探究離子色譜在地表水環境監測中的應用

林曉青

【摘要】：離子色譜作為一種高科技環境監測技術，在地表水的環境監測中具有非常廣泛的應用。本文簡要概述了離子色譜的發展歷史及原理，對離子色譜法在地表水環境監測的應用進行探究，并以測定某河流中總氮、總磷為例，簡述離子色譜法的測定步驟，結果表明，離子色譜法滿足地表水中總氮、總磷的監測要求。

【關鍵詞】：離子色譜；環境監測；應用；分析

【引言】：

近年來，隨著社會的飛速發展，我國地表水受污染現象越來越嚴重，為此，加強對地表水環境的監測顯得十分重要。而離子色譜法作為一種分析技術，具有操作簡便、精確度高、測定時間短、可同時測定多個目標離子、經濟高效等諸多優勢，當前這一技術已被廣泛應用到地表水環境監測工作中，并發揮著重要的作用。基于此，本文就離子色譜在地表水環境監測中的應用進行探究，以期能夠促進環境工作的進一步開展。

1.離子色譜概述

離子色譜的概念起始于1975年，Small等人提出了離子交換的概念，將強電解質作為流動相來去除目標離子中的反離子，極大的提高了檢測靈敏度。離子色譜技術（ionchromatography，IC）是利用目標離子的離子性來分離離子和檢測離子的一種液相色譜法（以液體作為流動相，固定相可以是多種形式），是一類分離、分析技術，目前主要被用來檢測陰離子、陽離子、蛋白質等大分子物質。

2.離子色譜法在地表水環境監測的應用

由于重經濟輕環境觀念的影響，在過去很長一段時間內，大量污染物被排入河流、湖泊使地表水環境急劇惡化。隨著人們觀念的改善，生態環境保護受到了越來越多的重視，地表水環境質量有所改善，但劣五類水體還有相當一部分比例。地表水環境監測能動態監控地表水環境質量變化，對地表水環境質量的鞏固及改善至關重要，離子色譜高準確度、高精度以及快捷方便的特點使其在地表水環境的監測中發揮了重要作用。

2.1檢測地表水中的陰離子

地表水中，主要檢測的陰離子為F-、Cl-、NO-2、NO-3、SO2-4、Br-、PO3-4等，相比于傳統方法，離子色譜測定地表水中的陰離子更便捷高效，準確度高，因此受到了越來越多的研究者青睞。2016年10月1日，中國環保部出臺的《水質無機陰離子（F-、Cl-、NO-2、Br-、NO-3、PO3-4、SO32-、SO2-4）的測定離子色譜法》（HJ84-2016）正式生效，表明離子色譜法得到了認可。為更好的將離子色譜用于水質中陰離子的檢測，近年來大量研究成果相繼被發表出來。

2.2檢測地表水中的陽離子

隨著離子色譜法的發展，離子色譜法測定范圍逐漸擴寬，目前已經可以對陽離子進行檢測。離子色譜法測定水中的金屬離子也被多個學者研究證實。有學者采用單柱非抑制型離子色譜法，同時測定礦泉水中的Li+、Sr2+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+，在13min內就可以理想的分離效果將這6種離子檢出，表明離子色譜法準確高效，同時比ICP-MS等檢測方法的成本低。此外，也有學者研究證明離子色譜法可用于直接檢測飲用水中Li+、Sr2+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Ru+、NH+4、Cs+等10種無機陽離子，檢測靈敏度高、結果準確。

2.3檢測地表水中的有機酸

由于化學工業中諸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等有機酸的運用，難免會使含有機酸廢水進入河流等地表水體，造成污染，因此，檢測地表水中的有機酸對地表水保護至關重要。在有機酸的測定中，一般采用氣相色譜法，該方法有操作復雜、成本高和時間長的缺點。運用離子色譜法測定水中的有機酸操作簡便、經濟高效。有學者將離子色譜電導法應用于甲酸、乙酸、丙烯酸和氯乙酸的分析中，測定結果準確度高，相比于氣相色譜法，成本較低，測定時間短。

3.實驗分析

國家標準方法測定總氮、總磷先用堿性過硫酸鉀氧化樣品中的總氮總磷，再用紫外分光光度法/鉬酸銨分光光度法分別進行測定，該方法存在操作繁瑣、分析時間長、空白值偏高的缺點。相較于國家標準，離子色譜法用于氮磷的檢測具有操作便捷、穩定性好、檢出限低，不受硫酸根離子影響的優勢。文中以測定某河流中總氮、總磷為例，簡述離子色譜法的測定步驟。

