離子色譜的應(yīng)用及新進(jìn)展*

張 瑩

(天津市藥品檢驗(yàn)所，天津 300070)

離子色譜(IC)是以離子交換樹(shù)脂作為固定相，用電導(dǎo)檢測(cè)器對(duì)陽(yáng)離子和陰離子混合物做常量和痕量分析的色譜法。分析時(shí)在分離柱后串聯(lián)一根抑制柱，用來(lái)抑制流動(dòng)相中的電解質(zhì)的背景電導(dǎo)率。其是基于把離子交換色譜同高效液相色譜有機(jī)地結(jié)合在一起，創(chuàng)建的現(xiàn)代離子色譜法。1979 年，弗理茲等［1］又做了進(jìn)一步改進(jìn)，創(chuàng)建了不采用抑制柱的單柱法，并可使用常規(guī)的液相色譜儀，因此單柱法發(fā)展迅猛。新的抑制法的問(wèn)世，使柱效明顯得到改善，從而得到了廣泛的應(yīng)用。本文僅就離子色譜的分離機(jī)理、研究進(jìn)展及其在公共衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用綜述如下。

1 離子色譜的分離機(jī)理

在離子交換樹(shù)脂上分離離子，實(shí)質(zhì)上取決于樣品離子、流動(dòng)相和離子交換官能團(tuán)三者之間的關(guān)系。在離子色譜中使用的固定相是離子交換樹(shù)脂，其上分布有固定的帶電荷的基團(tuán)和能游動(dòng)的配位離子。其分離是在流動(dòng)相和鍵合在基質(zhì)上的離子交換基團(tuán)之間的離子交換過(guò)程，其中含有少數(shù)非離子的相互作用，該法可用于有機(jī)和無(wú)機(jī)陰離子和陽(yáng)離子的分離。對(duì)于流動(dòng)相離子色譜，其分離取決于被分析物在柱上的吸附作用。分析柱的選擇性主要取決于流動(dòng)相的組成和濃度，有的流動(dòng)相需要加入離子對(duì)試劑，這種分離方式用于表面活性陰離子和陽(yáng)離子或金屬絡(luò)合物的分離。離子排斥色譜的分離是基于固定相與分析物間不同的作用，即Donnan 排斥、空間排斥和吸附作用，該方式主要用于弱的有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸的分離［2］。

2 研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，離子色譜的研究主要集中在離子色譜柱的填料和離子色譜與新的檢測(cè)技術(shù)的聯(lián)用。

2.1 離子色譜柱的填料 離子色譜是一種分離分析手段，分離系統(tǒng)就是離子色譜的核心，因此要求離子色譜柱具有柱效高、選擇性好、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)。隨著離子色譜的發(fā)展，離子色譜填料的研究在不斷的更新與深入。近年來(lái)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在不斷發(fā)展，采用了弱酸功能基替換磺酸基的弱酸功能基的新型高聚物陽(yáng)離子交換劑，即第三代色譜填料，離子交換功能基主要是弱酸型的羧酸功能基，只用簡(jiǎn)單的礦物酸就可有效地淋洗一價(jià)和二價(jià)的陽(yáng)離子，對(duì)H+有高的選擇性。采用弱酸性的離子交換功能基，可提高對(duì)H+的選擇性，一次進(jìn)樣可同時(shí)分離一價(jià)和二價(jià)陽(yáng)離子。接枝型大孔基質(zhì)的離子交換劑，可增大柱容量。特別是近期研發(fā)的高容量柱，有效地解決了低濃度峰定量難的問(wèn)題［3，4］。

通過(guò)改變涂覆方式和涂覆條件，利用非離子型表面活性劑，使新型的涂覆型離子色譜柱效達(dá)到70 000塔板數(shù)/m，尤其是先涂覆非離子型表面活性劑，再涂覆陽(yáng)離子型表面活性劑的離子色譜固定相，其柱效要比常規(guī)陰離子色譜的柱效高出1 ～2 倍?，F(xiàn)研制的使用特殊的兩性離子表面活性劑是在反向色譜固定相固化類生物膜制成仿生的離子色譜，因使用水溶液作為流動(dòng)相，因此更接近生物體，是研究生命體系較理想的色譜手段［5-7］。

2.2 離子色譜與新檢測(cè)技術(shù)的聯(lián)用 如用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離與原子熒光串聯(lián)，分析食品中痕量的無(wú)機(jī)砷最低檢出量達(dá)到4 ～12 pgAs。對(duì)于砷、硒、汞、鉛、鉻、釩等的價(jià)態(tài)和形態(tài)分析，及其有機(jī)化合物分析的最佳方法是基于離子色譜對(duì)水可溶性和極性化合物的高效分離與原子熒光的高靈敏度結(jié)合［8］。

