离子色谱技术在岩矿测试中的应用

离子色谱技术在岩矿测试中的应用

贾成斌

内蒙古第一地质矿产勘查开发有限责任公司  内蒙古呼和浩特 010100

摘要：近年来，随着岩矿分析测试工作要求的不断提高，越来越多的测试技术被应用到岩矿分析测试中，其中离子色谱技术因其具有速度快、选择性好、灵敏度高一级、能够进行多组分的测定等优势被经常应用在岩矿分析测试中。阐述了离子色谱技术在岩矿测试中的应用。关键词：离子；色谱；岩矿；分析；测试

0引言

岩矿中包含很多的有毒元素，如氯、氟以及阴离子超标的物质，如果采用的分析测试技术不完善，会导致岩矿冶炼过程不仅会对环境产生危害，还会危害人的身体健康，所以，必须重视对岩矿的分析和测试。离子色谱技术能够对岩矿中的有害物质的总量进行有效的测定，提高测试结果的可靠程度。

1岩矿分析测试

岩矿分析是分析化学在地球科学应用的一个分支学科。它以岩石、矿物为研究对象。它的任务是确定岩石、矿物的化学组成及有关组份在不同赋存状态下的含量。岩矿分析是地球科学研究中的一个重要组成部分。同时，岩矿分析数据也是各种地球科学研究成果中的重要组成部分。岩矿分析的成果，直接关系到国家矿产资源的储量计算，也是将来开采，冶炼，设计工作的重要依据。岩矿测试种类繁多，成分和结构复杂，含量有高有低，要求分析的项目多样。由于样品的复杂性、多样性和不均匀性，因此，必须有一套特定的样品加工工艺，在分析前将样品制成有代表性的分析试样。

2离子色谱技术

2.1定义

离子色谱技术是利用色谱技术测定离子型物质的方法。离子色谱，是液相色谱的一种，以无机特别是无机阴离子混合物为主要分析对象，在上世纪七十年代出现，八十年代迅速发展。

2.2离子色谱的优点

（1）速度：对7种常见阴离子（F-、Cl-、Br-、NO3-、NO2-、SO42-、PO43-）和六种常见阳离子（Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+）的分析时间小于10min。如采用高效分离柱，对上述七种常见阴离子的分离时间只需3min。

（2）灵敏度：直接进样可达ppb级，用浓缩柱可达ppt级。

（3）选择性：已有多种成熟的固定相，以及选择性的检测器。

（4）多组分同时测定。可同时测定多种离子化合物，与分光光度法、原子吸收法相比，IC的主要优点是只需很短的时间就可同时检测样品中的多种成分，但对样品成分之间的浓度差太大的样品有一定的限制。

（5）运行费用非常低，勿需特殊试剂。

（6）柱填料在广的pH范围内和对有机试剂的稳定性，广的应用范围及对复杂基体分析的可行性。IC中苯乙烯/二乙烯苯聚合物是应用最广的填料。这种树脂的高pH稳定性允许用强酸或强碱作淋洗液，有利于扩大应用范围。

2.4离子色谱法基本原理

2.4.1离子交换（HPIC）

离子交换是基于离子交换树脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的离子之间进行的可逆交换。在一个短的时间，样品离子会附着在固定相中的固定电荷上。由于样品离子对固定相亲和力的不同，使得样品中多种组分的分离成为可能是离子色谱的主要分离形式，用于亲水阴、阳离子的分离。

阳离子交换：Xm++Y+Rs-Ym++X+Rs-

阴离子交换：Xm-+YRs+Ym-+XRs+

离子交换树脂上可以离解的离子和流动相中具有相同电荷的溶质离子之间进行的可逆交换，根据这些离子对交换剂有不同的亲和力而被分离。高效离子交换色谱可以分析弱保留阴离子，主要包括F-、一价无机阴离子、一元羧酸和一些弱离解组分，如HCO3-、CN-、和S2-等。同时，还可分析易极化的无机阴离子，如I-，SCN-，CLO4-，S2O32-，以及含氧金属阴离子MoO42-，WO42-、CrO42-和多聚磷酸盐等。对小分子的有机酸类也有很好的分析效果。2.4.2离子排阻色谱（HPIEC）

