朱志遠(yuǎn) 李明勝 伍夢(mèng)詩(shī)

摘 要：文章首先對(duì)離子色譜技術(shù)的原理進(jìn)行了介紹，其次綜述了離子色譜技術(shù)在水質(zhì)分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀，重點(diǎn)講述了對(duì)水中無(wú)機(jī)陰離子和無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的分析，最后根據(jù)離子色譜的特點(diǎn)對(duì)其在常規(guī)水質(zhì)分析中可能遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞：離子色譜；水質(zhì)分析；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）22-0155-02

Abstract： In this paper， the principle of ion chromatography is introduced firstly， then the application status of ion chromatography in water quality analysis is summarized， and the analysis of inorganic anions and inorganic cations in water is emphasized. Finally， according to the characteristics of ion chromatography， some problems that may be encountered in conventional water quality analysis are briefly analyzed.

Keywords： ion chromatography； water quality analysis； application

1 概述

隨著水資源污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，水質(zhì)分析的日益頻繁，水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的不斷增加、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的日益增多，傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法由于其操作繁瑣、試劑消耗量大，技術(shù)要求高等缺點(diǎn)已不能滿足我們監(jiān)測(cè)任務(wù)的要求。因此，自動(dòng)化的儀器分析方法將發(fā)展為未來(lái)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的主要分析手段。目前，在我們常用的分析儀器中，離子色譜由于其效率高、靈敏度高、環(huán)境友好、易于操作、自動(dòng)化程度高、能同時(shí)測(cè)定水樣中多種陰離子或者陽(yáng)離子等優(yōu)勢(shì)而倍受青睞。本文就離子色譜技術(shù)的原理、在水質(zhì)分析中的應(yīng)用及其遇到的一些問(wèn)題對(duì)離子色譜技術(shù)在水質(zhì)分析的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

2 離子色譜技術(shù)原理

離子色譜是高效液相色譜的一種，根據(jù)其分離機(jī)理可以分為離子交換色譜、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。離子交換色譜是利用離子交換原理和液相色譜技術(shù)的結(jié)合來(lái)測(cè)定溶液中陽(yáng)離子和陰離子的一種分離分析方法，它主要由進(jìn)樣器、色譜柱、高壓輸液泵、 檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部件構(gòu)成。

離子交換色譜是利用不同待測(cè)離子對(duì)固定相親和力的差別來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的，其固定相采用離子交換樹(shù)脂，樹(shù)脂上分布有固定的帶電荷基團(tuán)和游離的平衡離子。在陰離子交換色譜中，當(dāng)帶有陰離子的流動(dòng)相流過(guò)色譜柱時(shí)，與色譜柱固定相中可游離陰離子進(jìn)行可逆交換。在陽(yáng)離子交換色譜中，流動(dòng)相中的陽(yáng)離子與色譜柱固定相中可游離陽(yáng)離子進(jìn)行可逆交換。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)離子依次分離。分析時(shí)在分離柱后串聯(lián)一根抑制柱，用來(lái)抑制流動(dòng)相中的電解質(zhì)的背景電導(dǎo)率。在強(qiáng)陽(yáng)離子交換色譜中，分離柱填充樹(shù)脂的離子交換功能基為-SO3H，常用的陽(yáng)離子淋洗液為pH一定的酸溶液如HNO3；在強(qiáng)陰離子交換色譜中，其離子交換功能基為季胺基-N+R3，常用的陰離子淋洗液為Na2CO3和NaHCO3組成的緩沖溶液。樣品中陰離子、陽(yáng)離子與樹(shù)脂間的離子交換平衡過(guò)程分別為：

