離子色譜在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用及探討

余娜，王碧

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系，四川遂寧629000）

離子色譜在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用及探討

余娜，王碧

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系，四川遂寧629000）

本文在簡述離子色譜的基礎(chǔ)上,主要對離子色譜在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用，使用過程中的局限及解決對策等進(jìn)行了探討.

離子色譜；環(huán)境監(jiān)測；應(yīng)用；問題及對策

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對環(huán)境質(zhì)量越來越重視。因此，人們對環(huán)境的監(jiān)測技術(shù)也在不斷進(jìn)步和完善.離子色譜是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一項重要的色譜技術(shù)，主要用于陰、陽離子的分析..它也可以用來分析某些蛋白質(zhì)，氨基酸和糖類.在環(huán)境監(jiān)測中，離子色譜主要用于分析低濃度離子和離子化合物，特別是隨著近年來相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定與完善，離子色譜法也得到了快速的利用和發(fā)展.

1 離子色譜的原理及特點

1.1 離子色譜的原理

離子色譜是1975年由H-sm a l l等人提出離子交換思維并很快被商品化，它是利用被測樣品的離子性進(jìn)行分離和檢測的色譜技術(shù)[1].離子色譜法是利用低交換容量的離子交換樹脂填充分離柱，通過離子交換對離子性樣品進(jìn)行分離，利用電離物質(zhì)在溶液中電離產(chǎn)生電導(dǎo)用電導(dǎo)檢測器或脈沖安培檢測器進(jìn)行連續(xù)檢測的一種色譜分離方法.離子色譜分離機(jī)理是離子交換，分離方式分別有離子交換色譜、離子排斥色譜和離子對色譜[2].它們分離柱填料的樹脂骨架都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但樹脂功能基和容量是不相同的.3種分離方式的分離機(jī)理也各不相同.3種交換方式對應(yīng)的分離機(jī)理分別是離子交換、離子排斥、吸附與離子對的形成.

1.2 離子色譜的特點

1.2.1 檢測快速方便

幾種常見陰離子的分析時間（F-、C l-、N、N、S、P等）和離子（K+、Na+、N、C a2+、M g2+等）均少于10min[3].近年來，隨著離子色譜技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)陽離子和陰離子的檢測技術(shù)得到了迅速發(fā)展和完善，目前主要應(yīng)用于：食品中有機(jī)酸和糖類的檢測、生物胺的檢測、氨基酸和蛋白質(zhì)的檢測.這些技術(shù)已逐漸成為刑事偵查學(xué)和法醫(yī)學(xué)、微生物發(fā)酵工業(yè)、食品衛(wèi)生的重要檢測手段[4].

1.2.2 靈敏度高、選擇性好

離子色譜發(fā)法主要分析低濃度的離子溶液（幾百m g/L至10～1μg/L）.離子色譜對某些離子的檢出限可以低至1μg/L.提高離子色譜對被測離子的選擇性可以通過選取適當(dāng)?shù)姆蛛x柱、檢測器、改變淋洗液濃度和檢測方法來實現(xiàn).與傳統(tǒng)高效液相色譜法相比，離子色譜的固定相對離子選擇性的影響更大.

1.2.3 分離柱的穩(wěn)定性好、容量高

高效液相色譜分離柱主要使用硅膠填料，而離子色譜填料具有高p H穩(wěn)定性，因此淋洗液可以是強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿溶液，這就擴(kuò)大了離子色譜的應(yīng)用范圍.

2 離子色譜在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 離子色譜法在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

離子色譜在水環(huán)境的主要監(jiān)測對象是無機(jī)陰陽離子.監(jiān)測樣品包括：飲用水、地表水、地下水、廢水、雨水、電廠循環(huán)水等[5-7].

