離子色譜在環境監測中的應用及探討

余娜，王碧

（四川職業技術學院建筑與環境工程系，四川遂寧629000）

離子色譜在環境監測中的應用及探討

余娜，王碧

（四川職業技術學院建筑與環境工程系，四川遂寧629000）

本文在簡述離子色譜的基礎上,主要對離子色譜在環境監測中的應用，使用過程中的局限及解決對策等進行了探討.

離子色譜；環境監測；應用；問題及對策

近年來，隨著社會經濟的發展，人們對環境質量越來越重視。因此，人們對環境的監測技術也在不斷進步和完善.離子色譜是20世紀70年代發展起來的一項重要的色譜技術，主要用于陰、陽離子的分析..它也可以用來分析某些蛋白質，氨基酸和糖類.在環境監測中，離子色譜主要用于分析低濃度離子和離子化合物，特別是隨著近年來相關環境標準的制定與完善，離子色譜法也得到了快速的利用和發展.

1 離子色譜的原理及特點

1.1 離子色譜的原理

離子色譜是1975年由H-sm a l l等人提出離子交換思維并很快被商品化，它是利用被測樣品的離子性進行分離和檢測的色譜技術[1].離子色譜法是利用低交換容量的離子交換樹脂填充分離柱，通過離子交換對離子性樣品進行分離，利用電離物質在溶液中電離產生電導用電導檢測器或脈沖安培檢測器進行連續檢測的一種色譜分離方法.離子色譜分離機理是離子交換，分離方式分別有離子交換色譜、離子排斥色譜和離子對色譜[2].它們分離柱填料的樹脂骨架都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但樹脂功能基和容量是不相同的.3種分離方式的分離機理也各不相同.3種交換方式對應的分離機理分別是離子交換、離子排斥、吸附與離子對的形成.

1.2 離子色譜的特點

1.2.1 檢測快速方便

幾種常見陰離子的分析時間（F-、C l-、N、N、S、P等）和離子（K+、Na+、N、C a2+、M g2+等）均少于10min[3].近年來，隨著離子色譜技術的發展，有機陽離子和陰離子的檢測技術得到了迅速發展和完善，目前主要應用于：食品中有機酸和糖類的檢測、生物胺的檢測、氨基酸和蛋白質的檢測.這些技術已逐漸成為刑事偵查學和法醫學、微生物發酵工業、食品衛生的重要檢測手段[4].

1.2.2 靈敏度高、選擇性好

離子色譜發法主要分析低濃度的離子溶液（幾百m g/L至10～1μg/L）.離子色譜對某些離子的檢出限可以低至1μg/L.提高離子色譜對被測離子的選擇性可以通過選取適當的分離柱、檢測器、改變淋洗液濃度和檢測方法來實現.與傳統高效液相色譜法相比，離子色譜的固定相對離子選擇性的影響更大.

1.2.3 分離柱的穩定性好、容量高

高效液相色譜分離柱主要使用硅膠填料，而離子色譜填料具有高p H穩定性，因此淋洗液可以是強酸或者強堿溶液，這就擴大了離子色譜的應用范圍.

2 離子色譜在環境監測中的應用

2.1 離子色譜法在水環境監測中的應用

離子色譜在水環境的主要監測對象是無機陰陽離子.監測樣品包括：飲用水、地表水、地下水、廢水、雨水、電廠循環水等[5-7].

離子色譜儀能夠在半個小時以內一次性檢測出常規水環境檢測離子：氟離子、氯離子、亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等.首先根據估計的樣品濃度配置成濃度適當的一系列混合標準溶液，由低到高濃度進樣繪制出標準曲線，通過標準曲線法對水質樣品進行定性定量分析，該方法方便快速，準確度高，結果可達到環境監測實驗室質量控制目標.在水質監測方面，離子色譜法大大提高了工作效率和數據精確度.以測定水質中的硫酸鹽為例，經典的方法為G B/T11899-1989水質硫酸鹽的重量測定法，該法準確度高，但操作復雜，至少需要5個小時.現在取而代之的H J669-2013離子色譜法簡單快速，檢出限低，準確度高[8].離子色譜對水環境中陽離子的檢測主要為監測大氣降水中的鉀、鈉、鈣、鎂離子，分離柱不同，進樣及檢測過程與陰離子檢測無異[9].