離子色譜與ICP-MS 聯(lián)用使其靈敏度更高，科學(xué)家嘗試將抑制器置于離子色譜柱出口和質(zhì)譜之間，通過(guò)離子束接口將離子色譜與質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定芳族磺酸，還可采用電噴霧接口測(cè)定有機(jī)胺和硫酸鹽類化合物、有機(jī)酸和無(wú)機(jī)陰離子、有機(jī)砷和水中的溴酸鹽。離子色譜與電感耦合等離子體聯(lián)用可以消除復(fù)雜樣品中基體元素的干擾，在測(cè)定As、Hg、Pb、Sn、Se 等元素時(shí)與高效的分離技術(shù)相結(jié)合收到了良好的效果［9］。

3 離子色譜的應(yīng)用

離子色譜主要用于測(cè)定各種離子的含量，特別適于測(cè)定水溶液中低濃度的陰離子，例如飲用水水質(zhì)分析，高純水的離子分析，雨水、各種廢水、發(fā)電廠水的分析，紙漿和漂白液的分析，鋼鐵工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用，特別是在食品、藥品分析以及生物體液(血樣和尿樣)離子分析方面還有很大的潛力。

3.1 水質(zhì)分析 隨著人民群眾生活水平的不斷提高和健康意識(shí)的逐步增強(qiáng)，公眾越來(lái)越關(guān)注飲食安全與健康問(wèn)題，對(duì)飲用水的關(guān)注程度也不斷提高。作為飲用水，對(duì)水中的陰離子的種類及其含量都有一定的要求。王淵龍［10］等采用Supp 5 ～4.0 mm×150 mm 型保護(hù)柱和陰離子色譜柱，以3.2 mmol/L Na2CO3和1.0 mmol/L NaHCO3水溶液作為淋洗液的陰離子抑制器，對(duì)飲用水中F-、HCOO-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO43-和SO42-等8 種陰離子同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果8 種陰離子的含量在線性、檢出限、重現(xiàn)性及加標(biāo)回收率等方面均達(dá)到一定的要求，方法簡(jiǎn)單，操作性強(qiáng)，具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。說(shuō)明該法可用于飲用水中無(wú)機(jī)陰離子種類和含量的分析研究。

草甘膦(分子式C3H8NO5P)是一種廣譜除草劑，高效低毒，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。近來(lái)，草甘膦引起人們普遍關(guān)注。2006 年頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 57492006)將草甘膦列入飲用水檢驗(yàn)指標(biāo)，規(guī)定草甘膦濃度限量為0.7 mg /L，若采用液相色譜法測(cè)定，樣品需要做前處理以及柱前或柱后衍生，該法不僅操作煩瑣，而且生成的化合物極不穩(wěn)定。對(duì)草甘膦溶于水后的離子性質(zhì)，劉玉欣［11］等使用離子色譜法對(duì)飲用水中草甘膦進(jìn)行測(cè)定，此方法樣品不需要前處理，可以直接測(cè)定，操作簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度高，重現(xiàn)性好，可作為草甘膦的快速分析方法。

離子色譜分析水中金屬離子，其優(yōu)勢(shì)在于可以檢測(cè)到元素的不同氧化態(tài)，還可以一次進(jìn)樣同時(shí)分析多種元素。離子色譜的線濃縮富集和基體消除技術(shù)很好地解決了基體干擾和檢測(cè)靈敏度等關(guān)鍵問(wèn)題。Nicola采用新型混床離子交換柱測(cè)定污水中的過(guò)渡金屬，分離效果和線性關(guān)系都比較滿意［12］。

3.2 藥品分析 離子色譜在醫(yī)藥研究領(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展迅猛，近年已成為離子色譜應(yīng)用的熱門。

《中國(guó)藥典》2010 年版［13］中硫酸阿米卡星及其制劑的含量和有關(guān)物質(zhì)的測(cè)定均采用柱前衍生化高效液相色譜法。該方法操作煩雜，檢測(cè)結(jié)果受衍生化試劑的影響較大，且衍生化試劑不利環(huán)保。李茜等［14］研究用離子色譜方法分別對(duì)硫酸阿米卡星原料及其制劑的含量和有關(guān)物質(zhì)［15］進(jìn)行分離分析。該法將阿米卡星分子結(jié)構(gòu)中的脂肪氨基及羥基，經(jīng)過(guò)離子色譜分離后，用高pH 的氫氧化鈉淋洗液，在金電極上被氧化，采用電化學(xué)檢測(cè)，做到無(wú)需衍生化，可直接測(cè)定硫酸阿米卡星原料及其制劑的含量和有關(guān)物質(zhì)。