離子色譜儀能夠在半個小時以內(nèi)一次性檢測出常規(guī)水環(huán)境檢測離子：氟離子、氯離子、亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等.首先根據(jù)估計的樣品濃度配置成濃度適當(dāng)?shù)囊幌盗谢旌蠘?biāo)準(zhǔn)溶液，由低到高濃度進(jìn)樣繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線法對水質(zhì)樣品進(jìn)行定性定量分析，該方法方便快速，準(zhǔn)確度高，結(jié)果可達(dá)到環(huán)境監(jiān)測實驗室質(zhì)量控制目標(biāo).在水質(zhì)監(jiān)測方面，離子色譜法大大提高了工作效率和數(shù)據(jù)精確度.以測定水質(zhì)中的硫酸鹽為例，經(jīng)典的方法為G B/T11899-1989水質(zhì)硫酸鹽的重量測定法，該法準(zhǔn)確度高，但操作復(fù)雜，至少需要5個小時.現(xiàn)在取而代之的H J669-2013離子色譜法簡單快速，檢出限低，準(zhǔn)確度高[8].離子色譜對水環(huán)境中陽離子的檢測主要為監(jiān)測大氣降水中的鉀、鈉、鈣、鎂離子，分離柱不同，進(jìn)樣及檢測過程與陰離子檢測無異[9].

在實際環(huán)境監(jiān)測工作中，常規(guī)監(jiān)測項目有每月例行地表水的陰離子檢測、每月降水中陰、陽離子的檢測、每月工廠廢水中特定陰離子的檢測[10]（如電子生產(chǎn)企業(yè)廢水中的氟離子），在檢測中，對于清潔水源，只需要按樣品號進(jìn)行進(jìn)樣，儀器可以在10多分鐘內(nèi)一次性檢測出多種陰離子或陽離子的含量，操作簡單，準(zhǔn)確率高.在對受污染源水樣進(jìn)行監(jiān)測時，必須對污染水樣進(jìn)行預(yù)處理，然后再進(jìn)樣，從而防止分離柱被破壞.預(yù)處理方法常見的有化學(xué)處理法、膜處理技術(shù)法、固相萃取法和燃燒法等，如果廢水成分相對簡單，檢測中常用的處理方法是0.25μm微孔濾膜過濾[11].

2.2 離子色譜法在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

大氣中有毒成分的常規(guī)檢測方法有原子光譜法和分光光度法等，現(xiàn)在基本都能用離子色譜法代替.離子色譜法操作簡捷、靈敏度高、精密度好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確.

在大氣環(huán)境的監(jiān)測中，離子色譜主要用于大氣氣溶膠和有害氣體的檢測.大氣氣溶膠是一種直徑小于10μm的液滴和固體顆粒.主要是H+、N、Na+、S、S、C l-等水溶性無機(jī)離子.通常用石英纖維過濾器或聚四氟乙烯薄膜過濾器捕集氣溶膠，然后用離子色譜法測定.魏海萍[12]等用超細(xì)玻璃纖維濾筒阻留收集硫酸霧樣品，然后用離子色譜進(jìn)行測定，檢測范圍為1--250m g/m3.關(guān)于有害氣體的檢測，離子色譜主要用于氮氧化物和二氧化硫的測定.牟世芬[13]等用簡便的攜帶式采樣技術(shù)和裝填浸漬三乙醇胺的分子篩的固定吸附劑采樣管采樣，用0.003mol/L NaH C O3和0.0024mol/L Na2C O3作為淋洗液，解脫N O2和S O2，再加入H2O2，把S氧化成S，最后利用離子色譜測定溶液中的N、N、S.其三種離子的加標(biāo)回收率均在90%以上.同樣他們還用活性炭管固定吸收管采樣的方法測定大氣中的甲醛含量[14]，方法測定下限為10μg/m3，其檢出下限大大低于傳統(tǒng)的分光光度法（500μg/m3）.

