離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

張衛(wèi)東

（周村區(qū)生態(tài)環(huán)境技術(shù)服務(wù)中心，山東 淄博 255300）

水資源是自然環(huán)境中廣泛存在的重要資源，與人類的日常生產(chǎn)生活有著密切的關(guān)系。現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)自然水環(huán)境造成了一定的負(fù)面影響，亟需通過更先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)水環(huán)境進(jìn)行檢測，為水資源保護(hù)提供更明晰的數(shù)據(jù)支撐[1-2]。例如可以采用離子色譜技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測，研究發(fā)現(xiàn)其監(jiān)測效果較好，且提升了水環(huán)境治理和保護(hù)的工作效率?；诖耍覈嚓P(guān)部門應(yīng)繼續(xù)強(qiáng)化對(duì)離子色譜技術(shù)的優(yōu)化研究，提升該技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用效果，促進(jìn)水環(huán)境保護(hù)和治理工作的順利開展。

1 離子色譜技術(shù)概述

1.1 離子色譜技術(shù)的概念

離子色譜技術(shù)是從液相色譜技術(shù)中延伸出的一種現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測新技術(shù)[3]。傳統(tǒng)的水環(huán)境檢測，一般都使用離子交換色譜法，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的系統(tǒng)優(yōu)化和監(jiān)控，但是在水環(huán)境的監(jiān)測工作效率以及樣本檢測精度方面，還存在一定的不足，需要通過使用高新精技術(shù)加以改進(jìn)[4-5]。離子色譜技術(shù)是將樹脂的高效關(guān)聯(lián)度與離子色譜相結(jié)合的液相色譜分離技術(shù)，特點(diǎn)是交換體積小，樣品體積小，用于監(jiān)測離子色譜更加高效，可以有效分析水環(huán)境中的離子組成，在離子色譜中可自由移動(dòng)，且含有離子和電荷的氣團(tuán)可對(duì)水環(huán)境中的離子進(jìn)行全面分離和分析，從而達(dá)到良好的水環(huán)境監(jiān)測效果[6]。

1.2 離子色譜技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)階段自然環(huán)境保護(hù)中應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，用于水環(huán)境監(jiān)測的離子色譜技術(shù)自出現(xiàn)至今，經(jīng)歷了多次改進(jìn)和創(chuàng)新，技術(shù)逐漸趨于成熟，在環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮了越來越重要的作用[7]。而在離子色譜技術(shù)的基礎(chǔ)上，加入更加精密的電子儀器設(shè)備，可構(gòu)建出電化學(xué)檢測器、感應(yīng)器、紫外吸收檢測器等多種檢測器。將檢測器同感應(yīng)器進(jìn)行聯(lián)動(dòng)工作，將擴(kuò)大離子分析的范圍，分離出小分子有機(jī)胺，這對(duì)離子色譜法檢測穩(wěn)定性和靈敏度的提升具有重要的實(shí)用價(jià)值，相容性也比較突出，有助于提升檢測效果[8]。在應(yīng)用離子色譜法監(jiān)測水環(huán)境時(shí)，可以直接將從自然環(huán)境中提取的水樣品放入監(jiān)測設(shè)備中，節(jié)省了衍生化處理的工作程序，縮短了樣品制備時(shí)間，提升了水環(huán)境檢測的效率[9]。在生命科學(xué)領(lǐng)域，離子色譜技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，未來水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)也將向離子色譜技術(shù)方向發(fā)展。

2 離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用存在的問題

水環(huán)境監(jiān)測的工作效率及結(jié)果，受多種外界因素的影響是比較大的。在監(jiān)測過程中離子色譜技術(shù)應(yīng)用流程不完善、設(shè)備參數(shù)管控不嚴(yán)格等問題，都會(huì)干擾正常的水環(huán)境監(jiān)測流程，監(jiān)測結(jié)果的精度也將大大降低。分析離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用時(shí)存在的問題，將有助于消除離子色譜技術(shù)應(yīng)用的盲區(qū)，提升該技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性和規(guī)范性。

2.1 輸液系統(tǒng)操作不當(dāng)

輸液系統(tǒng)屬于離子色譜儀中的一項(xiàng)重要組成部分。部分操作人員不熟悉離子色譜儀的操作方法，出現(xiàn)錯(cuò)誤操作的概率較高。在輸液系統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測過程中，如果離子色譜儀操作不規(guī)范，就會(huì)導(dǎo)致輸液系統(tǒng)內(nèi)涌進(jìn)大量氣泡，使輸液系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，檢測精度也就難以得到保障。從離子色譜儀監(jiān)測水環(huán)境的實(shí)踐看，監(jiān)測過程中設(shè)備發(fā)生較為頻繁的故障，是設(shè)備內(nèi)部壓力過高引起的。當(dāng)輸液系統(tǒng)內(nèi)部壓力未得到及時(shí)處理時(shí)，保護(hù)柱、色譜柱和檢測池就會(huì)出現(xiàn)污染、堵塞等問題。輸液系統(tǒng)壓力過大的主要原因?yàn)檩斠合到y(tǒng)混入了雜質(zhì)，使原有的單向閥出現(xiàn)堵塞。受此影響離子色譜儀的穩(wěn)定性將出現(xiàn)顯著下降。因此，技術(shù)人員要熟練操作離子色譜儀，嚴(yán)禁出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。在實(shí)際操作中還要注意應(yīng)按照相關(guān)要求，排出輸液系統(tǒng)的氣體。

