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與HPLC一樣，分離柱是離子色譜儀重要的組成部分。離子色譜的分離機理主要是離子交換，基于離子交換樹脂上可離解的離子與流動相中具有相同電荷的溶質離子之間進行的可逆交換，不同的離子因與交換劑的親和力不同而被分離，與HPLC不同的是，離子色譜選擇性的改變主要是通過采用不同的固定相來實現的。
1 陰離子交換分離柱
陰離子交換分離柱使用的填料主要是表面附聚薄殼型陰離子交換樹脂。樹脂的內核是苯乙烯一二乙烯苯的共聚物(PS-DVB)，核外是一層磺化層，外層是粒度均勻的單層季銨化乳膠顆粒，以離子鍵結合在磺化層上。由于樹脂的表面*被乳膠顆粒覆蓋，所以乳膠的性質決定了固定相的選擇性。由于薄膜層快速的運動和大的滲透能力，薄殼材料比一般微孔離子交換物有更高的交換效能。這種類型的固定相的性能主要由三個因素決定：PS-DVB樹脂的交聯度、乳膠顆粒的材料、季錢功能基的類型和結構。
早期的薄殼材料的核心顆粒采用15~40μ范圍的球型PS-DVB樹脂。這種微粒的交聯度一般為2%~5%，有足夠的物理穩定性。然而5%交聯度PS-DVB微粒沒有足夠的硬度允許使用有機溶劑，它們只能用水溶液作為流動相。使用乙烯基苯乙烯(EVB)、交聯度為55%的二乙烯苯的固定相是離子色譜發展的一大進步，因為有機溶劑如：甲醇、乙醇、丙三醇、乙睛，可以高濃度地加入到流動相中以改變分離的選擇性。
離子交換乳膠一般采用直徑為10~500nm的微粒，以200nm為通用。陰離子交換柱所用的乳膠主要通過與苯乙烯基氯(VBC)或甲基丙烯酸醋縮水甘油脂(GMA)的聚合物制備。甲基丙烯酸酶材料的性能優異，表現為：
(1)對陰離子如腆離子和硫氨根離子選擇性非常好。
(2)可以增大F-與水峰的分離。
(3)可以用來分離鹵氧化合物陰離子，如溴酸根離子、亞氯酸根離子和氯酸根離子。在Dionex公司近研制的IonPac AS9-HC柱上，鹵氧化合物和一般無機陰離子被成功分離，其固定相是由55%交聯度超孔EVB-DVB顆粒涂潰15%交聯度縮水甘油乙氧基甲基丙烯酸醋的聚合物。
季銨功能基的結構也是影響選擇性的重要因素。從理論上講，季銨功能基的結構有數百種可能，對于這方面已進行了許多研究。一般情況下，當功能基的大小增加時，親水性多價陰離子的保留時間減少。親水性一價限離子受功能團大小的影響較小，而且當功能團大小增加時，保留時間略有增加。易極化陰離子受功能基水合作用的影響較大，當功能基變得更疏水時，它們的保留時間減少。燒基醇委錢功能基樹脂對OH-的親和力顯著增強，被稱為OH-選擇性樹脂，適合于用氫氧化物作為淋洗液。例如：Dionex公司的IonPac AS11，該柱以Na-ON溶液為淋洗液進行梯度淋洗，可以一次分離34種無機和有機酸陰離子表現出非常好的性能。
2 陽離子交換分離柱
廣泛應用的陽離子交換分離柱使用的是薄殼型樹脂，樹脂核是惰性PS-DVB共聚物，核的表面以共價鍵結合陽離子交換功能基。以前，陽離交換功能基大多采用磺酸基，一價陽離子和二價陽離子在磺化陽離子交換劑上的保留行為差異太大，使得這兩類離子的同時分析變得非常困難，只能分別進行。一價陽離子的洗脫采用無機強酸溶液，二價陽離子則采用擰橡酸與己二胺的混合溶液。研究表明，改變陽離子交換或離子交換功能基的密度可改變其選擇性，從而達到一價陽離子和二價陽離子同時分離的目的。美國Dionex公司的IonPac CS12A陽離子交換分離柱使用接枝型羧酸和磷酸功能基的固定相；IonPac CS11陽離子交換分離柱仍采用磺酸基固定相，但改變了交換基的密度。這兩種分離柱都可以使用等濃度淋洗，一次進樣，同時分離堿金屬和堿土金屬離子。近，kazutoku Ohta等人以硅膠作固定相，利用硅膠本身的離子交換功能，采用添加了冠酷的淋洗液，成功地同時分離了一價和二價陽離子。
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