在實際環境監測工作中，常規監測項目有每月例行地表水的陰離子檢測、每月降水中陰、陽離子的檢測、每月工廠廢水中特定陰離子的檢測[10]（如電子生產企業廢水中的氟離子），在檢測中，對于清潔水源，只需要按樣品號進行進樣，儀器可以在10多分鐘內一次性檢測出多種陰離子或陽離子的含量，操作簡單，準確率高.在對受污染源水樣進行監測時，必須對污染水樣進行預處理，然后再進樣，從而防止分離柱被破壞.預處理方法常見的有化學處理法、膜處理技術法、固相萃取法和燃燒法等，如果廢水成分相對簡單，檢測中常用的處理方法是0.25μm微孔濾膜過濾[11].

2.2 離子色譜法在大氣環境監測中的應用

大氣中有毒成分的常規檢測方法有原子光譜法和分光光度法等，現在基本都能用離子色譜法代替.離子色譜法操作簡捷、靈敏度高、精密度好、數據準確.

在大氣環境的監測中，離子色譜主要用于大氣氣溶膠和有害氣體的檢測.大氣氣溶膠是一種直徑小于10μm的液滴和固體顆粒.主要是H+、N、Na+、S、S、C l-等水溶性無機離子.通常用石英纖維過濾器或聚四氟乙烯薄膜過濾器捕集氣溶膠，然后用離子色譜法測定.魏海萍[12]等用超細玻璃纖維濾筒阻留收集硫酸霧樣品，然后用離子色譜進行測定，檢測范圍為1--250m g/m3.關于有害氣體的檢測，離子色譜主要用于氮氧化物和二氧化硫的測定.牟世芬[13]等用簡便的攜帶式采樣技術和裝填浸漬三乙醇胺的分子篩的固定吸附劑采樣管采樣，用0.003mol/L NaH C O3和0.0024mol/L Na2C O3作為淋洗液，解脫N O2和S O2，再加入H2O2，把S氧化成S，最后利用離子色譜測定溶液中的N、N、S.其三種離子的加標回收率均在90%以上.同樣他們還用活性炭管固定吸收管采樣的方法測定大氣中的甲醛含量[14]，方法測定下限為10μg/m3，其檢出下限大大低于傳統的分光光度法（500μg/m3）.

2.3 離子色譜在土壤與生物污染監測中的應用

離子色譜法可以對土壤環境中的多種陰陽離子進行檢測[15].通過對樣品進行適當的前處理，土壤提取液和生物體的消解液可以直接進樣測定.在對土壤等固體樣品監測時，前處理過程一般為超聲波浸提，使所需離子溶于浸提液中，再對浸提液進行分析.土壤中包括:N、S、Na+、K+、N、C a2+、M g2+等，生物體中包括:F-、C l-、N、S等[16].離子色譜的最新應用主要是解決傳統高效液相色譜和氣相色譜無法解決的難題.當前離子色譜法已被應用在了糖類氨基酸檢測、微生物和抗生素檢測以及蛋白質和多肽等物質的檢測[17-18].

3 離子色譜在環境監測中的問題及對策

離子色譜憑借自身特有的優勢，已經成為環境監測分析中極其重要的分析手段，但在實際檢測過程中也會有一定的局限，分析中常遇到的問題和解決辦法有：

3.1 亞硝酸鹽氮不易準確測定

在實際測定過程中，如果被測物質亞硝酸鹽含量少，容易造成峰形拖尾，分離度不好.為了解決這一問題，可以采取大面積進樣法或將樣品進行富集后再進樣檢測.

3.2 抑制器的狀態對測定結果影響較大

抑制器長時間不工作時，水分蒸發，會導致抑制器微膜脫水破裂，引起抑制器漏液，抑制效果下降致背景電導增加，最終造成基線不穩，儀器無法識別離子峰，影響定量結果的準確性.為了解決這一問題，往往要定期對抑制器進行再生.

3.3 定性能力差

離子色譜能簡單快捷的對樣品進行定量分析，但定性分析能力差[19]，為了解決這一問題，目前離子色譜的主要研究方向就是離子色譜與其它儀器的聯用，如離子色譜與質譜的聯用，離子色譜與原子吸收的聯用等.

3.4 基線漂移和保留時間偏差

如果長時間大量進樣，可能造成基線漂移或各離子保留時間出現偏差，從而造成儀器系統軟件不能認出離子峰，不能對相應離子峰進行積分或被當成雜峰處理.為了解決這一問題，每次實驗時都要重新做標準曲線，進樣檢測前需要充分淋洗柱子至基線平穩，另外，還要注意分離柱的維護和保養，定期用高濃度淋洗液淋洗柱子，提高柱效[20].