3.1實驗儀器及試劑

3.1.1實驗儀器

DionexICS-900離子色譜儀；YXQ-LS-50S11型立式壓力蒸汽滅菌鍋；0.45um微孔濾膜過濾接頭；具塞玻璃磨口比色管（25mL）。

3.1.2實驗試劑

過硫酸鉀（優純級）、氫氧化鈉及碳酸氫鈉（優純級）；碳酸鈉為基準試劑；去離子水；總氮標準儲備液（1000mg·L-1）；總磷標準儲備液（1000mg·L-1）。

3.2測定條件

IonPacAS23柱（分離柱）；AG23柱（保護柱）；ASRS-300型自動再生抑制器；碳酸鈉-碳酸氫鈉（4.5mmol/L～0.8mmol/L）混合溶液為淋洗液，流量為1.0mL/min；抑制電流為25mA；進樣量為25uL。

3.3實驗方法

3.3.1標準曲線繪制

將總氮和總磷標準儲備溶液，用去離子水配成為100mg·L-1的混合標準溶液。移取100mg·L-1混合標準溶液0、0.50、2.00、6.00、10.00、15.00mL至100mL容量瓶中，并用去離子水定容至100mL，形成0、0.50、2.00、6.00、10.0、15.0mg·L-1的混合標準溶液。混合標準溶液按前述方法處理后進行測定，以總氮、總磷質量濃度為橫坐標，相應的色譜峰高響應值為縱坐標繪制標準曲線如圖1所示。

3.3.2樣品測定

將采集后的水樣用0.45um微孔濾膜過濾，過濾后保存于清潔的玻璃瓶中，水樣應即采即用，若不能及時分析，則應置于40℃下低溫保存。若水樣濃度較高應稀釋后再進行消解。取10mL原水或稀釋后的水樣于玻璃比色管中，加人5mL堿性過硫酸鉀溶液（溶液濃度：40g/L），塞緊磨口塞，用膠布條密封管口以防彈出。將準備好的玻璃比色管放置在壓力蒸汽消毒鍋內進行樣品消解，消解條件設置為：壓力：1.1～1.3kg/cm2，溫度：122℃，加熱時間40min。消解完成后，取出比色管，使其自然冷卻至室溫后加入（1+9）鹽酸1mL，用去離子水稀釋至標線，混合均勻后經0.45um微孔濾膜過濾。過濾后的樣品進行離子色譜測定。

3.4結果與討論

3.4.1測定條件的選擇

（1）淋洗液濃度。淋洗液濃度的大小影響被測組分的洗脫時間，低濃度淋洗液使被測離子保留時間增加，被測離子不易洗脫；高濃度淋洗液可縮短被測離子的保留時間，提高分析效率，但磷酸根和硫酸根峰不易區分。為探究最適宜的淋洗液濃度，配置了4-1.0、4-0.8、4-1.2、4.5-1.0、4.5-0.8、4.5-1.2mmol/L系列碳酸鈉-碳酸氫鈉配比濃度的淋洗液，分別用來淋洗總氮、總磷標樣，觀察在不同濃度淋洗液下標樣離子的出峰時間、峰面積及分離度。觀察結果表明，在4.5-0.8mmol/L的淋洗液濃度下，能獲得較好的分離效果，同時分析時間也較快。因此，該研究選擇了4.5-0.8mmol/L的碳酸鈉-碳酸氫鈉溶液為淋洗液。

（2）抑制電流。抑制電流對氫離子或氫氧根離子的濃度產生影響，抑制電流小，氫離子或氫氧根離子濃度低，抑制效果差，基線不穩定；抑制電流大，氫離子濃度高，大量氫氣產生大量氣泡，造成基線有噪音，影響檢出下限。該實驗選取了15、20、25、30、35mA的抑制電流，觀察其對總氮、總磷檢測靈敏度的影響，實驗結果表明，在抑制電流為25mA時，可抑制背景電導同時到較好的靈敏度。

3.4.2檢測結果分析

（1）空白值測定。該實驗以去離子水定容樣品，因此選用實驗中所用的去離子水進行空白實驗。實驗結果為未檢出。因此樣品測定值不受空白影響。

（2）精密度檢測。配置0.5mg·L-1總氮和總磷標準樣品按照前述實驗方法平行測定6次，計算其標準偏差。測定總氮標準偏差RSD總氮=0.59%，總磷標準偏差RSD總磷=0.64%，表明該測定方法精密度良好，具有較好的重現性。

（3）方法檢出限確定。以進樣量25uL，產生3倍于噪聲水平的信號所代表的等測組分最小濃度來計算檢出限。則計算得總氮、總磷的方法檢出限分別為0.008mg/L，0.009mg/L。

4.小結

綜上所述，離子色譜在地表水環境監測中的應用，能較為科學準確的分析出環境中各種離子和化學成分，其對于地表水環境中污染成分的鑒定等具有重要的作用。實驗結果表明，離子色譜測定地表水中的總氮、總磷具有回收率高、重復性好、省時經濟等優點，能夠滿足地表水中總氮、總磷的監測要求。在今后的工作中，應當加大對該方法的研究力度，在現有的基礎上進行逐步改進和完善，使其能夠更好地為環境監測提供服務。

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