陽(yáng)離子：M++R-SO3-H+？圳R-SO3-M++H+

陰離子：A-+R-NR3+HCO3-？圳R-NR3+A-+HCO3-

上式中H+和HCO3-分別為陽(yáng)離子、陰離子分析時(shí)的淋洗離子；M+-和A-分別為樣品中的陽(yáng)離子、陰離子。

3 離子色譜在地表水水質(zhì)分析中的應(yīng)用

在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，水中F-、Cl-、NO3-、SO42-、BrO3-等陰離子和K+、Na+、Mg2+、Ca2+等陽(yáng)離子含量的檢測(cè)是我們水質(zhì)分析的重要指標(biāo)。這些無(wú)機(jī)陰離子和陽(yáng)離子有多種檢測(cè)方法，常見(jiàn)的有重量法、滴定法、分光光度法、電極法等，且不同的離子有不同的檢測(cè)方法。如果以常規(guī)方法分別進(jìn)行分析，其工作量較大、操作繁瑣、對(duì)人體自身和周圍環(huán)境有一定的危害，不能及時(shí)、有效的得到分析報(bào)告。通過(guò)離子色譜技術(shù)則可以同時(shí)分析多種陰離子或多種陽(yáng)離子，有效的縮短了測(cè)試時(shí)間，并且具有穩(wěn)定性好，靈敏度高，環(huán)境友好等特點(diǎn)。

3.1 水中無(wú)機(jī)陰離子分析

目前，運(yùn)用離子色譜檢測(cè)水中無(wú)機(jī)陰離子含量的技術(shù)已十分成熟。紀(jì)峰等[1]利用離子色譜法對(duì)水中的F-、Cl-、NO3-、SO42-進(jìn)行分析，并與常規(guī)理化檢測(cè)方法從檢出時(shí)間、檢出限、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)等方面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明運(yùn)用離子色譜所需的檢測(cè)時(shí)間遠(yuǎn)少于常規(guī)理化檢測(cè)方法，其檢出限也遠(yuǎn)低于常規(guī)理化檢測(cè)方法的檢出限，其中SO42-的檢出限更是比常規(guī)方法低50倍。從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保方面考慮，離子色譜法避免了苯酚、濃氨水、丙酮等多種有害物質(zhì)的使用和水浴鍋的長(zhǎng)時(shí)間加熱，只需極少量鹽作為淋洗液，工作條件清潔，操作費(fèi)用低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，符合環(huán)保要求。韓照祥[2]等通過(guò)測(cè)定不同濃度無(wú)機(jī)陰離子（F-、Cl-、NO3-、SO42-、Br-、NO2-、HPO42-）的色譜峰和保留時(shí)間，探討了最佳淋洗液濃度、流量等實(shí)驗(yàn)條件。研究發(fā)現(xiàn)離子色譜的測(cè)量條件（淋洗液濃度、泵流率）等因素對(duì)離子色譜各參數(shù)（保留時(shí)間、峰高和峰面積）有較大影響；NaHCO3-Na2CO3淋洗液配比濃度增大時(shí)，各離子的保留時(shí)間、峰高、峰面積和淋洗周期呈遞減規(guī)律；當(dāng)泵流量增大時(shí)，各離子的保留時(shí)間、峰高、峰面積呈遞減規(guī)律。此外，作者研究了不同無(wú)機(jī)陰離子同時(shí)測(cè)試時(shí)，其相互之間的影響。結(jié)果表明各無(wú)機(jī)陰離子之間的比例變化時(shí)，其單個(gè)陰離子的保留時(shí)間也會(huì)受到一定程度的影響。

3.2 水中無(wú)機(jī)陽(yáng)離子分析

離子色譜分析水中陽(yáng)離子時(shí)，不但可以同時(shí)對(duì)多種陽(yáng)離子進(jìn)行分析，而且可以檢測(cè)元素的不同氧化態(tài)。因此，離子色譜技術(shù)也廣泛應(yīng)用于水中金屬陽(yáng)離子的分析。朱靜等[3]通過(guò)優(yōu)化離子色譜分析條件，建立了化學(xué)抑制電導(dǎo)-離子色譜測(cè)定水樣中Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+的方法，并應(yīng)用于實(shí)際樣品的檢測(cè)。該研究采用CSl6陽(yáng)離子交換柱，檢出限（LOD）為0.011～0.027mg/L，加標(biāo)回收率為91.00%～105.49%。與傳統(tǒng)的分光光度法、滴定法相比，該方法操作簡(jiǎn)單、耗用試劑少、靈敏度高、不易受干擾，可以有效的監(jiān)控飲用水中更低含量的Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+，適用于大批水樣的快速測(cè)定。張顯安等[4]采用單柱非抑制型離子色譜法，以酒石酸+吡啶二羧酸為淋洗液，同時(shí)測(cè)定礦泉水中 Li+、Sr2+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+，且分離效果較好，比ICP-MS檢測(cè)成本低，應(yīng)用范圍廣。