2.2 基線存在漂移

離子色譜儀在水環(huán)境監(jiān)測中會(huì)發(fā)生基線漂移，影響離子色譜技術(shù)的實(shí)用性，妨礙水環(huán)境的日常管理。誘發(fā)離子色譜儀基線漂移的原因是多方面的，如溫度波動(dòng)、流動(dòng)相不均勻、電導(dǎo)池污染、色譜柱不平衡和試劑變質(zhì)等，使得基線難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，影響離子色譜技術(shù)的應(yīng)用成效。一旦離子色譜儀的環(huán)境溫度處于劇烈、快速的變化過程中時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)將難以持續(xù)下去。

2.3 分離與水環(huán)境監(jiān)測的要求不符

在多種因素的影響下，離子色譜儀極易出現(xiàn)分離度不高、分析重現(xiàn)性差等問題，如果沒有采取恰當(dāng)?shù)奶幚砼e措，將會(huì)影響離子色譜技術(shù)的實(shí)用性，難以為水環(huán)境監(jiān)測提供技術(shù)支撐。例如，在操作過程中，淋洗液濃度控制不當(dāng)，過高或者過低均會(huì)影響原始樣品的離析能力，導(dǎo)致離子色譜技術(shù)應(yīng)用的偏差。在水環(huán)境監(jiān)測的實(shí)際操作中，如果技術(shù)人員不注意按照要求操作，不能在試劑、去離子水的質(zhì)量控制方面給予足夠重視，使試樣中的氯離子含量上升，就會(huì)大幅增加離子分析結(jié)果的誤差。這些問題的存在，導(dǎo)致樣本分離與水環(huán)境監(jiān)測工作質(zhì)量要求嚴(yán)重不符，離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用效果不佳。對(duì)此需要水環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)注意強(qiáng)化對(duì)操作人員的技術(shù)指導(dǎo)與培訓(xùn)，堅(jiān)持以問題為導(dǎo)向，學(xué)會(huì)在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，掌握、創(chuàng)新技術(shù)問題的解決方法，推動(dòng)離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的科學(xué)化、高效化應(yīng)用。

3 離子色譜在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 監(jiān)測水環(huán)境的化學(xué)性質(zhì)

離子色譜法可用于監(jiān)測水環(huán)境的化學(xué)性質(zhì)，可以對(duì)各種水質(zhì)中的陰、陽離子，離子物質(zhì)及有機(jī)酸進(jìn)行檢測。有機(jī)酸中含有的替代品與空氣無法通過反應(yīng)進(jìn)行揮發(fā)，是傳統(tǒng)色譜法檢測效果不佳的主要原因。而離子色譜法在分析陰離子過程中，可利用梯度淋洗手段，對(duì)陰離子進(jìn)行高效分離，并能保證陰離子的最佳分析狀態(tài)。

3.2 分析水環(huán)境的物理性質(zhì)

離子色譜儀除了可以用于測定水環(huán)境中的化學(xué)成分外，在分析離子物理性質(zhì)方面也具有良好的應(yīng)用效果。對(duì)于不同的水環(huán)境樣本應(yīng)選用適合的檢測儀器，離子色譜技術(shù)能夠顯示不同的檢測結(jié)果，因此在提取水環(huán)境樣本后，選擇適當(dāng)?shù)臋z測儀器尤為重要。通過對(duì)被測物的物理特性進(jìn)行綜合分析，科學(xué)選擇檢測儀器，可以實(shí)現(xiàn)有效檢測所要達(dá)到的檢測效果，如利用電導(dǎo)檢測機(jī)制檢測離子電導(dǎo)率和離子在雙玻璃電極板間的轉(zhuǎn)移。

3.3 分析復(fù)雜樣品的效果

在水環(huán)境監(jiān)測中，水體成分復(fù)雜的樣本出現(xiàn)率是比較高的。因此，提高了水環(huán)境監(jiān)測的難度。在面對(duì)復(fù)雜樣本時(shí)可以對(duì)樣品進(jìn)行為期一周的負(fù)離子色譜分析，以明確分析樣品組分中的Ci和Ca2+成分。

4 離子色譜技術(shù)的設(shè)備維護(hù)

