離子色譜法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

文_丁小嬌 深圳市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站大鵬分站

1 離子色譜法概述

1.1 主要原理

離子色譜是高效液相色譜的一種，因此又叫高效離子色譜或現(xiàn)代離子色譜，與傳統(tǒng)的離子交換色譜有著一定的差異，主要表現(xiàn)在樹(shù)脂具有很高的交聯(lián)度和較低的交換容量，進(jìn)樣體積比較小，用柱塞泵輸送淋洗液并對(duì)淋出液進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)性電導(dǎo)檢測(cè)。

一臺(tái)離子色譜儀由6個(gè)系統(tǒng)組成，分別是淋洗液輸送系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、抑制和衍生系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、儀器控制和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。以泵為淋洗液輸送動(dòng)力，通過(guò)離子交換分離，柱后連接抑制器來(lái)降低背景電導(dǎo)，提高靈敏度，電導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)，以保留時(shí)間定性，峰高或峰面積定量。

離子色譜根據(jù)其分離機(jī)理可分為離子交換色譜、離子排斥色譜和離子對(duì)色譜。其中，離子交換色譜被廣泛地應(yīng)用于地表水中無(wú)機(jī)陰離子和陽(yáng)離子含量的檢測(cè)分析，根據(jù)樣品中各待測(cè)離子與固定相帶電荷基團(tuán)之間的相互作用力不同，其在色譜柱中的保留時(shí)間不同，被淋洗液洗脫出來(lái)的時(shí)間不同，從而將樣品中的待測(cè)離子逐一分離。離子排斥色譜與離子交換色譜相比，應(yīng)用范圍較窄，主要應(yīng)用于分離測(cè)定弱離解的有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸及某些分子型樣品。

1.2 主要性能特征

環(huán)境監(jiān)測(cè)中采用離子色譜法可以對(duì)不同金屬離子中的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)，以及對(duì)有機(jī)性陽(yáng)離子、堿性重金屬、重金屬、有機(jī)酸化物、堿性稀土的輕金屬及稀土的陽(yáng)離子等進(jìn)行檢測(cè)。這樣既可以對(duì)常量與微量進(jìn)行分析，還可以與富集技術(shù)進(jìn)行結(jié)合分析痕量與超痕量，可見(jiàn)其已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測(cè)中的重要方法，同時(shí)，其檢測(cè)精度、靈活性及選擇性等相對(duì)較強(qiáng)，可以應(yīng)用到大氣質(zhì)量檢測(cè)、水資源保護(hù)監(jiān)測(cè)及土壤污染監(jiān)測(cè)等。其主要特征表現(xiàn)在：①應(yīng)用范圍相對(duì)較廣。現(xiàn)階段離子色譜法不僅被應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)方面同時(shí)也被應(yīng)用到食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域中。②實(shí)現(xiàn)離子與離子間的自由交換與配對(duì)。離子色譜技術(shù)是在高效液相色譜技術(shù)中發(fā)展而來(lái)的，所以其樹(shù)脂都具有一定電荷，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)離子與離子間的交換與配對(duì)，將無(wú)機(jī)離子分離。在實(shí)現(xiàn)離子間交換劑配對(duì)后可以進(jìn)行吸附與解吸平衡。

1.3 離子色譜儀

環(huán)境監(jiān)測(cè)中使用離子色譜法必須充分應(yīng)用離子色譜儀。離子色譜儀中主要包括淋洗液輸送模塊、色譜柱、自動(dòng)進(jìn)樣器模塊、電導(dǎo)檢測(cè)池、抑制器、處理模塊及數(shù)據(jù)記錄等，在進(jìn)行樣品分析工作時(shí)可以采用自動(dòng)進(jìn)樣器，利用其來(lái)采集水樣并通過(guò)輸入泵逐漸的將水輸送到保護(hù)柱的色譜柱中，不同目標(biāo)組可以被色譜柱分離然后均勻的被輸送到抑制器中來(lái)降低背景導(dǎo)電現(xiàn)象，最后再輸入到電導(dǎo)池中進(jìn)行檢測(cè)，被數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄后形成可行性報(bào)告。

2 離子色譜法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

水環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中采用離子色譜法，可以同時(shí)分析水中的陰陽(yáng)離子提升工作效率，同時(shí)提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。通常采用重量檢測(cè)法與鉻酸鋇光度法檢測(cè)水環(huán)境中硫酸鹽含量，但這兩種方法整體過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，所需時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在采用離子色譜法進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)后，即使水環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，也只需要對(duì)樣品進(jìn)行過(guò)濾、稀釋等簡(jiǎn)單處理后就可以在同一時(shí)間對(duì)不同種類(lèi)的陽(yáng)離子與陰離子進(jìn)行檢測(cè)，有效避免了二次污染。同時(shí)可以檢查出痕量與超痕量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)及生活污水等水樣的檢測(cè)與分析。

2.2 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

人們的日常生活與大氣環(huán)境質(zhì)量有著直接的關(guān)系，大氣環(huán)境質(zhì)量可以影響人們的身體健康，可見(jiàn)對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的重要性。氯化氫是大氣環(huán)境污染中比較常見(jiàn)的物質(zhì)，假如生活的環(huán)境中有垃圾處理站點(diǎn)，當(dāng)進(jìn)行垃圾處理時(shí)塑料焚燒就會(huì)產(chǎn)生較多的氯化氫，當(dāng)氯化氫含量超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后就會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)境的污染，同時(shí)氯化氫的味道非常刺激，會(huì)給人們的呼吸道及粘膜帶來(lái)?yè)p傷，嚴(yán)重的話(huà)會(huì)導(dǎo)致人體中毒，所以在進(jìn)行大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注氯化氫監(jiān)測(cè)。如果采用傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)法準(zhǔn)確的檢測(cè)出氯化氫的具體含量，但在應(yīng)用離子色譜法后卻可以提升氯化氫檢測(cè)準(zhǔn)確性，從而保證大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量，得到具體的氯化氫含量。我國(guó)在2016年就制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)離子色譜法使用過(guò)程中所采用的儀器、材料、計(jì)算方式、表示方法、儀器精準(zhǔn)度及計(jì)算準(zhǔn)確性等進(jìn)行了明確規(guī)定，更加提升了離子色譜法監(jiān)測(cè)大氣中氯化氫實(shí)際含量的準(zhǔn)確性。

