探討水環(huán)境監(jiān)測中離子色譜的運用

張玲利

杭州高新（濱江）水質(zhì)分析監(jiān)測站有限公司

1 前言

近些年來，隨著科學技術手段的進步，藥物分析、食品分析、環(huán)境分析等不同學科都得到了高速的發(fā)展。與此同時，由于具備獨特的分離機理，離子色譜在許多不同的專業(yè)領域內(nèi)也得到了很高的關注度。距離子色譜檢測方法被提出已有近50年的歷史，在時代的巨輪不斷地向前滾動的過程中，通過技術工作人員的持續(xù)優(yōu)化手段，離子色譜在如今已經(jīng)發(fā)展成為一種比較成熟的檢測方法，在各個領域有著非常廣泛地應用。并且伴隨著當代人對生態(tài)環(huán)境問題的逐漸重視，人們對離子色譜技術的需求會越來越多，離子色譜技術也將會迎來更廣闊的應用環(huán)境。

2 離子色譜技術的概述

2.1 現(xiàn)代離子色譜技術的原理

作為液相色譜技術中非常關鍵的一個組成部分，現(xiàn)代離子色譜技術又被稱為高效離子色譜技術，與傳統(tǒng)的離子交換色譜技術對環(huán)境的監(jiān)測方面有所不同。現(xiàn)代離子色譜技術，從狹義上來說是以低交換容量的離子交換樹脂為固定相對離子性物質(zhì)進行分離，用電導檢測器連續(xù)監(jiān)測流出物電導變化的一種液相色譜方法。

2.2 離子色譜技術的優(yōu)點

相對于以往的分析方法，離子色譜在陰陽離子的分析方面具有更大的優(yōu)勢。以陰陽離子的分析為例，在分析陽離子時，一般的化學分析法采用的是原子吸收法和光度法，一次只能分析一個元素，整個分析過程耗時比較多。在分析陰離子時，一般的化學分析法采用的是容量法、光度法和重量法，操作過程頗為繁瑣，需要用到的檢測藥品比較多，耗費的時間也比較長。而離子色譜技術在操作過程、檢測效率、分析時長等多方面都有了不可比擬的進步，有著以下幾個優(yōu)點：

第一，分析的速度更快，操作更加方便。對常見陽離子和陰離子的分析，離子色譜技術一般只要十分鐘就可以完成。如果有高效分離柱的加持，那么速度會更快，三分鐘左右就可以完成分析。第二，靈敏度超高，直接進樣可達ppb級別，使用濃縮柱則可達ppt級別。第三，可以一次分析多種離子化合物。在儀器合適的情況下，離子色譜技術只需要在很短的時間內(nèi)，就可以得到檢測樣品中陰、陽離子以及其他成分的全部信息。第四，更好的選擇性，離子色譜技術的固定相成熟多樣，檢測器具備選擇性，對分析的前處理要求不多，只需要過濾和稀釋就行。第五，檢測設備中分離柱的穩(wěn)定性好、容量更高，苯乙烯和二乙烯基苯聚合物是最常用的柱填料，它們的性能對分離柱的穩(wěn)定性有著非常大的幫助。這種樹脂的高pH 穩(wěn)定性允許用強酸或強堿作淋洗液，有利于擴大應用范圍。高的pH穩(wěn)定性和有機溶劑可匹配性以及高的柱容量，簡化了樣品前處理中的溶解、稀釋、和過濾等手續(xù)。

2.3 離子色譜的分類及分離方式

一般來說，離子色譜可以分為離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜（HPIEC）和離子對色譜（MPIC）這三種類型。離子交換色譜的工作原理是利用離子間的不同作用力，一般應用在有機和無機陽、陰離子的分離，是離子色譜中應用最廣泛、最常用的一種形式。離子排斥色譜主要是根據(jù)Donnon膜的排擠效應，電離組分受排斥不被保留，但弱酸會有一定保留的原理。一般應用在有機酸和機弱酸的分離，以及醛類、醇類、糖類和氨基酸的分離。離子對色譜，其對色譜的保留機理目前還處于理論假設階段，尚未完全弄清楚，但是關于分離機理存在3種不同的假說：離子對形成理論、離子相互作用理論和動態(tài)離子交換理論。

3 水環(huán)境監(jiān)測中離子色譜的運用

離子色譜技術檢測的主要是無機陰離子、陽離子和小分子竣酸這三類物質(zhì)，主要分離模型是離子交換和排斥，分析的樣品包括飲用水、江河湖泊水、雨水、地下水、電廠循環(huán)水、廢水等。離子色譜在分析水質(zhì)時，不僅可以快速分析水中常見的陰、陽離子，還可以準確定量地檢測出飲用水中氯酸根、次氯酸根、亞氯酸根等消毒產(chǎn)物。

3.1 分析無機陽離子、陰離子

不同于傳統(tǒng)的化學分析狀況，離子色譜分析法借助一次進樣和梯度淋洗的方式，可以在半小時的時間里完成對36中陰離子的分離，極大地縮短了分析時間，是飲用水水質(zhì)分析最有用、最高效的手段。

抑制型離子色譜通過使用二肢基丙酸和鹽酸作為淋洗劑，可以分析出多種陽離子，將陽離子交換固定相在苯乙烯聚合物表面與磺酸基陽離子交換乳膠進行聚合，堿金屬離子的親和力小于堿土，通過等濃度淋洗一次進樣，很難同時分離兩組離子。然而使用新型的分離柱能夠改變陽離子的交換位置或其選擇性以及密度，同樣采取等濃度淋洗一次進行的方法，在15min內(nèi)就可以將堿土離子和堿金屬離子分離。

