毛细管离子色谱进展.DOC

毛细管离子色谱进展 摘要 从毛细管离子色谱柱制备和毛细管离子色谱仪器研制两方面评述了毛细管离子色谱目前的发展状况。毛细管离子色谱柱包括开管离子色谱柱，毛细管颗粒填充离子色谱柱以及最近几年发展起来的整体毛细管离子色谱柱。对毛细管离子色谱仪的总结包括微流量泵、小体积进样器、适合毛细管离子色谱系统的小体积抑制器、电导和光学检测器等。 　　关键词离子色谱，毛细管液相色谱， 毛细管离子色谱， 整体柱,评述 　　1 引言 　　仪器微型化是目前分析仪器发展的重要研究方向之一。分离科学与技术的发展，特别是新材料和微制造技术的进步，极大地推进了微分离分析技术乃至其它分析仪器微型化的发展。近年来，色谱领域的微分离技术，如毛细管电泳(CE)、毛细管液相色谱(Capillary HPLC)[1]、毛细管电色谱(CEC)及微流控芯片(Labonchip)等，发展迅速，并在生物、医药、环境等许多领域得到了广泛应用。色谱仪器微型化可以大大降低流动相消耗，从而降低有机溶剂对环境的污染;大大减少了样品用量，非常适合价格昂贵、难以获得的生物样品以及某些有毒的环境样品;分析速度快，装置小，可以实现多通道同时检测。 　　文献[2~4]阐述了离子色谱方法的原理及应用。离子色谱主要用于无机阴、阳离子的分离分析,近些年也应用于有机酸、氨基酸、蛋白质等有机离子的分析。离子色谱最常使用的检测器是电导检测器，此外，紫外可见检测器和安培检测器也经常使用。离子色谱的主要贡献在于对阴离子的分离分析，在离子色谱出现之前，阴离子的分析方法存在灵敏度低、操作烦琐、不能进行多离子同时分析及稳定性、重现性差等缺点。30年来离子色谱在柱技术、抑制器、仪器自动化等方面得到了充分发展。目前，国际上已将离子色谱作为与高效液相色谱、气相色谱和毛细管电泳并列的一种色谱方法单独分类。 　　离子色谱仪器的微型化除了具有和其他色谱仪器微型化相同的优势外，由于其在环境分析领域的特殊地位，微型(小型)化更适应野外环境分析的需要。目前，已有商品化的便携离子色谱仪，将泵、柱、检测器、流动相等全部放在便携箱中，总重量十多kg。 　　普通离子色谱柱内径为4~5 mm，而毛细管离子色谱柱的内径为5~500 μm。1983年，Rokushika等[5]首次报道了毛细管离子色谱仪的研制，采用47 cm×019 mm i.d.石英毛细管柱，柱内填充10 μm阴离子交换填料，配有02 mm i.d.×10 mm中空纤维抑制器，流速19 μL/min，分离了mg/L级的无机阴离子和有机酸以及河水和果汁中的阴离子成分。Kuban等[6]总结了毛细管离子色谱的发展。但是，迄今为止，毛细管离子色谱仪及毛细管离子色谱柱尚未实现商品化。毛细管离子色谱是当今离子色谱领域的重要前沿课题，本文从柱和仪器两个方面对目前毛细管离子色谱的发展进行综述。 　　2 毛细管离子色谱柱 　　2.1 开管毛细管离子色谱柱 　　早在1981年开管液相色谱柱已出现，Ishii等[7]在30~60 μm玻璃毛细管内制备了开管离子交换柱，分离了4种核苷。但是，开管液相色谱柱在应用中受到一些限制。我们可以从Golay所推导的开管液相色谱的塔板高度的基本公式看到其局限性。H=2Dm[]u+(11k′2+6k′+1)d2c[]96(1+k′)2DMu+k′d2f[]3(1+k′ )2Dsu(1)式中，H为板高，u为流动相线速度，k′为容量因子，dc为色谱柱内径，df为固定相涂层厚度，DM、DS分别为溶质在流动相和固定相的扩散速率。由于分子在液相中扩散系数要小于在气相中的扩散系数，所以在开管液相色谱中，第二项的影响非常大。 　　可以看出，塔板高度随柱直径的增加而增加，柱内径降低才会获得高柱效。开管柱要获得比相同长度的填充柱更高的柱效，其内径需要控制在2~10 μm。Muller等[8]制备了内径46~95 μm的开管柱，46 μm i.d.×90 cm的开管柱柱效可达246 000~680 000塔板，分离了碱金属和碱土金属。之后，他们[9]使用46 μm i.d. 开管柱，流速为10~26 nL/min，进样量为10 pL，25 s内分离碱金属和碱土金属，35 s内分离常见阴离子。从式(1)可见，为了减小流动相传质阻力，在使用开管柱时应加大扩散系数，即采用较高的柱操作温度和使用低粘度的流动相。Pyo等 [10]通过提高温度，以提高样品的扩散系数和分离效率，开管柱内径50 μm，柱温120~150，对阴离子的分析表明，柱温从室温增加到150，柱理论塔板数增加6倍。 　　开管离子色谱柱渗透性好，柱压低，可以制备很长的色谱柱。但是，开管离子色谱柱具有很小的内体积，由于柱容量小，进样量受到限制，pL级的进样量以及nL/min的流速都对仪器的硬件系统有太高的要求。因此，