4.1 水樣檢測前處理工作

在進(jìn)行地表水樣品的離子色譜檢測時(shí)，可以提前使用親水性在0.45 pm下對(duì)地表水樣品進(jìn)行過濾，而提前稀釋處理樣品，是對(duì)樣品中離子濃度能夠滿足測量范圍的必要確認(rèn)步驟。針對(duì)特殊樣品的檢測，干擾因素也會(huì)有所增加。因此應(yīng)該對(duì)樣品開展預(yù)處理，利用Na型或H型的陽離子交換柱去除金屬離子產(chǎn)生的干擾因素，并選擇C18以及RP固相萃取柱除去含量比較高的有機(jī)物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)良好的水樣監(jiān)測預(yù)處理工作。

4.2 離子色譜儀的日常維護(hù)

4.2.1 定期更換自動(dòng)進(jìn)樣器和淋洗液

離子色譜儀中的自動(dòng)進(jìn)樣器和淋洗液需要每周進(jìn)行更換，這樣可以有效清除水中的菌體，避免整個(gè)系統(tǒng)被菌體污染。技術(shù)人員在日常操作離子色譜儀時(shí)，需要注意定期進(jìn)行設(shè)備排氣操作。排氣時(shí)先打開廢液閥，再點(diǎn)擊按鈕。排氣工作完成后要關(guān)閉廢液閥，但要注意操作力度，避免閥門關(guān)閉太緊影響下次設(shè)備的正常使用。

4.2.2 離子色譜儀應(yīng)用的環(huán)境溫度控制

離子色譜儀的實(shí)際使用效能，會(huì)受到周圍環(huán)境溫度的影響。周圍環(huán)境溫度過高、過低或變化幅度過快，都將導(dǎo)致檢測指標(biāo)出現(xiàn)不合理的變化，例如基線不穩(wěn)和重線性差等現(xiàn)象。對(duì)此，需要技術(shù)人員在監(jiān)測時(shí)注意控制離子色譜儀的室內(nèi)溫度。

4.2.3 離子色譜儀沖洗時(shí)的注意事項(xiàng)

在確定淋洗液的狀態(tài)正常后，應(yīng)對(duì)離子色譜系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，一般沖洗時(shí)間為l h。沖洗結(jié)束后拆卸柱子并用堵頭嚴(yán)密封閉色譜柱的兩端，最后將色譜柱放置于常溫環(huán)境下即可。

4.2.4 離子色譜儀的抑制器

離子色譜技術(shù)在應(yīng)用過程中很容易受到抑制器的影響，如果離子色譜儀的抑制器長期處于關(guān)閉的狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致微膜出現(xiàn)脫 水破裂問題，從而引發(fā)抑制器漏液現(xiàn)象的出現(xiàn)，對(duì)抑制器的使用效果造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。

5 結(jié)語

綜上所述，水環(huán)境監(jiān)測對(duì)于保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，提升居民生活質(zhì)量有著重要的應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)當(dāng)前水環(huán)境監(jiān)測工作中存在的不足，可以嘗試應(yīng)用離子色譜技術(shù)，并針對(duì)當(dāng)前離子色譜技術(shù)應(yīng)用中表現(xiàn)出的例如輸液系統(tǒng)操作不當(dāng)、基線存在漂移、分離與水環(huán)境監(jiān)測的要求不符等問題，應(yīng)采用針對(duì)性的方法進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)輸液系統(tǒng)中的氣泡問題，可以及時(shí)打開廢氣閥，通過放空壓力的方式，保證液體能夠及時(shí)排出，并在排放4 min左右之后關(guān)閉閥門。針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部壓力過大的問題，可以采用卸下單向閥門的方法，使用水浴超聲波清洗裝置清潔閥門，在確定解除堵塞問題之后，再重新進(jìn)行安裝。如果內(nèi)部壓力過高，可更換色譜柱過濾網(wǎng)，通過保證過濾網(wǎng)的順暢程度而減小壓力。如果系統(tǒng)內(nèi)部壓力過大問題依然無法得到徹底解決，可以分析系統(tǒng)的流速，反復(fù)使用淋洗液清洗檢測池，并根據(jù)堵塞的程度反復(fù)進(jìn)行沖洗操作，直至達(dá)標(biāo)為止，以保證系統(tǒng)內(nèi)的壓力數(shù)值能夠控制在合理范圍內(nèi)。為提升離子色譜技術(shù)的應(yīng)用水平，還應(yīng)定期做好監(jiān)測設(shè)備的檢修，定期更換自動(dòng)進(jìn)樣器和淋洗液，在監(jiān)測過程中還要注意確保室內(nèi)溫度保持恒定。如果離子色譜儀的抑制器長期處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，應(yīng)注意防止抑制器出現(xiàn)漏液，影響抑制作用的發(fā)揮。通過以上方式可提升離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用效果。