水質(zhì)監(jiān)測(cè)中離子色譜的應(yīng)用探究

張慧虹

（廣東鶴山北控水務(wù)有限公司，廣東 江門(mén) 529700）

1 離子色譜法概述

離子色譜法是指以離子交換柱為基礎(chǔ)，通過(guò)離子遷移差異進(jìn)行物質(zhì)的分離，并通過(guò)相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和分析的一種技術(shù)。就離子色譜法而言，其主要分為以下幾類(lèi)：高效離子交換色譜（HPIC）；離子對(duì)色譜（MPIC）；離子排斥色譜（HPIEC）。不同離子色譜法的分離機(jī)理不同，其中HPIC的分離機(jī)理主要是離子交換，MPIC的分離機(jī)理是離子對(duì)的形成，而HPIEC為離子排斥。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)用最為廣泛的就是離子交換，而在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中主要是通過(guò)該分析方法來(lái)檢測(cè)和分析陰陽(yáng)離子，進(jìn)而達(dá)到水質(zhì)監(jiān)測(cè)的目的[1]。離子色譜方法具有一定的優(yōu)點(diǎn)，具體來(lái)說(shuō)包括：一是快速方便，能夠快速分析陰陽(yáng)離子的濃度、精密度等，其中陰離子包括F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-等，陽(yáng)離子包括 Li+、Na+、NH4+、K+等；二是靈敏度高，能夠更加精確地分析出離子的濃度范圍，如在50μg/L的進(jìn)樣量，F(xiàn)-檢測(cè)限小于1μg/L，通過(guò)富集或者加大進(jìn)樣量，檢測(cè)限可達(dá)到pg/L，能夠?qū)崿F(xiàn)高純水的檢測(cè)；三是具有較好的選擇性，因?yàn)樯V柱的種類(lèi)較多，在對(duì)不同離子進(jìn)行分析時(shí)應(yīng)選擇適宜的色譜柱，同時(shí)還要選擇合理的分離方法和檢測(cè)方法，如分析有機(jī)酸是離子排斥柱的重要選擇。

2 離子色譜法在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 無(wú)機(jī)陰離子、陽(yáng)離子的分析

與傳統(tǒng)的化學(xué)檢測(cè)分析相比，離子色譜分析法具有速度快、效率高的優(yōu)勢(shì)，并且可以通過(guò)一次進(jìn)樣、梯度淋洗的方法，實(shí)現(xiàn)飲用水陰離子的有效測(cè)定，甚至可以在半小時(shí)內(nèi)完成36種陰離子的分離。而對(duì)于陽(yáng)離子的分析，主要是通過(guò)使用淋洗劑（二肢基丙酸和鹽酸）的抑制型離子色譜來(lái)實(shí)現(xiàn)，將陽(yáng)離子交換固定相在苯乙烯聚合物表面，與磺酸基陽(yáng)離子交換乳膠進(jìn)行聚合，由于堿土的親和力要大于堿金屬離子，通過(guò)等濃度淋洗一次進(jìn)樣，難以同時(shí)將兩組離子分離。隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)分離柱進(jìn)行了改良，新型的分離柱能夠?qū)㈥?yáng)離子的交換位置改變，同時(shí)還能對(duì)其選擇性和密度進(jìn)行改變[2]。在上述基礎(chǔ)上，再進(jìn)行等濃度淋洗一次進(jìn)樣，就能夠?qū)崿F(xiàn)堿金屬離子和堿土離子的分離，且分離時(shí)間較短，十五分鐘內(nèi)就可以完成。

2.2 有機(jī)酸、堿的分析

在分析有機(jī)酸、有機(jī)堿過(guò)程中，離子色譜法也是一種重要的分析方法。在多元酸、控酸等發(fā)生衍生反應(yīng)后，會(huì)出現(xiàn)組分揮發(fā)的現(xiàn)象，從而難以通過(guò)氣相色譜來(lái)完成相應(yīng)的分析，此時(shí)，就需要離子色譜法進(jìn)行分析。新型的排斥柱離子填料，包括普通排斥柱的陽(yáng)離子交換基團(tuán)，起基代替OH基能和位于填料弱離子交換處的CO基產(chǎn)生氫基，增強(qiáng)了氨基酸的分離選擇性。這種離子排斥分離模式可以測(cè)定近50種可溶性的有機(jī)酸，可以定量分析36種有機(jī)酸。

2.3 復(fù)雜樣品的分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，離子色譜分析方法也得到了一定的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)多種離子物質(zhì)的同時(shí)分離，如較為復(fù)雜的水樣品中，同時(shí)含有無(wú)機(jī)陽(yáng)離子、陰離子和其他有機(jī)物，就可以通過(guò)單株離子色譜法，來(lái)測(cè)定樣品中的Cl-、Ca+的含量，再通過(guò)洗脫液的作用，來(lái)測(cè)定有機(jī)酸和陰陽(yáng)離子的含量。