4 離子色譜在水質(zhì)分析中常見(jiàn)問(wèn)題及注意事項(xiàng)

離子色譜是一種靈敏度高、精密度高的分析技術(shù)，在平時(shí)水質(zhì)分析的過(guò)程中或多或少會(huì)遇到一些問(wèn)題，在此以萬(wàn)通833型離子色譜儀為例對(duì)離子色譜使用的注意事項(xiàng)和常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

4.1 離子色譜使用的注意事項(xiàng)

4.1.1 樣品的預(yù)處理

水樣在進(jìn)入離子色譜儀之前都必須進(jìn)行預(yù)處理。以地表水中陰離子的測(cè)試為例，水樣在進(jìn)行測(cè)試前需通過(guò)含有相關(guān)物質(zhì)的濾頭進(jìn)行過(guò)濾，除去水中的顆粒物和Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子，防止引起管道堵塞。

4.1.2 樣品的稀釋處理

對(duì)組成復(fù)雜的樣品，若待測(cè)離子與樹(shù)脂中帶電荷基團(tuán)相互作用力相差較大，要重復(fù)多次進(jìn)樣，并改變淋洗液的濃度、流速。對(duì)陰離子分析推薦的最大進(jìn)樣量一般為柱容量的30%。濃度過(guò)高的樣品需稀釋，避免色譜峰過(guò)寬和拖尾。

4.2 離子色譜使用的常見(jiàn)問(wèn)題及處理方式

4.2.1 系統(tǒng)壓力過(guò)高

壓力過(guò)高一般是由于儀器內(nèi)部發(fā)生堵塞引起的。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓力過(guò)高時(shí)，對(duì)儀器的在線過(guò)濾器、進(jìn)樣閥、分離柱、保護(hù)柱、電導(dǎo)檢測(cè)器等部件一一進(jìn)行檢測(cè)排除，然后對(duì)相應(yīng)的部件進(jìn)行清洗或者更換。此外，在儀器啟動(dòng)達(dá)到平衡的過(guò)程中，環(huán)境溫度過(guò)低也會(huì)引起壓力過(guò)高，此時(shí)提高環(huán)境溫度即可。

4.2.2 輸液系統(tǒng)混入氣泡

在更換淋洗液或者再生液時(shí)，或者操作不當(dāng)（進(jìn)液管未放入溶液中就啟動(dòng)儀器）導(dǎo)致系統(tǒng)中混入氣泡時(shí)，少量的氣泡會(huì)造成基線不穩(wěn)，大量的氣泡導(dǎo)致儀器不能正常使用。此時(shí)，可以打開(kāi)廢液閥，將氣泡從管道中排出，后擰緊廢液閥即可。

4.2.3 色譜圖中無(wú)色譜峰出現(xiàn)

離子色譜在測(cè)試的過(guò)程中有時(shí)會(huì)突然出現(xiàn)無(wú)色譜峰的現(xiàn)象，這可能是檢測(cè)器沒(méi)有連接好，進(jìn)樣器堵塞或者進(jìn)樣器后面的蠕動(dòng)泵過(guò)松等原因引起的?？梢酝ㄟ^(guò)查看樣品量的變化、卡緊蠕動(dòng)泵，檢查檢測(cè)器的連接線路來(lái)解決。

5 結(jié)束語(yǔ)

離子色譜在水質(zhì)分析中具有及時(shí)、高效等優(yōu)點(diǎn)，其操作步驟簡(jiǎn)單，靈敏度高、儀器運(yùn)行穩(wěn)定，適用范圍較強(qiáng)，是一種較為理想的監(jiān)測(cè)方法。但隨著今后水質(zhì)分析范圍的擴(kuò)寬，分析成分的復(fù)雜化，應(yīng)急檢測(cè)的需求日益增強(qiáng)，研制和開(kāi)發(fā)一種能夠自動(dòng)對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理，便于攜帶的微型離子色譜也將成其發(fā)展的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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