在水、土壤、食品乃至我們的血液中,存在著一個(gè)肉眼不可見卻至關(guān)重要的離子世界:鈣、鎂、鈉、鉀維持著生命的電解質(zhì)平衡;氯離子、硫酸根、硝酸根是水質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo);微量的氟、溴、碘等鹵素離子,則與環(huán)境污染和人體健康息息相關(guān)。如何從復(fù)雜的樣本基質(zhì)中,快速、準(zhǔn)確、同時(shí)地測(cè)定這些成分各異的離子?
離子色譜儀(IC)扮演了微觀世界“審判官”的角色,它以很高的選擇性和靈敏度,對(duì)樣本中的離子進(jìn)行高效“分離”與公正“審判”,解碼出隱藏其中的化學(xué)信息。
離子色譜法的核心,是一場(chǎng)精密的離子交換“馬拉松”。樣品溶液被高壓泵送入一根填滿離子交換樹脂的色譜柱,不同離子因與樹脂的親和力(電荷、大小等)不同,在流動(dòng)相(淋洗液)的推動(dòng)下,跑出不同的“速度”,從而在時(shí)間上被逐一分離。分離之后是關(guān)鍵的“信號(hào)放大”環(huán)節(jié)——抑制電導(dǎo)檢測(cè)。淋洗液本身具有較高的電導(dǎo)率,會(huì)嚴(yán)重干擾對(duì)目標(biāo)離子的檢測(cè)。抑制器的作用,是通過巧妙的離子交換反應(yīng),將高電導(dǎo)的淋洗液鹽(如碳酸鈉)轉(zhuǎn)化為低電導(dǎo)的弱酸(碳酸),同時(shí)將樣品離子轉(zhuǎn)化為電導(dǎo)率更高的形式(如將氯化鈉中的氯離子轉(zhuǎn)化為鹽酸),從而極大地壓低背景噪音,放大目標(biāo)信號(hào),實(shí)現(xiàn)ppb(十億分之一)級(jí)的痕量檢測(cè)。
如今,這位“審判官”的“庭審”范圍正在急劇擴(kuò)大。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域,它是地表水、地下水中陰陽離子檢測(cè)的國標(biāo)方法依據(jù)。在食品安全領(lǐng)域,它能快速測(cè)定果蔬中的硝酸鹽、亞硝酸鹽,飲料中的有機(jī)酸,為多項(xiàng)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)提供支撐。在能源科技前沿,離子色譜法已成為分析鋰電池電解液中各類鋰鹽(如LiPF?、LiFSI)及其雜質(zhì)的重要工具,關(guān)乎著電池的性能與安全。更有甚者,通過與燃燒爐聯(lián)用,離子色譜能夠?qū)⑺芰?、土壤、石油中的硫、氯、氟等元素轉(zhuǎn)化為離子進(jìn)行檢測(cè),甚至用于篩查傳統(tǒng)質(zhì)譜方法難以測(cè)定的某些含氟有機(jī)污染物(PFAS),展現(xiàn)了強(qiáng)大的形態(tài)分析與拓展應(yīng)用能力。
從守護(hù)“舌尖上的安全”到助力“雙碳”目標(biāo)下的新能源研發(fā),離子色譜儀以其精準(zhǔn)、高效、綠色的特點(diǎn),在分析化學(xué)的舞臺(tái)上發(fā)揮著基石性作用。它不僅是實(shí)驗(yàn)室里的常規(guī)儀器,更是應(yīng)對(duì)新興挑戰(zhàn)的先鋒科技。隨著與質(zhì)譜(IC-MS)、電感耦合等離子體質(zhì)譜(IC-ICP-MS)等聯(lián)用技術(shù)的成熟,以及人工智能在數(shù)據(jù)分析中的深度介入,這位微觀世界的“審判官”必將擁有更敏銳的“洞察力”,在更廣泛的科學(xué)疆域內(nèi),繼續(xù)解碼自然界與工業(yè)品中深藏的離子密碼。
