離子色譜技術(shù)及其在水環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

龍梅芬

（貴州省松桃苗族自治縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，貴州 松桃554100）

1 引言

當(dāng)前，離子色譜分析方法已經(jīng)成為理論成熟、相關(guān)硬件先進(jìn)的技術(shù)，其無(wú)機(jī)陰離子、陽(yáng)離子分析，有機(jī)酸、有機(jī)堿等的分析技術(shù)也表現(xiàn)出了巨大的前景。離子色譜分析技術(shù)能很快地檢測(cè)水中的多種離子，對(duì)各種水質(zhì)有獨(dú)到的檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)。

2 離子色譜技術(shù)的硬件組成及分離方式

離子色譜技術(shù)系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成：色譜分離柱、檢測(cè)器、傳送裝置、數(shù)據(jù)處理裝置[1]。

色譜分離柱是很重要的部件，它是本系統(tǒng)的核心。由于檢測(cè)液體存在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿成分，分離柱一般不是金屬的。

檢測(cè)器一般采用抑制型檢測(cè)器，在分離柱之后安裝一個(gè)抑制柱，將極大地提高被測(cè)離子的檢測(cè)靈敏度。

傳送裝置主要負(fù)責(zé)將各液相流體運(yùn)送到分離柱、檢測(cè)器等儀器中及樣品的簡(jiǎn)單處理，主要包括液體貯罐、泵、定量環(huán)進(jìn)樣器等。

數(shù)據(jù)處理裝置主要為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

離子色譜的分離原理是離子交換，這是整個(gè)技術(shù)的理論核心。離子交換有三種分離方式：離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜（HPIEC）、離子對(duì)色譜（MPIC）。三種分離方式的樹膠的離子交換能力及容量各不相同。

3 離子色譜技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

離子色譜技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，可以用于大氣檢測(cè)、土壤質(zhì)量檢測(cè)、生物體污染檢測(cè)及水質(zhì)監(jiān)測(cè)等幾十種方向。

運(yùn)用離子色譜技術(shù)能分析各種環(huán)境下采集的水樣，包括水庫(kù)、江、河、湖、地下水、大氣降水、廢水、工廠污水等各類水樣，主要檢測(cè)水中無(wú)機(jī)陰、陽(yáng)離子、有機(jī)酸、有機(jī)堿、弱電離物質(zhì)、極性分子、復(fù)雜樣品中的常見(jiàn)陰陽(yáng)離子[2]。

3.1 化學(xué)性質(zhì)的分析

3.1.1 無(wú)機(jī)陰、陽(yáng)離子的分析

直到20世紀(jì)70年代，無(wú)機(jī)陰、陽(yáng)離子的化學(xué)分析方法還一直沿用從前的陳舊方法，不僅分析時(shí)間長(zhǎng)，且一次只能進(jìn)行單種離子的分析[3]。離子色譜技術(shù)的出現(xiàn)，大大地提高了離子分析的效率，將從前的25min只能分析一種離子的效率，提高到7min內(nèi)分析出36種離子[4]?？梢哉f(shuō)，離子色譜技術(shù)的出現(xiàn)是化學(xué)分析這一學(xué)科發(fā)展的里程碑。

3.1.2 有機(jī)酸、有機(jī)堿的分析

有機(jī)酸、有機(jī)堿的分析常常用到離子色譜技術(shù)[5]。含有空基和取代基的各種控酸和多基酸，如酒酸、乳酸、檸檬酸、丁二酸等不能通過(guò)反應(yīng)生成各種揮發(fā)組分，因此無(wú)法用氣相色譜法分析，但是離子色譜技術(shù)能很好地解決這個(gè)問(wèn)題，并能分析出各液相中的有機(jī)酸與有機(jī)堿組分[6]。

3.2 物理性質(zhì)的分析

前文詳細(xì)介紹了離子色譜技術(shù)對(duì)無(wú)機(jī)陰、陽(yáng)離子、有機(jī)酸、有機(jī)堿的分析及可行性。在物理性質(zhì)方面，離子色譜技術(shù)也有獨(dú)到的分析作用[7]。

通過(guò)安裝不同作用的檢測(cè)器，離子色譜技術(shù)可以對(duì)水體不同物理性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。

（1）安裝電導(dǎo)檢測(cè)器，測(cè)量溶液中離子的電導(dǎo)率，離子在雙鉑電極板之間遷移。應(yīng)該注意的是，為了避免溶液中組分的改變及雙電層現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須采用交流電。

式中：R為電阻（Ω）；Kc為電導(dǎo)池常數(shù)（1/cm）；k為電導(dǎo)（1/Ω）。

離子的電導(dǎo)與離子的濃度及電導(dǎo)率有關(guān)，換算公式如下：

式中：Λi為當(dāng)量電荷率，Zi為電荷，ci為濃度。

（2）安裝安培檢測(cè)器，通過(guò)反推，對(duì)氧化還原物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量氧化還原電位。

