離子色譜法在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用

沈柳君(云南省生態(tài)環(huán)境廳駐文山州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，云南 文山 663099)

1 離子色譜法概述

離子色譜法是一種新型高效液相色譜法，可廣泛應(yīng)用于水中有機(jī)離子和無機(jī)離子的檢測。離子交換色譜法與傳統(tǒng)離子交換色譜法的主要區(qū)別在于樹脂的高收斂性、低開關(guān)功率、采用活塞傳遞樣品和采用連續(xù)電導(dǎo)法測定樣品中離子物質(zhì)的含量，具有反向交換的性質(zhì)，利用這種材料作為附著手段，不僅可以有效地交換樣品，而且可以用適當(dāng)?shù)娜芤呵逑?，以便溶液中的離子可以與之離子交換，從而形成反向交換技術(shù)。在連續(xù)的吸附和解吸過程中，可以達(dá)到最佳的離子平衡，更準(zhǔn)確地確定樣品中的離子含量。

1.1 氣相色譜法

氣相色譜法是一種分離和測定多組分混合物的方法。氣相色譜法固定在固定相上，固定相包括氣阻相和氣液相。氣相色譜法是一種吸附劑。自20世紀(jì)60年代以來，氣相色譜已廣泛應(yīng)用于水、土壤、大氣等樣品的分析。氣相色譜法在揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物的分析中有很大的優(yōu)勢。我國共發(fā)現(xiàn)有毒污染物68種。

1.2 高效液相色譜法

高效液相色譜(HPLC)具有高壓、高速、高效、高靈敏度和高應(yīng)用性等特點(diǎn)。它能對80%以上的持久性有機(jī)污染物進(jìn)行定量和定性分析。高效液相色譜法(HPLC)已廣泛應(yīng)用于土壤和水樣中各種有機(jī)污染物的測定，如酚類、氯代有機(jī)農(nóng)藥、藻酸鹽、陰離子等[1]。

1.3 離子色譜法

離子色譜法是一種高效液相色譜法，其原理是利用陰離子交換柱分離陰離子樣品和陰離子。泵入柱后，用筒內(nèi)分離器置換陰陽離子，再加入少量樣品，即離子濃度大于漂洗液濃度時(shí)，隨著總離子濃度的增加，柱上出現(xiàn)脈動，形成正值；相反，會出現(xiàn)一個(gè)負(fù)面提示。取樣后，填充液中的離子轉(zhuǎn)移到柱中，樣品離子沿柱移動。不同的離子樣品以不同的速度移動，洗滌液在離子交換色譜中具有以下性質(zhì)。這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代離子色譜，有效地降低了離子色譜的背景。離子色譜可分為離子抑制和離子分離兩部分。離子色譜法是同時(shí)快速分析不同組分中痕量陰離子的唯一方法。離子交換色譜在環(huán)境、化學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著離子交換色譜技術(shù)的發(fā)展，特別是雨水發(fā)生器、城市供水、電子工業(yè)等領(lǐng)域的不斷推廣，離子交換色譜檢測將突出高效的優(yōu)點(diǎn)。離子交換色譜法和質(zhì)譜法工作良好。改進(jìn)了離子交換色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)。實(shí)現(xiàn)等離子體質(zhì)譜與離子交換色譜的結(jié)合，不僅深化了離子色譜的應(yīng)用，而且成為離子交換色譜發(fā)展的重要推動力。

2 環(huán)境監(jiān)測的必要性

環(huán)境監(jiān)測是人類對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視和測量，反映環(huán)境質(zhì)量的活動。隨著人類生活水平的提高，為了更好地了解環(huán)境污染狀況，為制定環(huán)境保護(hù)目標(biāo)創(chuàng)造依據(jù)，環(huán)境狀況也令人擔(dān)憂。霧污染、酸雨、土壤鹽漬化等環(huán)境問題，湖泊富營養(yǎng)化和工業(yè)生產(chǎn)中的土壤污染日益明顯；但是，污染物在沒有污染控制的情況下進(jìn)入自然環(huán)境，包括小污染物的突然長期積累，給人類生命帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)；持久性有機(jī)污染物的危害及污染物的多樣性，其功能復(fù)雜、隱蔽，環(huán)境監(jiān)測任務(wù)更為復(fù)雜、耗時(shí)。

