谱日益广泛的应用，许多样品已经无法用传统的方法采用采样、稀释、过滤后直接进样的模式来进行离子色谱的分析。对于大量复杂基体的样品，离子色谱可以采用合适的方法，通过预处理后再用离子色谱法进行分析，这样一方面可以解决样品复杂基体对离子色谱柱的沾污，另一方面也可以大大提高以复杂基体样品测定结果和准确性、提高分析方法的灵敏度。
　　
　　有关样品预处理方法，随着国内离子色谱的用户水平的提高，出现了大量相关离子色谱的预处理方法，这些方法有如下几方面的特点：(1)大部分样品前处理方面，采用国产材料进行，预处理的成本很低，更能适合于中国国情，可以在国内广泛推广使用；(2)大部分样品预处理方法采用离线方法，不需要昂贵的在线设备；但相对而言，样品处理的时间比较长，需要的样品量也比较多一些，在目前自动进样器还没有国内广泛应用的今天，这些方法是比较实用的；(3)与国际上出现的一些样品预处理方法，国内出现的样品前处理绝大多数均出自于基层单位，实用性强；但却相关的理论方面的探讨比较少。因此，许多国内采用样品前处理方法，一方面可以再进一步从理论角度进行讨论，另一方面也可以通过适当改进配合包括国内和国外的仪器用于在线样品的预处理。
　　
　　最常用的样品前处理技术比较
　　
　　微膜过滤固相萃取技术透吸和渗吸技术
　　
　　使用和生产的厂家所有HPLC和离子色谱厂家所有HPLC,GC和离子色谱厂家很少厂家仍在使用。
　　
　　使用的材质0.22µm聚砜或尼龙膜C18/RP反相/离子交换/螯合树脂填料0.2µm醋酸纤维膜有机溶剂兼容性兼容兼容不兼容分析结果的准确性很好。靠压力保证分析的组份能够全部通过，没有损失。很好。靠压力保证分析的组份能够全部通过，没有损失。不同样品和不同组份在膜上扩散系数和平衡速率的不同，所以很难保证分析结果的准确度、重复性和回收率。
　　
　　使用的领域广泛应用于IC/HPLC等色谱分析领域广泛应用于IC/HPLC/GC等色谱分析领域在生命科学领域广泛用于蛋白或多肽的脱盐和去除小份子杂质。很少用于色谱分析方面。
　　
　　适用范围仅用于去除颗粒物污染。使用简单，价格便宜。适用于90%以上离子色谱分析样品。无需增加专用设备既可以实现手动或自动在线使用。适用于各种样品和污染物，是目前最好的离子色谱样品前处理技术。使用简单。无需增加专用设备既可以实现手动或自动在线使用。不同样品可采用不同的萃取柱来完成。仅适合于去除分子量大于300万道尔顿的生物有机污染物。不能截留大多数小分子有机物(如油脂，糖，色素，腐质酸等)，实际使用意义很小。需配置专用装置(如蠕动泵，切换阀等)才能实现自动在线使用，使用成本很低，已经国产化，平均1元/样品低，已经国产化，价格十分便宜。很昂贵，装置价格大约14000USD。消耗品必须使用进口专用膜。
　　
　　处理样品时间快，一般在几秒钟内快，一般在几秒钟内慢，需要十几到几十分钟
　　
　　有机物(有机酸、有机胺、糖、氨基酸等)测定的适用性均能适用不同的分析对象可以选择合适的萃取柱平衡时间太长，基本上无法用于离子色谱，也未见相关的报导
　　
　　产品的通用性各厂家产品可以互用各厂家产品可以互用通用性差
　　
　　由于离子色谱分析特殊性，对于离子色谱经典的方法有碱熔法、干式灰化法、氧瓶/氧弹燃烧法、水蒸气蒸馏法、高温热解等，丁晓静和牟世芬等就离子色谱的样品前处理的新技术进行综述[1]，对国内外在这方面的最新研究进展作了介绍。本文从膜处理法、固相萃取处理法、分解处理法等几种不同类型，分别加以讨论。
　　
　　1.膜处理法
　　
　　1.1.滤膜或砂芯处理法
　　
　　滤膜过滤样品是离子色谱分析最通用的水溶液样品前处理方法，一般如果样品含颗粒态的样品时，可以通过0.45或0.22μm微孔滤膜过滤后直接进样。由于一般的滤膜不能耐高压，因此滤膜过滤只能用于离线样品处理。有时需要在线样品处理，或者将该方法用于仪器管路中，必须采用砂芯滤片。但滤膜过滤方法只能去除颗粒态不溶性物质，对于极小颗粒或有机大分子可溶性化合物和金属水溶性离子，照样能够进入色谱柱干扰样品的测定并沾污色谱柱。
　　
　　此外，除非滤膜或砂芯是为离子色谱分析所特别设计的，滤膜或砂芯中均会含有一定量的无机阴、阳离子，这类离子的存在对水溶液中痕量的阴、阳离子分析会产生干扰，影响测定的准确性。因此，对于痕量离子分析时，建议在测定样品前用二次去离子水对滤膜进行多次洗涤，并注射空白样品，测定时进行空白背景扣除。宣栋梁对［4］国产四种不同水相滤膜水洗后残留阴离子进行了比较，发现第一次进样时，各广家生产的滤膜均发现含有mg/L级数量的阴离子，用淋洗液经5次以上洗涤后，滤膜上大部分阴离子被洗脱，阴离子的含量基本上趋于稳定，因此，可以通过空白试验对样品进行测定。
