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本系列博客的第二部分将重点介绍在实际应用中影响离子色谱分离柱适用性与稳定性的重要因素。文章首先探讨如何根据具体分析需求选择最合适的色谱柱，随后深入解析可通过哪些操作参数的调整来优化待测物的分离效果，并说明各参数变化所带来的影响及优化空间。
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色谱柱长度和内径的选择
瑞士万通提供多种类型的离子色谱柱，涵盖不同的固定相材料、柱长及内径规格。固定相的选择不仅直接影响各待测物之间的分离选择性，还关系到色谱柱在面对复杂样品基体时的稳定性。而柱长虽然不会改变分离的选择性，但会显著影响各组分之间的分离效率，从而影响色谱分辨率。
欢迎查阅我们的色谱柱目录，了解瑞士万通为离子色谱提供的多种分离柱选择。
柱长的影响
下图（图1）展示了瑞士万通 Metrosep A Supp 17 系列色谱柱中，柱长对分离效率的影响。在选择色谱柱长度时，应综合考虑分离任务的复杂程度以及样品基体中可能干扰目标离子的其他组分。
色谱柱内径的影响
除了提供不同长度的离子色谱分离柱外，瑞士万通还为大多数色谱柱提供了两种内径规格：4 mm 和 2 mm（后者称为“微径柱”），可根据以下原则进行选择：
- 如果您使用的是连续运行的在线系统（例如瑞士万通过程分析的 MARGA 系统——用于监测环境空气中气溶胶和气体的系统），建议选择 2 mm 微径离子色谱柱。由于微径柱的流速仅为 4 mm 色谱柱的 25%，因此所需的淋洗液和再生液用量大幅减少，从而明显延长仪器的无人值守运行时间。
- 某些应用需要联用技术，例如 IC-MS，以获得更高的待测物选择性和灵敏度。在这类情况下，推荐使用 2 mm 微径色谱柱。其较低的流速非常适用于电喷雾过程，无需在进入质谱仪前加装分流器。
- 样品量有限时，建议优先选择 2 mm 微径色谱柱。由于在分离过程中样品的稀释和扩散程度较低，因此可以获得更高的信号响应。
- 另一方面，如果样品中基体组分含量较高，选择4 mm离子色谱柱会更为合适，因为其更高的容量有助于有效分离目标待测物与基体成分。
想了解更多关于 MARGA 系统及其在连续空气质量监测中的应用，请阅读我们的博客文章
温度变化的影响
调节分析温度是优化离子色谱分离选择性最简单有效的方法之一。该操作通常通过仪器内置的色谱柱恒温箱（若配备）完成。温度变化会带来多方面的影响。以阴离子分析为例，图2中叠加的色谱图直观展示了温度对瑞士万通 Metrosep A Supp 17 色谱柱选择性的显著影响。
- 单价阴离子如氟化物、氯化物、亚硝酸盐、溴化物和硝酸盐的保留时间会随着温度升高而缩短，表明它们与固定相的相互作用减少。
- 多价阴离子如磷酸盐和硫酸盐的行为较为复杂，且因固定相不同而异。通常，多价阴离子在较高温度下保留时间会增加，这在硫酸盐中表现明显。磷酸盐的情况则有所不同，主要是因为温度变化引起淋洗液pH值在接近其pKa的范围内波动，导致磷酸盐的有效电荷发生变化（本例中，随着温度升高，有效电荷有所减小）。
- 极化阴离子如亚硝酸盐、溴化物，尤其是硝酸盐，在较高温度下峰形明显改善。这主要是因为其与固定相的二次作用减少所致。
淋洗液组成和浓度的影响
通过调节淋洗液的组成和浓度，可以在使用同一色谱柱的情况下改变多个待测物的洗脱顺序。在阳离子色谱中，P.R. Haddad 和 P.E. Jackson 建立了一种保留模型，帮助研究人员预测淋洗液成分变化时待测物保留时间的变化 [1]。
鉴于每次测定所用色谱柱均保持一致，离子交换平衡和色谱柱容量不会发生变化。因此，在仅改变淋洗液浓度时，可采用以下公式：
其中：
- k’ 是目标待测物的保留因子
- c 为常数
- x 表示待测物的电荷数
- y 表示淋洗液离子的电荷数
- Ey+M 为流动相中淋洗液的浓度
如果使用硝酸作为淋洗液，则 y = 1，模型可简化为：
在实验室实际应用中，这意味着随着淋洗液强度的增加，碱土金属（x = 2）的保留时间缩短速度远快于碱金属（x = 1），因此镁可以比钾更早被洗脱出色谱柱。这种现象称为电选择性。
多价金属离子能够与专用配位剂形成配合物，因此通过向淋洗液中添加配位剂，可以调节分离的选择性。例如，吡啶二羧酸（DPA）常用于与钙形成配合物，从而降低钙的有效电荷，导致钙的保留时间缩短，使其在色谱图中先于镁洗脱（见图3）。
单价阳离子的保留时间则可以通过向流动相中添加冠醚来调节。
阴离子系统的保留时间模型更为复杂，尽管在一定程度上也能观察到类似的电选择性效应。但在改变淋洗液浓度的同时，淋洗液的pH值通常也会发生变化，导致多价阴离子（如磷酸盐）的去质子化平衡发生改变。这会影响待测物的有效电荷，从而以类似于温度变化对保留时间影响的方式，影响其保留行为。
在某些情况下，向淋洗液中添加少量有机改性剂（如甲醇、乙腈或丙酮）是有意义的：
- 如果之前曾出现细菌污染问题，向淋洗液中添加5%甲醇有助于抑制细菌的生长。
- 当样品中含有较多有机溶剂，且无法进行如萃取或基体消除（MiPCT-ME）等预处理时，建议在淋洗液中加入适量有机改性剂，以确保有机溶剂能被有效冲洗出色谱柱。
- 在使用离子色谱-质谱联用（IC-MS）时，也建议在淋洗液中添加有机改性剂，以优化电喷雾过程。
需要注意的是，添加有机改性剂同样会影响分离的选择性。对于标准阴离子来说，其影响类似于温度升高时的效果：极化阴离子如亚硝酸盐、溴化物和硝酸盐的峰形会得到改善。
有机酸的保留行为则与标准阴离子有显著不同，其反应会受到所用有机改性剂类型的强烈影响。关于有机改性剂对待测物保留时间影响的示例色谱图，可参见瑞士万通 Metrosep A Supp 10 色谱柱的使用手册。
请下载以下瑞士万通 Metrosep A Supp 10 色谱柱使用手册，查看示例色谱图，了解有机改性剂对待测物保留时间的影响。
参考资料
[1] Haddad, P. R.; Jackson, P. E. Ion Chromatography: Principles and Applications; Journal of chromatography library; Elsevier; Distributors for the U.S. and Canada, Elsevier Science Pub. Co: Amsterdam, Netherlands; New York: New York, NY, USA, 1990.