4 結語

綜上所述，在環境監測中，離子色譜發揮著不容忽視的作用，近年來離子色譜技術的不斷發展和完善，離子色譜的檢測范圍會進一步擴大，相應的國家標準、行業標準等也會逐步建立，從而取代繁瑣的傳統方法.在具體的監測過程中，要注意對儀器進行維護，最終從整體上提升我國環境監測的工作效率，并為建設環境友好型社會提供準確有力的數據支持.

[1]盧佩章,戴朝政,張祥民.色譜理論基礎[M].北京:科學出版社,1997：2-5;

[2]牟世芬,劉克納.離子色譜方法及應用[M].北京:化學工業出版社,2003:6-8;

[3]劉峰，馬文瓊，任紅波，等.離子色譜法同時測定飲用水中7種陰離子研究[J].哈爾濱商業大學學報（自然科學版），2008,24（5）:614-616;

[4]牟世芬,梁立娜.離子色譜的最新進展和幾個熱點應用[J].現代科學儀器,2006(1):35-38;

[5]郝原芳,吳英杰,何煉.離子色譜法測定環境水中陰離子[J].地質與資源,2005,14(2):149-151;

[6]陶鋼.離子色譜法測定地表水中陰離子的研究[J].理化檢驗（化學分冊）,2000,10:459-461;

[7]張瑛,曹若明,孫潔,等.離子色譜法測定生活飲用水中的陰離子[J].預防醫學文獻信息,2004,10(3):315-316;

[8]田偉,楊元.離子色譜法測定水中五種無機陰離子化合物[J].中國衛生檢驗雜志,2002,12(2):183-184;

[9]林華影,張瓊,盛麗娜.離子色譜法同時測定水樣中的10種陽離子[J].中國衛生檢驗雜志,2005(8):183-184. 920-922;

[10]張素芬.離子色譜法樣品的前處理和廢水中氟離子的測定[J].化學工程與裝備,2003(4):59-62;

[11]徐文霞.離子色譜預處理方法的定量研究[J].環境研究與監測，2010(2):37-38;

[12]魏海萍，居力，孫恩綿.離子色譜法測定硫酸霧[J].中國環境監測1988(3):19-21;

[13]牟世芬，劉克納.固定吸收管攜帶式采樣-離子色譜法測定大氣中的S O2和N O2[J].環境化學1984(3):48-53;

[14]牟世芬,候小平.大氣中甲醛的離子色譜法測定[J].環境化學1985(3):32-36;

[15]楊春霞,李彩虹,趙銀寶.離子色譜法測定土壤中陰陽離子含量[J].理化檢驗2012(10):1199-1202;

[16]林麗欽.土壤中水溶性氟化物離子色譜測定方法研究[J].海峽科學,2007(6):106-108;

[17]房寧,李倩,鞏俐彤.離子色譜法測定食品中的蛋白質[J].現代預防醫學2009,36(8):1532-1533;

[18]鄒紅海.陰離子色譜-脈沖安培檢測法測定酒中氨基酸[J].中國熱帶醫學2010,10(7):893-894;

[19]張新申.離子色譜分析及應用技術[M].成都:四川科技出版社,1986:56;

[20]武開業.離子色譜儀使用及維護保養注意事項[J].科技信息,2010,2(15):359-360.

Applicat ionand Discussionof IonChromatographyin Environmental Monitor ing

YUNa,WANG Bi
(S ich ua n V oc a tion a l a n d T echnic a l C ol le g e,S u inin g S ich ua n629000)

B a se d on a br ie f int r o du ction o f ion ch r om a to gra ph y,the a ppl ic a tion o f ion ch r om a to gra ph y in en v i r onment a l monito r in g,the l imit a tions a n d co u nte r me a s ur es in the p r ocess o f u sin gw e r e d isc u sse d.

I on C h r om a to gra ph y;En v i r onment a l M onito r in g;A ppl ic a tion;Pr o b lems a n d C o u nte r me as ur es

X83

B

1672-2094（2017）03-0152-03

責任編輯：張隆輝

2017-03-08

余娜（1984-），女，四川遂寧人，四川職業技術學院工程師，碩士.研究方向：環境監測.