3 缺乏傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測分析方法

3.1 設(shè)備更新緩慢

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備不斷更新以滿足生產(chǎn)需要，但由于加工投資不足，設(shè)備更新?lián)Q代緩慢，特別是有機(jī)物等化學(xué)品處理效率低下，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備管理方法已不能滿足環(huán)境管理的要求。

3.2 數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不能滿足實(shí)際需要的原因有很多：監(jiān)測中存在人為誤差引起的誤差，如化學(xué)分析和樣品監(jiān)測由于受到化學(xué)和物理因素的影響，不能達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)，為了獲取利潤，企業(yè)可以高估排放和污染數(shù)據(jù)，然后以最低的成本獲得更多的利潤。

3.3 監(jiān)測方法和更新技術(shù)。

新的環(huán)境問題層出不窮，可能在一些領(lǐng)域造成前所未有的環(huán)境壓力，包括化學(xué)品和環(huán)境污染。例如，持久性有機(jī)污染物和水體富營養(yǎng)化，需要先進(jìn)的設(shè)備、方法和技術(shù)來量化水質(zhì)和資源配置，需要傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，如綠色氣味檢測、感官方法等獨(dú)特的環(huán)境分析方法。監(jiān)測技術(shù)需要足夠的人力物力，這也是技術(shù)更新的主要原因。

4 離子色譜在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

離子色譜法主要用于各種離子的測定，能有效地檢測有機(jī)陰離子、堿金屬、堿土金屬、重金屬、稀土離子和有機(jī)酸。它不僅可用于常量和痕量分析，還可用于靈活性、選擇性和靈敏度的分析。它已成為環(huán)境分析不可缺少的工具，廣泛應(yīng)用于水、空氣和土壤環(huán)境監(jiān)測。

4.1 離子色譜法在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

在工業(yè)化進(jìn)程中，我國水污染日趨嚴(yán)重和復(fù)雜。準(zhǔn)確了解水質(zhì)是水污染的基本狀態(tài)，作為一種簡單的水質(zhì)控制方法，離子色譜法與傳統(tǒng)的檢測方法相比，特別適用于水溶液中低濃度陰離子的測定，以水中硫酸鹽的定義為例，傳統(tǒng)的重量定義具有明顯的優(yōu)越性。雖然這種檢測方法比較準(zhǔn)確，但為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須先去除水中的有機(jī)物，再進(jìn)行檢測。用離子色譜法，樣品處理非常簡單，即使土壤可能非常復(fù)雜，微量元素和超聲波成分也可以用離子色譜法測定，正常水通常需要20～30 min，很快檢測出氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽，為了保證檢測儀器和色譜柱在檢測過程中的安全，樣品必須經(jīng)過預(yù)處理，使其不含大直徑物質(zhì)[2]。

4.2 使用離子色譜法監(jiān)測大氣環(huán)境

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)造成的空氣污染日益嚴(yán)重。離子色譜法可用于測定和測量空氣、環(huán)境、氣溶膠、粉塵等空氣污染物。有必要用吸收液吸收、溶解大氣污染物，然后更換相應(yīng)的色譜柱，準(zhǔn)確分析大氣污染物的組成，為防治大氣污染提供積極的技術(shù)支持。

4.3 離子色譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

目前，土壤中陰離子(氯、硫酸鹽、溴化物、碘)和有機(jī)酸(草酸、黃油酸)的污染日趨嚴(yán)重。然后用與水相對應(yīng)的恒相分析法測定土壤中的離子含量。