2.3 土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

以土壤中的陰離子為例，如果要用離子色譜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，首先監(jiān)測(cè)土壤隨淋洗液（NaHCO3和NaCO3）進(jìn)入分離柱的變化情況，土壤中的陰離子與分離柱的交換樹(shù)脂（R-HCO3）通過(guò)離子交換，完成分離。隨后，分離后的陰離子進(jìn)入抑制柱（R-H），發(fā)生如下反應(yīng)：

式中，X為試樣土壤中的F-、Cl-等陰離子。相應(yīng)的陰離子與對(duì)應(yīng)的鹽NaX生成相應(yīng)的酸性物質(zhì)，由于其具有較高的電導(dǎo)率，可用電導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)分離物電導(dǎo)變化，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的峰值。最后，根據(jù)峰高，通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線(xiàn)進(jìn)行定量。

3 離子色譜儀器應(yīng)用過(guò)程中的問(wèn)題

3.1 監(jiān)測(cè)水中亞硝酸鹽中氮含量的問(wèn)題

水中的亞硝酸鹽氮主要來(lái)源于水中的含氮有機(jī)物的初始污染，經(jīng)微生物作用后分解而來(lái)。亞硝酸鹽氮是含氮化合物分解的中間產(chǎn)物，會(huì)受到溫度、pH值等影響，在一定的條件下可氧化成硝酸鹽，也可被還原成氨，給監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)一定難度，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，監(jiān)測(cè)水中亞硝酸鹽中氮含量需在取樣后盡快監(jiān)測(cè)，同時(shí)選擇合適的峰高，保證峰高定量選擇的合理性。

3.2 測(cè)量水環(huán)境中氟離子含量

檢測(cè)氟離子含量是水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的重點(diǎn)，但氟離子易受乙酸、甲酸或水電導(dǎo)的影響，導(dǎo)致氟離子含量檢測(cè)出現(xiàn)偏差。因此在環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)嚴(yán)格控制水中離子與電導(dǎo)，首先可以利用純度相對(duì)較高的去離子水作為流動(dòng)相；其次在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將電導(dǎo)放到最低，從而保證水環(huán)境中電導(dǎo)的統(tǒng)一性，保證電導(dǎo)中的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)與待檢測(cè)樣本的一致性。最后應(yīng)保證標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)繪制的準(zhǔn)確性及氟離子鋒面積積分的準(zhǔn)確性，避免峰面積給曲線(xiàn)所帶來(lái)的影響，提升水中氟離子檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

3.3 抑制器使用狀態(tài)給監(jiān)測(cè)結(jié)果帶來(lái)的影響

在使用離子色譜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)會(huì)因抑制器使用狀態(tài)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。若抑制器長(zhǎng)時(shí)間不使用其中的水分會(huì)揮發(fā)導(dǎo)致微膜水分減少出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，此時(shí)抑制器就會(huì)出現(xiàn)漏液、抑制能力降低或電導(dǎo)上升等情況，影響抑制器使用效果。此外，在實(shí)際使用過(guò)程中抑制器中也會(huì)因有機(jī)大分子、重金屬離子等受到污染，快速降低抑制器容量，影響峰面積與峰高。

3.4 分離度下降后會(huì)影響到保留時(shí)間

在環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用中，離子色譜色譜柱的分離性能會(huì)隨著時(shí)間和樣品分析量的增加而逐漸降低，影響待測(cè)組分定量的準(zhǔn)確性。針對(duì)這種現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)色譜柱的日常維護(hù)，加大對(duì)樣品的處理力度，并定期用高濃度的淋洗液來(lái)沖洗色譜柱，進(jìn)而有效提高色譜柱的有效性和監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

4 充分做好日常保養(yǎng)及維護(hù)工作

環(huán)境監(jiān)測(cè)中使用的離子色譜儀屬于大型精密儀器，因此在使用時(shí)應(yīng)充分做好日常養(yǎng)護(hù)與維護(hù)工作，從而保證精準(zhǔn)性，延長(zhǎng)其使用年限。在進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)與維護(hù)工作時(shí)可以使用沖洗液沖洗離子色譜儀柱，有效避免導(dǎo)管堵塞及監(jiān)測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生大氣泡，保證儀器的清潔度。但在進(jìn)行清洗的過(guò)程中應(yīng)采用分離清洗的方式，按照流程進(jìn)行，滿(mǎn)足相關(guān)指標(biāo)要求，根據(jù)品牌、型號(hào)、規(guī)格等選擇具體的方法，從而保證日常養(yǎng)護(hù)與維護(hù)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段離子色譜法已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測(cè)中的主要技術(shù)之一，可為環(huán)境監(jiān)測(cè)中的各項(xiàng)工作提供更大的發(fā)展空間，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作有著指導(dǎo)性作用。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作要求不斷提升的過(guò)程中離子色譜法也不斷被優(yōu)化，所得到的監(jiān)測(cè)結(jié)果也更加準(zhǔn)確，在未來(lái)離子色譜法將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。