2.3 離子色譜在土壤與生物污染監(jiān)測中的應(yīng)用

離子色譜法可以對土壤環(huán)境中的多種陰陽離子進(jìn)行檢測[15].通過對樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚?，土壤提取液和生物體的消解液可以直接進(jìn)樣測定.在對土壤等固體樣品監(jiān)測時，前處理過程一般為超聲波浸提，使所需離子溶于浸提液中，再對浸提液進(jìn)行分析.土壤中包括:N、S、Na+、K+、N、C a2+、M g2+等，生物體中包括:F-、C l-、N、S等[16].離子色譜的最新應(yīng)用主要是解決傳統(tǒng)高效液相色譜和氣相色譜無法解決的難題.當(dāng)前離子色譜法已被應(yīng)用在了糖類氨基酸檢測、微生物和抗生素檢測以及蛋白質(zhì)和多肽等物質(zhì)的檢測[17-18].

3 離子色譜在環(huán)境監(jiān)測中的問題及對策

離子色譜憑借自身特有的優(yōu)勢，已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測分析中極其重要的分析手段，但在實際檢測過程中也會有一定的局限，分析中常遇到的問題和解決辦法有：

3.1 亞硝酸鹽氮不易準(zhǔn)確測定

在實際測定過程中，如果被測物質(zhì)亞硝酸鹽含量少，容易造成峰形拖尾，分離度不好.為了解決這一問題，可以采取大面積進(jìn)樣法或?qū)悠愤M(jìn)行富集后再進(jìn)樣檢測.

3.2 抑制器的狀態(tài)對測定結(jié)果影響較大

抑制器長時間不工作時，水分蒸發(fā)，會導(dǎo)致抑制器微膜脫水破裂，引起抑制器漏液，抑制效果下降致背景電導(dǎo)增加，最終造成基線不穩(wěn)，儀器無法識別離子峰，影響定量結(jié)果的準(zhǔn)確性.為了解決這一問題，往往要定期對抑制器進(jìn)行再生.

3.3 定性能力差

離子色譜能簡單快捷的對樣品進(jìn)行定量分析，但定性分析能力差[19]，為了解決這一問題，目前離子色譜的主要研究方向就是離子色譜與其它儀器的聯(lián)用，如離子色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用，離子色譜與原子吸收的聯(lián)用等.

3.4 基線漂移和保留時間偏差

如果長時間大量進(jìn)樣，可能造成基線漂移或各離子保留時間出現(xiàn)偏差，從而造成儀器系統(tǒng)軟件不能認(rèn)出離子峰，不能對相應(yīng)離子峰進(jìn)行積分或被當(dāng)成雜峰處理.為了解決這一問題，每次實驗時都要重新做標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)樣檢測前需要充分淋洗柱子至基線平穩(wěn)，另外，還要注意分離柱的維護(hù)和保養(yǎng)，定期用高濃度淋洗液淋洗柱子，提高柱效[20].

4 結(jié)語

綜上所述，在環(huán)境監(jiān)測中，離子色譜發(fā)揮著不容忽視的作用，近年來離子色譜技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，離子色譜的檢測范圍會進(jìn)一步擴(kuò)大，相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等也會逐步建立，從而取代繁瑣的傳統(tǒng)方法.在具體的監(jiān)測過程中，要注意對儀器進(jìn)行維護(hù)，最終從整體上提升我國環(huán)境監(jiān)測的工作效率，并為建設(shè)環(huán)境友好型社會提供準(zhǔn)確有力的數(shù)據(jù)支持.

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Applicat ionand Discussionof IonChromatographyin Environmental Monitor ing

YUNa,WANG Bi
(S ich ua n V oc a tion a l a n d T echnic a l C ol le g e,S u inin g S ich ua n629000)

B a se d on a br ie f int r o du ction o f ion ch r om a to gra ph y,the a ppl ic a tion o f ion ch r om a to gra ph y in en v i r onment a l monito r in g,the l imit a tions a n d co u nte r me a s ur es in the p r ocess o f u sin gw e r e d isc u sse d.

I on C h r om a to gra ph y;En v i r onment a l M onito r in g;A ppl ic a tion;Pr o b lems a n d C o u nte r me as ur es

X83

B

1672-2094（2017）03-0152-03

責(zé)任編輯：張隆輝

2017-03-08

余娜（1984-），女，四川遂寧人，四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師，碩士.研究方向：環(huán)境監(jiān)測.