5 常規(guī)預(yù)處理

5.1 水溶液樣品的預(yù)處理

5.1.1 膜處理

膜過濾是離子色譜法中最常見的水溶液預(yù)處理方法。這種方法只能除去不溶物顆粒中的雜質(zhì)。樣品通常采用0.45或0.22過濾微孔膜直接進(jìn)樣。如果樣品需要在線處理或在管道中使用此方法，則需要砂濾器。

由于膜處理的局限性，超濾、透析、電滲析等技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。透析是高濃度通過離子交換膜擴(kuò)散到低濃度的過程，在膜的基礎(chǔ)上通過選擇性選擇去除某些離子或?qū)⑵涮砑拥綕舛绕胶庵?；電滲析是一種特殊的透析過程，外加電場能提高透析活性。它能有效去除顆粒物和有機(jī)污染物，但也能去除重金屬離子。它是處理復(fù)雜基體樣品最有效的方法之一。

5.1.2 固相萃取

固相萃取(SPE)是我國離子色譜最常用的前處理方法。通過反相萃取、離子交換、螯合樹脂等方法可得到不同的溶液。固相微萃取也可用于傳統(tǒng)的固相萃取。SPME柱可以通過樣品濃度和底物吸收的反向過程多次使用，為SPME在離子色譜中的應(yīng)用提供了方便。

5.1.3 溶劑萃取

溶劑萃取是一種傳統(tǒng)的濃縮技術(shù)。雖然它有毒且昂貴，但在某些情況下使用它是有用的。

5.1.4 超臨界流體萃取

高臨界液相萃取(SFE)是近年來的研究熱點(diǎn)之一。SFE的密度接近于液體，擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間。樣品制備時(shí)間大大縮短。提取過程可以在幾分鐘內(nèi)完成。溶劑強(qiáng)度可通過改變壓力和溫度來控制，允許選擇性萃取。

5.2 固體樣品預(yù)處理程序

5.2.1 分解法

膜處理和固相萃取都只能用于溶液樣品的處理。對于固體樣品，必須將樣品轉(zhuǎn)化為溶液。因此，在大多數(shù)情況下，固體樣品分解，固體樣品中的非金屬元素轉(zhuǎn)化為酸(因?yàn)橛性S多分析方法)。固體樣品通常用于鑒定非金屬元素，然后用離子色譜法進(jìn)行評價(jià)。

最方便的樣品處理方法是氧氣瓶或氧彈的燃燒。 由于復(fù)雜樣品中金屬和非金屬元素的高氧化性，紫外線是最有效的方法之一。

5.2.2 洗滌方法

對于固體樣品，有時(shí)無需測定總非金屬含量、某些陰、陽離子在水中或在特定條件下的溶解情況，因此必須選擇適當(dāng)?shù)南礈旆椒ā?/p>

為了加快酸化、振動、超聲波等方法的速度，可以通過添加適量的酸、堿液、鹽或緩沖液來提高吸收效率。

為了測定固體樣品中的氟化物含量，可將被測樣品和硫酸放入蒸餾容器，待添加以供收集。注：樣品中的氟化物含量可通過三重蒸餾和分餾或通過測量和添加三種類型的餾分(稱為直接蒸餾法)獲得。

6 離子色譜護(hù)理

離子色譜儀精度高，運(yùn)行中必須定期維護(hù)。為了保證分離塔的平穩(wěn)運(yùn)行，防止河中形成氣泡，可每兩周用洗滌劑對塔進(jìn)行一次清洗，以檢查塔的性能。每個(gè)樣品在試驗(yàn)過程中都經(jīng)過清洗和處理，以避免損壞裝置，如果在試驗(yàn)過程中檢測到重疊的尖峰，則表明分離器已被污染，應(yīng)按照相關(guān)清潔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清潔。質(zhì)檢專家應(yīng)定期對設(shè)備的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

7 結(jié)語

目前，離子色譜作為一種標(biāo)準(zhǔn)的分析方法，具有高硬件、、高精密度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品、化工、電子等領(lǐng)域。