3.2 分析有機酸、堿

離子色譜技術也常常應用到有機酸與有機堿的分析中。在傳統(tǒng)的化學分析方法中，取代基、帶控基的多元酸、控酸等經(jīng)過衍生反應后，難以生存可揮發(fā)組分，無法利用氣相色譜進行分析。而離子色譜技術解決了這一問題，新型的排斥柱離子填料，包含普通排斥柱的陽離子交換基團，起基代替OH基能和位于填料弱離子交換處的co基產(chǎn)生氫基，使琵基酸的分離選擇性增強。通過離子排斥的分離模式，可以測定出50種水中的可溶性有機酸，找出了定量分析36種有機酸的條件，在多樣品分析方面有非常顯著的成效。

3.3 復雜樣品的分析

離子色譜分析技術的不斷進步，使無機陽離子和陰離子、有機酸、離子物質(zhì)和費離子物質(zhì)的同時分離得到實現(xiàn)。

實際水質(zhì)的監(jiān)測工作中，經(jīng)常會出現(xiàn)水樣本同時含有無機陽離子、陰離子和其他有機物質(zhì)。以往的分析技術很難對其成分進行準確的分析和科學的測定。而離子色譜檢測方法則不同，它實現(xiàn)了對復雜水體樣品的監(jiān)測，通過分離水環(huán)境中的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)，檢測水中的導電成分，從而達到提高水環(huán)境檢查的準確度與精度的效果。通過單株離子色譜法，能夠?qū)λ畼颖局胁菟?、Cl-、Ca+的含量進行測定。此外，用EDTA溶液作為洗脫液，還可以和鈣離子發(fā)生化學反應生成陰離子配合物，進而實現(xiàn)對有機酸和陰陽離子的同時檢測。

通過上述內(nèi)容可以看出，離子色譜檢測方法對于復雜樣品的應用，可以在很大程度上減少因為無效操作浪費的時間，同時還能減少檢測成本。

4 離子色譜技術在水環(huán)境監(jiān)測中的注意事項

4.1 水樣的過濾處理

水質(zhì)監(jiān)測時，首先要對需要檢測的水樣進行抽濾，這樣可以避免水樣中的顆粒物在進入離子色譜后堵塞管路。

4.2 水樣的稀釋處理

在使用離子色譜技術進行檢測時，如果等待檢測的離子對樹脂的親和力相差比較大，就需要使用不同強度或濃度的淋洗液進行稀釋，使離子濃度符合檢測標準，否則檢測效果就會受到影響。

4.3 對檢測環(huán)境溫度的控制

通過研究發(fā)現(xiàn)，溫度對離子色譜檢測結(jié)果有著很大程度的影響，不穩(wěn)定的溫度可能導致檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差。因此，在進行離子色譜檢測的過程中，一定要保持檢測環(huán)境溫度的穩(wěn)定?；诖?，可以從以下三個方面保證溫度的穩(wěn)定性：首先，檢測環(huán)境內(nèi)空調(diào)、窗戶等溫度變化大的物體要與檢測儀器保持一定距離。其次，為了保證離子色譜中柱子的溫度穩(wěn)定，需要安裝配套的柱溫箱。最后在樣品進入檢測前，需要把樣品在自動進樣器中放置一段時間，等樣品的溫度與柱溫幾乎一致后再開始檢測。

5 離子色譜技術運用在水環(huán)境監(jiān)測中的未來發(fā)展方向

綜上所述，離子色譜技術對水環(huán)境的監(jiān)測和水污染的治理有著非常重要的作用。因此，為了更好地提高離子色譜技術的應用效果，需要從以下幾個方面著手：首先，要更加重視離子色譜檢測技術，為離子色譜技術創(chuàng)建更好的監(jiān)測環(huán)境，形成更完整的離子色譜檢測理論，逐漸減少檢測的成本使檢測能更大范圍地被運用。其次，在信息時代當然要重視信息技術手段的進步，檢測人員要對大數(shù)據(jù)技術與離子色譜檢測技術的結(jié)合施加更多關注，利用數(shù)據(jù)挖掘技術，提升離子色譜技術的監(jiān)測深度，綜合分析歷史數(shù)據(jù)信息，更加全面地檢測水環(huán)境中陰離子的來源，借助數(shù)據(jù)清洗技術，對測得的數(shù)據(jù)進行重復數(shù)據(jù)分析，最終實現(xiàn)離子色譜技術檢測的高準確度和高覆蓋面。

6 結(jié)語

從本文的分析可知，離子色譜技術具有操作便捷、檢測迅速、結(jié)果準確、選擇性好、分離柱穩(wěn)定性好、容量高、可以同時檢測分析多種離子化合物等特點。由于它檢測成本較低、檢測類別較多、經(jīng)濟適應性和環(huán)境適應性比較良好，離子色譜技術在水環(huán)境監(jiān)測領域有著非常廣泛的應用。因此，對于檢測技術人員來說，要更加關注離子色譜技術的發(fā)展，增強對離子色譜的倫倫知識學習，在實踐過程中根據(jù)現(xiàn)狀實行技術改造與升級，朝著優(yōu)化離子色譜檢測方法的方向努力。