（3）安裝紫外/可見(jiàn)檢測(cè)器，變相測(cè)量紫外吸收度值。

4 離子色譜技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)

水環(huán)境檢測(cè)手段極其繁多，包括化學(xué)法（重量法、分光光度法）、電化學(xué)法、離子選擇電極法、離子色譜法、氣相色譜法等十余種方法，各種方法各有自己的優(yōu)點(diǎn)。相比其他水環(huán)境檢測(cè)手段，離子色譜技術(shù)能很好地對(duì)溶液進(jìn)行化學(xué)分析及物理分析。離子色譜技術(shù)具體優(yōu)點(diǎn)分析如下。

（1）離子色譜技術(shù)的操作較為簡(jiǎn)單且分析快速。對(duì)常見(jiàn)陰離子和陽(yáng)離子的平均分析時(shí)間不到5min，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，僅需將樣品準(zhǔn)備妥當(dāng)，放入儀器便能在記錄儀上快速得到分析結(jié)果。

（2）離子色譜技術(shù)具有很強(qiáng)的離子選擇性。對(duì)復(fù)雜樣品的分析過(guò)程中，離子色譜技術(shù)能快速準(zhǔn)確地分離出各種陰、陽(yáng)離子，且如果采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎp柱法），還能進(jìn)一步提高離子分離的速度。

（3）靈敏度高。離子色譜技術(shù)能分辨出水樣中含量極其微小的離子成分，最低可檢測(cè)到0.02mg/L。

（4）可同時(shí)分析多種離子化合物。與光度法、原子吸收法相比，離子色譜技術(shù)具有多倍分析效率。

（5）離子色譜技術(shù)的檢測(cè)設(shè)備均由塑料及玻璃制成，對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等高腐蝕液體有很好的免疫作用，極大地提高了儀器的使用壽命。

（6）對(duì)樣品要求低。僅需對(duì)樣品做簡(jiǎn)單處理，如稀釋、過(guò)濾即可。

5 離子色譜技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，離子色譜技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外化學(xué)分析領(lǐng)域常用的分析方法。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，離子色譜技術(shù)從分析簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)陰、陽(yáng)離子，到如今多成分、多樣品地同時(shí)分析，充分說(shuō)明了它的實(shí)用性。但離子色譜技術(shù)依舊存在許多不足之處，需要對(duì)其進(jìn)行完善，比如硅質(zhì)填料對(duì)pH值的不穩(wěn)定性及高聚物離子對(duì)有機(jī)溶劑的不匹配性。對(duì)于洗脫液的選擇，是本技術(shù)發(fā)展的主要方向，不同洗脫液有不同的作用，特別在分離那些結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相似的離子成分時(shí)，洗脫液的作用尤為明顯。

6 結(jié)語(yǔ)

離子色譜技術(shù)具有快速、高效、便捷、準(zhǔn)確等許多分析優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代化學(xué)分析方法中很有發(fā)展前景的分析方法。它在無(wú)機(jī)陰、陽(yáng)離子、有機(jī)酸、有機(jī)堿及復(fù)雜樣品的分析中都顯現(xiàn)出巨大的實(shí)用性，對(duì)7種常見(jiàn)陰離子及6種常見(jiàn)陽(yáng)離子的檢測(cè)快速準(zhǔn)確，在50多種溶于水中的有機(jī)酸中能識(shí)別出36種，通過(guò)添加洗脫液EDTA還能有效地分析堿金屬與堿土金屬元素。在水環(huán)境檢測(cè)中，能快速地識(shí)別水中所含物質(zhì)并定量各種離子的含量，為水質(zhì)分析提供準(zhǔn)確的資料。

[1]葉明立，施青紅，王一琦.離子色譜樣品預(yù)處理技術(shù)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2004（2）：49～53.

[2]蔣如東.淺談離子色譜在水質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用體會(huì)[J].江蘇水利，2011（9）：44～45.

[3]肖超廣.論離子色譜在水質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].醫(yī)藥前沿，2012，2（9）.

[4]劉耀華.離子色譜法測(cè)定水樣中的氯化物[J].化學(xué)分析計(jì)量，2008，17（5）：39～40.

[5]佟朝陽(yáng).離子色譜檢測(cè)在水質(zhì)中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2005，33（4）：104.

[6]黃明元，甘 露，賀東秀，等.離子色譜法測(cè)定純凈水中痕量亞硝酸根[J].中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2005，15（10）：1189～1190.

[7]孫博思，趙麗嬌，任 婷，等.水環(huán)境中重金屬檢測(cè)方法研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35（7）：157～162.