離子色譜技術及其在水環境檢測中的應用

龍梅芬

（貴州省松桃苗族自治縣環境監測站，貴州 松桃554100）

1 引言

當前，離子色譜分析方法已經成為理論成熟、相關硬件先進的技術，其無機陰離子、陽離子分析，有機酸、有機堿等的分析技術也表現出了巨大的前景。離子色譜分析技術能很快地檢測水中的多種離子，對各種水質有獨到的檢測優點。

2 離子色譜技術的硬件組成及分離方式

離子色譜技術系統主要由四部分構成：色譜分離柱、檢測器、傳送裝置、數據處理裝置[1]。

色譜分離柱是很重要的部件，它是本系統的核心。由于檢測液體存在強酸或強堿成分，分離柱一般不是金屬的。

檢測器一般采用抑制型檢測器，在分離柱之后安裝一個抑制柱，將極大地提高被測離子的檢測靈敏度。

傳送裝置主要負責將各液相流體運送到分離柱、檢測器等儀器中及樣品的簡單處理，主要包括液體貯罐、泵、定量環進樣器等。

數據處理裝置主要為計算機系統。

離子色譜的分離原理是離子交換，這是整個技術的理論核心。離子交換有三種分離方式：離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜（HPIEC）、離子對色譜（MPIC）。三種分離方式的樹膠的離子交換能力及容量各不相同。

3 離子色譜技術在水環境檢測中的應用

離子色譜技術的應用范圍十分廣泛，可以用于大氣檢測、土壤質量檢測、生物體污染檢測及水質監測等幾十種方向。

運用離子色譜技術能分析各種環境下采集的水樣，包括水庫、江、河、湖、地下水、大氣降水、廢水、工廠污水等各類水樣，主要檢測水中無機陰、陽離子、有機酸、有機堿、弱電離物質、極性分子、復雜樣品中的常見陰陽離子[2]。

3.1 化學性質的分析

3.1.1 無機陰、陽離子的分析

直到20世紀70年代，無機陰、陽離子的化學分析方法還一直沿用從前的陳舊方法，不僅分析時間長，且一次只能進行單種離子的分析[3]。離子色譜技術的出現，大大地提高了離子分析的效率，將從前的25min只能分析一種離子的效率，提高到7min內分析出36種離子[4]。可以說，離子色譜技術的出現是化學分析這一學科發展的里程碑。

3.1.2 有機酸、有機堿的分析

有機酸、有機堿的分析常常用到離子色譜技術[5]。含有空基和取代基的各種控酸和多基酸，如酒酸、乳酸、檸檬酸、丁二酸等不能通過反應生成各種揮發組分，因此無法用氣相色譜法分析，但是離子色譜技術能很好地解決這個問題，并能分析出各液相中的有機酸與有機堿組分[6]。

3.2 物理性質的分析

前文詳細介紹了離子色譜技術對無機陰、陽離子、有機酸、有機堿的分析及可行性。在物理性質方面，離子色譜技術也有獨到的分析作用[7]。

通過安裝不同作用的檢測器，離子色譜技術可以對水體不同物理性質進行檢測。

（1）安裝電導檢測器，測量溶液中離子的電導率，離子在雙鉑電極板之間遷移。應該注意的是，為了避免溶液中組分的改變及雙電層現象的產生，必須采用交流電。

式中：R為電阻（Ω）；Kc為電導池常數（1/cm）；k為電導（1/Ω）。

離子的電導與離子的濃度及電導率有關，換算公式如下：

式中：Λi為當量電荷率，Zi為電荷，ci為濃度。

（2）安裝安培檢測器，通過反推，對氧化還原物質進行檢測，測量氧化還原電位。

（3）安裝紫外/可見檢測器，變相測量紫外吸收度值。

4 離子色譜技術在水環境檢測時的優點

水環境檢測手段極其繁多，包括化學法（重量法、分光光度法）、電化學法、離子選擇電極法、離子色譜法、氣相色譜法等十余種方法，各種方法各有自己的優點。相比其他水環境檢測手段，離子色譜技術能很好地對溶液進行化學分析及物理分析。離子色譜技術具體優點分析如下。

（1）離子色譜技術的操作較為簡單且分析快速。對常見陰離子和陽離子的平均分析時間不到5min，操作過程簡單，僅需將樣品準備妥當，放入儀器便能在記錄儀上快速得到分析結果。

（2）離子色譜技術具有很強的離子選擇性。對復雜樣品的分析過程中，離子色譜技術能快速準確地分離出各種陰、陽離子，且如果采用適當的方法（雙柱法），還能進一步提高離子分離的速度。

（3）靈敏度高。離子色譜技術能分辨出水樣中含量極其微小的離子成分，最低可檢測到0.02mg/L。

（4）可同時分析多種離子化合物。與光度法、原子吸收法相比，離子色譜技術具有多倍分析效率。

（5）離子色譜技術的檢測設備均由塑料及玻璃制成，對強酸、強堿等高腐蝕液體有很好的免疫作用，極大地提高了儀器的使用壽命。

（6）對樣品要求低。僅需對樣品做簡單處理，如稀釋、過濾即可。

5 離子色譜技術的發展現狀

經過多年的發展，離子色譜技術已經成為國內外化學分析領域常用的分析方法。自20世紀80年代以來，離子色譜技術從分析簡單無機陰、陽離子，到如今多成分、多樣品地同時分析，充分說明了它的實用性。但離子色譜技術依舊存在許多不足之處，需要對其進行完善，比如硅質填料對pH值的不穩定性及高聚物離子對有機溶劑的不匹配性。對于洗脫液的選擇，是本技術發展的主要方向，不同洗脫液有不同的作用，特別在分離那些結構、性質相似的離子成分時，洗脫液的作用尤為明顯。

6 結語

離子色譜技術具有快速、高效、便捷、準確等許多分析優點，是當代化學分析方法中很有發展前景的分析方法。它在無機陰、陽離子、有機酸、有機堿及復雜樣品的分析中都顯現出巨大的實用性，對7種常見陰離子及6種常見陽離子的檢測快速準確，在50多種溶于水中的有機酸中能識別出36種，通過添加洗脫液EDTA還能有效地分析堿金屬與堿土金屬元素。在水環境檢測中，能快速地識別水中所含物質并定量各種離子的含量，為水質分析提供準確的資料。

[1]葉明立，施青紅，王一琦.離子色譜樣品預處理技術[J].現代科學儀器，2004（2）：49～53.

[2]蔣如東.淺談離子色譜在水質檢測中的應用體會[J].江蘇水利，2011（9）：44～45.

[3]肖超廣.論離子色譜在水質檢測中的應用[J].醫藥前沿，2012，2（9）.

[4]劉耀華.離子色譜法測定水樣中的氯化物[J].化學分析計量，2008，17（5）：39～40.

[5]佟朝陽.離子色譜檢測在水質中的應用[J].黑龍江水利科技，2005，33（4）：104.

[6]黃明元，甘 露，賀東秀，等.離子色譜法測定純凈水中痕量亞硝酸根[J].中國衛生檢驗雜志，2005，15（10）：1189～1190.

[7]孫博思，趙麗嬌，任 婷，等.水環境中重金屬檢測方法研究進展[J].環境科學與技術，2012，35（7）：157～162.