这种分离模式包括Donnan排斥、空间排斥和吸附过程。Donnan排斥作用—Donnan膜的负电荷层排斥完全离解的离子型化合物，仅允许未离解的化合物通过吸附—保留时间与有机酸的烷基键的长度有关。由于Donnan排斥，完全离解的强电解质受排斥而不被固定相保留，而未离解的化合物不受Donnan排斥，能进入树脂的内微孔，分离是基于溶质和固定相之间的非离子性相互作用。对于二元、三元羧酸的分离，空间排斥则起主要作用。在这种情况下，保留主要取决于样品分子的大小。

2.4.3离子对色谱（MPIC）

在流动相中加入一种与待分离的离子电荷相反的离子，使其与待测离子生成疏水性化合物。固定相为疏水型的中性填料，可用苯乙烯/二乙烯苯树脂或十八烷基硅胶（ODS），也有用C8硅胶或CN固定相。对离子的非极性端亲脂，极性端亲水，其-CH2-键越长，则离子对化合物在固定相的保留越强。在极性流动相中往往加入一些有机溶剂以加快淋洗速度。可用于分离一般阴离子和金属络合物，也可分离多种胺类，并对阴、阳离子类的表面活剂有较好的分离效果。

3离子色谱技术在岩矿分析测试中的应用

3.1分析无机阴离子

利用离子色谱技术对眼眶中阴离子在化学领域的主要作用进行分析，大约有60种以上的无机阴离子能够采用离子色谱技术对其进行测定。在利用离子色谱技术对岩矿样品进行分析的过程中，首先需要考虑的就是岩矿样品的前处理过程，之后是选择合理的分析和检测方法，最后才是对具体的色谱条件进行确定。利用电导检测的离子色谱法，选择使用的阴离子淋洗液通常是低浓度的NaHCO3和Na2CO3，并且如果要相对淋洗液的强度和选择性进行改变，仅仅需要将HCO3-DE值进行改变就可以了，所以其应用的范围是十分广泛的。在测定岩矿样品中的各种成分的含量时必须要提前对样品进行酸碱分解预处理，在样品转变成为溶液的过程中，会引入大量的溶剂离子，而这些含有复杂离子样品的溶液一旦直接进入到离子色谱仪中，会给分离和检测工作带来很大的困难，因而必须要加强注意将样品中基体组分对待测离子的干扰进行消除。根据相关文献记载发现，在对样品进行预处理的几种方法中，半熔法比较适合应用岩矿分析测试。在利用离子色谱法对岩矿样品中的阴离子进行测定的过程中，检测方法一般选择的是电导检测器，另外还可以采用安培检测方式将岩矿中的卤族离子检测出来。

3.2无极阳离子的分析检测

在对碱土金属以及碱金属进行分析的过程中，离子色谱技术是1种非常有效的方法。在科技发展的今天，过渡金属也可以采用离子色谱技术来对阳离子进行测定。在采用浓缩技术之后，离子色谱技术的灵敏度与石墨炉原子吸收光谱法相近。离子色谱法还具有1个非常独特的功能，就是对金属离子的不同价态进行测量。离子色谱法还能够对镧系金属进行分析，因为镧系元素具有+3电荷，它们在水溶液中强烈水解，都具有相近的性质，采用经典的离子交换技术无法获得满意的分析。

4结语

在岩矿的测试中离子色谱技术这种分析方法是具有很大的发展前途的，可以测定的离子数量也在不断的增加，伴随着研究出现了各种各样的检测手段和不同的新柱子。正是由于离子色谱自身作为一种分离方式的潜力，加上可以和其他仪器联用，关注它的人越来越多。仪器的发展方向也是多功能、多用途的方面。在分析复杂样品的时候通常需要和其它的分析技术相结合，联用离子色谱和流动注射分析，可以将很多困难的分析问题解决，并且在分析化合物之前，基体的干扰就可以通过分离而消除，而浓缩技术的利用可以有效的提高2～3个数量级的方法灵敏度，同时对于样品的预处理有简化的作用，降低了试剂的用量以及操作FIA通道的成本，这些都是其优势所在

综上所述，离子色谱技术在岩矿分析测试中是1种非常有效的分析方法，离子色谱技术作为1种分离方式的潜力，能够与其他仪器联用，因而得到了越来越多的关注。就目前情况来看，离子色谱技术是1种对阴离子进行测定的最好的方法之一，该技术具有强大的生命力和发展前景。

参考文献

[1]侯赛文. 基于离子色谱对典型土壤物证分析及溯源研究[D].中国人民公安大学,2023.