熊婧等［16］建立離子色譜- 抑制電導(dǎo)檢測(cè)法測(cè)定依替膦酸二鈉及其片劑的含量及有關(guān)物質(zhì)。采用Ion-Pac AS11 - HC 陰離子交換色譜柱分離，30 mmol/L KOH 溶液為淋洗液等度洗脫，抑制電導(dǎo)檢測(cè)磷酸根和亞磷酸根等有關(guān)物質(zhì)以及依替膦酸二鈉的含量。該方法準(zhǔn)確、靈敏高、選擇性好、簡(jiǎn)便，可以更有效地控制依替膦酸二鈉原料和片劑的質(zhì)量。

通過(guò)陰離子色譜脈沖安培檢測(cè)系統(tǒng)，利用糖分子在淋洗液中帶負(fù)電的形式，結(jié)合在陰離子交換柱被分離，可從兩種藥品多糖水解產(chǎn)物中分離檢測(cè)多種常見(jiàn)單糖組分，檢測(cè)靈敏度高，重現(xiàn)性好，同時(shí)省掉衍生和復(fù)雜的樣品前處理，結(jié)果令人滿意［17］。

抗氧劑是一種常用的附加劑，可增強(qiáng)藥物的穩(wěn)定性，亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉作為抗氧劑在注射劑中普遍使用，但抗氧劑中的亞硫酸鹽對(duì)肌體有一定的毒性。為了控制抗氧劑的濃度，丁文靜等［18］采用離子色譜抑制電導(dǎo)法測(cè)定注射劑中的抗氧劑含量。該法選擇性高，靈敏度好，測(cè)定結(jié)果較為準(zhǔn)確。

3.3 食品檢驗(yàn)利用氨基酸的兩性特征，葉明立等［19］結(jié)合離子交換色譜與安培檢測(cè)，建立了嬰幼兒配方奶粉中5 種核苷酸的離子色譜的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了氨基酸的直接分離。該方法使用NaOH 和NaAc 淋洗液、鉑電極或金電極，省去了氨基酸柱前柱后衍生反應(yīng)。該方法快速、準(zhǔn)確，可用于樣品的測(cè)定。

三聚氰胺是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機(jī)化合物，用于化工原料，不可用于食品加工或食品添加物。2008年，國(guó)家質(zhì)檢總局將乳制品及含乳制品中對(duì)三聚氰胺的檢測(cè)作為各級(jí)質(zhì)檢部門定期監(jiān)督檢驗(yàn)和監(jiān)督抽查的必檢項(xiàng)目。李紅艷等［20］對(duì)乳制品及含乳制品樣品經(jīng)冰乙酸溶液提取并沉淀蛋白，Dionex OnGuardⅡRP 樣品前處理小柱除去脂肪等大分子有機(jī)物，采用Dionex Ionpae CS17 分離柱，分離測(cè)定了樣品中的三聚氰胺。該方法靈敏度高，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度高，易于推廣，適合對(duì)各種含蛋白食品中三聚氰胺的檢測(cè)分析。

隨著人們對(duì)食品安全的愈發(fā)重視，鑒別真?zhèn)蔚墓ぷ骶陀l(fā)迫切。張?jiān)伒龋?1］采用離子色譜法分析經(jīng)過(guò)去離子水萃取后的油樣，測(cè)定陰離子的種類和含量，檢出地溝油樣品中存在正常油脂中未檢出的乙酸根離子，并隨著地溝油摻混量的增加其含量呈線性增加，以此可定性分析食用油脂中是否摻雜地溝油。

3.4 其他 離子色譜法的應(yīng)用十分廣泛，其可以測(cè)定大氣中硝酸鹽的含量，能了解空氣的污染狀況，保護(hù)人民身體健康［22］;可以快速準(zhǔn)確地測(cè)定土壤中無(wú)機(jī)陰、陽(yáng)離子含量［23］;對(duì)機(jī)電塑料產(chǎn)品，經(jīng)液氮粉碎，可以采用氧倉(cāng)燃燒離子色譜方法進(jìn)行定量分析測(cè)定其中鹵素［24］。

離子色譜適合檢測(cè)一些能夠溶于水，并有一定的解離度的化合物，特別對(duì)不易揮發(fā)、又無(wú)紫外吸收的藥物，是比較理想的分析方法［25］。隨著離子色譜分離技術(shù)和檢測(cè)手段的不斷改進(jìn)，今后在選擇新的洗脫液、合成新的低交換容量離子交換樹(shù)脂和高靈敏度的檢測(cè)器方面還有廣闊的發(fā)展前景，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)在盡可能短的分析時(shí)間內(nèi)能分離含有多種陰離子或陽(yáng)離子的混合物，且能高度靈敏地檢測(cè)被分離的離子。

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