非抑制性離子色譜測定藍藻培養液中碳酸氫根含量

王鑫 ，徐凱 ，法蕓

（1.山東省核工業二四八地質大隊分析測試中心，山東青島266041；2.山東中煙工業有限責任公司，青島卷煙廠卷包車間，山東青島266100；3.中國科學院青島生物能源與過程研究所生物基材料重點實驗室，山東青島266101）

1 前言

水體中可溶性無機碳（DIC）存在 四 種 形 式 ：CO2、HCO3-、H2CO3、CO32-，它們之間可以相互轉化，且主要受水體PH值的影響。但是生活在水體中的微藻只能吸收利用CO2和HCO3-[1]。二氧化碳可以自由擴散進入細胞進而為微藻細胞的光合作用所利用；碳酸氫根離子既可以直接轉運也可間接轉運到細胞中為微藻細胞所利用[2]。

HCO3-對水體中生物有重要的作用，竇艷艷等[3]研究了碳酸氫根緩解高營養負荷下苦草(Vallisneria natans)脅迫的作用，證明了水體HCO3——DIC增加可以緩解富營養化對沉水植物的脅迫作用。Maberly等學者的研究顯示，大多數沉水植物可以適應低CO2環境的原因，是由于其可以利用HCO3——DIC，典型沉水植物苦草、菹草(Potamogeton crispus)和馬來眼子菜(Potamogeton malaianus)等[4]。

目前，碳酸氫根的測定方法主要有滴定法[5]、比色法[6]、色譜法[7]、電極法[8]以及其他方法[9]。目前的測定方法雖有一定的應用范圍，但是對于其快速靈敏的定量測定仍有一定的差距，為此我們提出了一種非抑制性快速定量測定藍藻培養液中碳酸氫根的離子色譜法。

一般情況下，離子色譜在測定陰離子方法中都需要抑制器對其進行抑制。而測定碳酸氫根離子，淋洗出來的HCO3-離子與H+結合產生H2CO3由于其揮發性，不能進行定量測定。雖然之前有用陰離子色譜柱（AS15、AS16、AS17）對其進行檢測，但都不能進行定量。基于此原因，采用非抑制性離子色譜，探索性地采用OptimixC18/SCX陽離子交換柱，用稀釋1000倍除碳酸氫鈉的母液作為淋洗液，從而扣除基體的干擾，成功實現了定量檢測藍藻培養中碳酸氫根的測定，結果表明：該方法前處理簡單、選擇性好、靈敏度高，適用于藻類細胞培養液中碳酸氫根的測定。

表1 標準溶液的質量濃度（單位：mg/L）

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

離子色譜儀：ICS-5000型多功能離子色譜系統，包括雙泵(DP)模塊、電導檢測器（CD）/色譜(DC)模塊、自動進樣器(AS)模塊；Chromeleon 6.8色譜軟件操作，美國Thermo Scientific公司；

Milli-Q Advantage A10超純水制備儀；

碳酸氫鈉（GR，天津市科密歐試劑有限公司）。

2.2 樣品處理

鹽脅迫后每隔24 h取樣2 mL藍藻培養液，以6000 r/min速度離心5分鐘，取上清液。將上清液稀釋5倍后取約3 mL溶液用0.22 μm水相濾膜過濾。

2.3 色譜條件

色譜柱：Optimix C18/SCX；流動相：5.0 mM甲基磺酸。流速為0.2 mL/min，等度洗脫；進樣體積：50 μL，柱溫：30 ℃；電導檢測。

2.4 標準曲線的繪制

用稀釋1000倍除碳酸氫鈉的藍藻母液配制500 mg/L碳酸氫鈉標準儲備液，然后用其配成表2中不同濃度標準溶液，按2.3節的色譜條件進樣分析，以峰面積y(nC×min)為縱坐標，以質量濃度x(mg/L)為橫坐標，繪制標準曲線。

2.5 重復性和回收率實驗

取配制好的 20、100、500 mg/L 的碳酸氫鈉標準溶液4 mL于三支4 mL離心管中，先各取1.5 mL進行色譜分析，各重復8次進樣。

將剩余的碳酸氫鈉標準溶液以6000 r/min速度離心5分鐘，取上清液。將上清液稀釋5倍后取約3 mL溶液用0.22 μm水相濾膜過濾后，取濾液進行色譜分析。

3 結果與討論

3.1 色譜柱的選擇

碳酸氫根和碳酸根離子的電導率在無機陰離子中屬于最低的，所以我們用強背景電導的淋洗液，用Optimix C18/SCX強陽離子交換柱讓其產生負的色譜峰，選擇完全基線分離的柱子進行進一步的檢測和定量。

選擇用Optimix C18/SCX強陽離子交換柱色譜柱分離，5.0 mM甲基磺酸作淋洗液，用電導檢測，碳酸氫鈉基線分離。如圖1所示。

3.2 方法的評價

圖1 碳酸氫鈉的色譜圖（1-葡萄糖，2-葡萄糖酸）

圖2 標準混合物和四種樣品的色譜圖。

表2 方法的評價數據

將表1所列混合標準溶液依次進樣，以峰面積Y為縱坐標、標準溶液的質量濃度X(mg/L)為橫坐標進行線性回歸，測得的線性相關系數為0.99946。選擇表1中4、6、10號標準溶液連續進樣8次，測得相對標準偏差均小于1.00%。將濃度為 4、6、10號標準液加入樣品，按照2.2樣品處理方法平行處理，測得平均回收率范圍是101.15%-111.10%。上述實驗所得線性回歸方程、相關系數、相對標準偏差、回收率、檢測限等均列于表2。

3.3 實際樣品分析

將4個不同反應時間藍藻培養液樣品按照2.2所述方法進行前處理，樣品中碳酸氫鈉得到了較好分離，峰形尖銳。圖2為測定4個實際樣品的離子色譜圖。

4 結論

本文建立了非抑制性陽離子色譜法測定藍藻培養液中碳酸氫根的含量。該方法操作簡單，靈敏度較高，重現性和相關性好。為不同體系中碳酸氫根的研究提供了有效的分析方法。