3 實(shí)例分析

3.1 水樣品試驗(yàn)

3.1.1 試驗(yàn)儀器和試劑

試驗(yàn)中需要的主要儀器有：離子色譜儀（美國(guó)戴安ISC1500）、自動(dòng)淋洗液發(fā)生裝置、AS陰離子分析柱、AG陰離子保護(hù)柱、ASRS/AMMS陰離子連續(xù)自動(dòng)再生微膜抑制器、色譜工作站。離子色譜儀主要由高壓輸送泵、淋洗液發(fā)生器、進(jìn)樣閥、分析柱等構(gòu)成。通過(guò)離子色譜儀進(jìn)行離子分析、檢測(cè)，主要的原理和步驟：一是校正離子色譜儀；二是比較樣品數(shù)據(jù)，對(duì)樣品離子進(jìn)行定量、定性分析；三是通過(guò)色譜工作站對(duì)樣品濃度進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，并總結(jié)為相應(yīng)的結(jié)果報(bào)告[3]。在試驗(yàn)過(guò)程中，還需要配制一些試劑，主要包括以下幾項(xiàng)：其一，去離子水的制備，通過(guò)微孔濾膜（0.45μm）進(jìn)行過(guò)濾，且保障水沒(méi)有經(jīng)過(guò)電滲析處理；其二，混合標(biāo)準(zhǔn)貯備液的配制，在1000mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液中，F(xiàn)-為 20mg/L、Cl-為 40mg/L、SO42-為 100mg/L、NO3-為40mg/L；其三，根據(jù)所需要的標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度，用去離子水進(jìn)行稀釋。

3.1.2 分析前準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行開(kāi)機(jī)之前，要對(duì)淋洗液和再生液進(jìn)行檢查，保障其儲(chǔ)量的充足。同時(shí)還要對(duì)壓縮氣瓶、淋洗液瓶的輸出壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得壓縮氣瓶的輸出壓力為0.2MPa、淋洗液瓶的輸出壓力為0.034MPa。在上述情況下，打開(kāi)電源、柱溫箱的開(kāi)關(guān)，清理管路、泵內(nèi)的氣泡，開(kāi)泵啟動(dòng)儀器。當(dāng)達(dá)到6.9MPa的壓力時(shí)，打開(kāi)RFC-30面板上AES/SRS、EGC開(kāi)關(guān)。將待測(cè)樣品進(jìn)行過(guò)濾、脫氣，并清理干凈一些顆粒物質(zhì)等，在基線(xiàn)保持穩(wěn)定后，進(jìn)行待測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品的分析。

3.1.3 進(jìn)樣分析

1.0 ml/min為默認(rèn)流速，淋洗液的KOH濃度為每升20mmol，進(jìn)樣的體積為50μl。在其他條件不變的情況下，對(duì)色譜柱的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而觀(guān)察陰離子的變化值，本實(shí)驗(yàn)的柱溫設(shè)置為 20℃、25℃、30℃、35℃。實(shí)際分析時(shí)，選取 30℃的柱溫進(jìn)行分析測(cè)定。在標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)與水樣的分析條件相同的前提下，用離子色譜儀專(zhuān)用注射器吸取0.5ml的水樣進(jìn)樣分析，用峰面積或峰高標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法定量分析。

3.2 結(jié)果與分析

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

用混合標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液配制梯度濃度分別進(jìn)樣，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)及保留時(shí)間、回歸方程、相關(guān)系數(shù)如下圖、下表所示。陰離子洗脫順序?yàn)?F-、Cl-、SO42-、NO3-，保留時(shí)間分別為 3.01min、4.12min、6.28min、6.89min。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 保留時(shí)間（min） 回歸方程 相關(guān)系數(shù)F-C l-S O 4 2-N O 3-3.0 1 4.1 2 6.2 5 6.8 9 Y=0.4 2 2 X+0.0 0 9 Y=0.2 9 6 X-0.0 5 4 Y=0.2 2 2 X-0.1 0 4 Y=0.1 6 6 X-0.0 6 1 0.9 9 9 8 0.9 9 9 9 0.9 9 9 9 0.9 9 9 3

3.2.2 檢出限

空白水進(jìn)樣6次，進(jìn)行測(cè)定各種陰離子標(biāo)準(zhǔn)偏差。并按照公式：，計(jì)算出離子色譜儀檢出限，從而得出了各離子的檢出限，分別為 F-為 0.016mg/L、Cl-為 0.104mg/L、SO42-為 0.133mg/L、NO3-為 0.008mg/L。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，離子色譜法具有靈敏度高、選擇性好、方便快速等優(yōu)點(diǎn)，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。該方法的應(yīng)用能夠更好地監(jiān)測(cè)水質(zhì)狀況，在保護(hù)水環(huán)境的同時(shí)，為人們提供更加安全、優(yōu)質(zhì)的水資源。