　　
　　由于滤膜处理法的局限性，国外曾有人尝试采用渗析法和超滤法，由于渗析法所需要的平衡时间比较长，而超滤所需的成本比较高，而对污染物的去除率并不彻底。最近有公司宣传的"英蓝"技术其原理就是使用渗透膜或超滤膜技术处理样品。在IC中使用的渗透或超滤膜只能用醋酸纤维材料做,因为其对蛋白的吸附比较低.而其他抗有机溶剂的材料如硝酸纤维膜和尼龙膜对蛋白质的吸附性高,如果使用会影响分析的重复性和膜的使用寿命.但是醋酸纤维膜的缺点是:1.只能使用水和乙醇,不能兼容强有机溶剂(会溶解),所以不耐正相和反相溶剂;2.万通使用的膜为0.2u(大约是300万分子量大小)不能截留大多数小分子有机物,只能截留分子量达到300万道尔顿很大的物质如悬浮颗粒,大分子蛋白等.实际IC样品中大量存在的是小分子有机物如腐质酸,脂肪,油污等等,这些物质无法用渗透或超滤膜去除.如牛奶样品,只有络蛋白可以用所谓"英蓝"技术去除,而大量的脂肪和其他小分子有机物缺无法解决.所以这一技术其使用效果并不好而且很有限,只是起到一般过滤的作用.如果用户不了解这些信息,只是相信商业宣传,实际使用后会发现使用"英蓝"技术处理样品后反而其分析柱的使用寿命会缩短,因为大量"英蓝"技术无法去除的小分子有机物会进入分析柱.使用渗透或超滤膜技术的另外问题是需要外加蠕动泵循环加压,使的仪器的机构变复杂,故障率高,使用麻烦和成本高(如膜的更换,蠕动泵硅胶管的更换,泵的维护等等)
　　
　　常用分析的物质的分子量需去除物分子量
　　
　　(道尔顿)外形尺寸
　　
　　(um)超滤膜的孔径
　　
　　(um)
　　
　　菌体.2/10x1040.45
　　
　　胶体.1x1040.45
　　
　　蛋白质5×103-60.0025-0.22
　　
　　多糖104-1060.0025-0.22
　　
　　酶5×103-1060.0025-0.22
　　
　　油脂50-2000无法使用
　　
　　色素300-5000无法使用
　　
　　单糖200-400无法使用
　　
　　有机酸100-500无法使用
　　
　　无机离子10-100无法使用
　　
　　注:目前世界上能够生产的最小孔径超滤膜为0.0025um,只能去除分子量大于10000道尔顿的物质
　　
　　1.2.电渗析处理法
　　
　　而在国内比较的特色的工作是采用电渗析法，与其它的膜处理方法相比，电渗析处理法有一定的选择性，因此不仅可以有效去除颗粒物、有机污染物，而且也可以去除重金属离子的污染物。是处理复杂基体样品最有效的方法之一。李元山、胡荣宗等设计的电渗析装置[5]，其装置示意图所下：
　　
　　图1电化学预处理器的结构示意图
　　
　　1－铂电极；2－取样室；3－注射器；4－阳离子交换膜；5－半透膜
　　
　　该装置分为四室，样品由C室注入，其它各室均为淋洗液。电源接通用，C室待测阴离子移向B室并被阳膜阻档在B室内。分子型有机物保留在C室，阳离子移向D室，从而在B室可取得去除干扰的待测离子进行分析。
　　
　　樊庆云等人[6]对这一装置进行了改进，并在理论上对去除污染进行了过程进行了探讨。这一装置改进原有膜技术对样品前处理的方法，利用了带电荷离子的静电吸附作用，与传统的膜处理方式相比较，更具有选择性，去除污染的能力更强。
　　
　　1.3.电解中和法
　　
　　与电渗析法相比，电化学电解中和器利用水电解中和所产生氢离子或氢氧根离子可以对高浓度酸和碱进行中和处理。本实验室利用国产的电化学自再生抑制器，让高浓度的碱通过中和器，而外加水电解抑制的离子色谱的电导池馏分作为中和器外加水电解作为再生液。只要浓度足够低，就可以实现对高浓度碱中痕量阴离子的分析，类似方法也可以实验高浓度酸中痕量阳离子的分析。与国外商品化的中和器相比，我们自己构造的中和器可以在任何类型的离子色谱仪上采用，而且整个装置只有进口设备价格的1/40。
　　
　　2.固相萃取法
　　
　　固相萃取是国内离子色谱样品前处理应用最广泛的一种方法，对不同的溶液中的污染物，可以分别利用反相、离子交换、螯合树脂等多种手段进行，从而萃取手段上也可以利用常规的固相萃取法和固相微萃取法，但固相微萃取法一般是利用了在液相色谱上样品浓缩和去除基体干扰的反过程，因此固相微萃取法用于离子色谱中，更为方便，而且一个固相微萃取柱可以多次使用。