離子色譜在環境檢測中的應用優勢

韋杰

【摘 要】離子色譜法是一種高靈敏度、高選擇性的高效色譜方法，廣泛應用于對環境中陰陽離子的檢測。論文對離子色譜法在環境監測中的應用進行了簡要介紹，并與其他常用方法作比較，以說明離子色譜法的相對優勢。

【Abstract】Ion chromatography is a high performance chromatography method with high sensitive and high selective， which is widely used in the detection of anion and kation in the environment. This paper briefly introduces the application of ion chromatography in environmental monitoring and compares it with other common methods to illustrate the relative advantages of ion chromatography.

【關鍵詞】離子色譜法;環境檢測;優勢

【Keywords】ion chromatography; environmental detection; advantage

【中圖分類號】X83 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）03-0150-02

1 引言

根據現行環境保護標準，環境檢測中對大氣、水、土壤等涉及陰、陽離子分析的項目中有不少還在使用或者同時使用一些經典方法，比如分光光度法、電極法等。這些方法普遍涉及多種復雜化合物或強酸強堿，隨著環境監測要求的日益提高，在保證監測數據科學有效的前提下，改進分析方法、減少實驗室有毒有害試劑的消耗應逐漸成為實驗室的一大目標。

離子色譜法（IC，Ion Chromatography）作為一種高效色譜方法，具有進樣體積小、分析快速、靈敏度高、高選擇性、可同時分析多種目標離子以及實驗環境友好、試劑污染小、維護簡便等特性，在眾多水分析方法中具有巨大優勢，因而廣泛應用于飲用水、地表水、降水、工業廢水甚至空氣廢氣的分析檢測。

2 離子色譜法的概述

2.1 離子色譜法的基本原理

離子色譜法的基本原理主要是離子交換。作為固定相的離子交換樹脂中可離解的離子與流動相中帶有同等電荷的溶質離子之間發生可逆交換，不同的離子與樹脂有不同的結合能力，從而被分離并由檢測器檢測。

一般離子色譜的固定相可分為陽離子交換劑和陰離子交換劑兩大類。在陽離子色譜中常用帶有磺酸離子交換官能團的陽離子交換樹脂;而在陰離子色譜中常用帶有季銨鹽離子官能團的陰離子交換樹脂。分析樣品時淋洗液攜帶組分離子通過離子交換柱時，組分離子與樹脂中的可交換離子發生可逆交換并最終達到平衡：

陽離子交換：RNH3+Y-+X-=RNH3+X-Y-

陽離子交換：RSO3-Y++X+=RSO3-X+Y+

離子和固定相離子官能團的結合力越弱，分配系數就越小，保留時間越短;反之則分配系數大，保留時間也長，從而使不同目標離子分離開來。

2.2 離子色譜儀簡介

環境樣品檢測中用到的離子色譜儀主要由淋洗液輸送模塊、自動進樣器模塊、色譜柱、抑制器、電導檢測池、數據記錄和處理模塊等組成。

分析樣品時，自動進樣器會采集水樣通過輸液泵勻速送入帶前置保護柱的色譜柱，各目標組分被色譜柱分離，依次隨淋洗液進入抑制器降低背景電導，隨后再依次送入電導池檢測，由數據系統記錄并處理形成最終報告。

3 離子色譜樣品的預處理方法

合適的樣品的前處理方法及其實施是保證待測試樣被準確定性定量的關鍵，也是大大擴展離子色譜應用檢測范圍的關鍵。環境監測中常見的離子檢測項目涉及水、氣、土壤等。離子色譜雖然高效靈敏，但其進樣體系需為均質水溶液、有較大的分離度且待測離子有較強響應。如果試樣成分復雜、有較多干擾離子，比如工業廢水、土壤提取液、廢氣吸收液等體系，或者標準采樣采得的樣品待測組分含量過低，如某些金屬離子的檢測，這就需要針對不同的樣品作合適的前處理。

3.1 膜處理法

環境監測中對離子色譜樣品的預處理中，濾膜過濾是最常用的方法。一般可用0.45μm濾膜或濾頭直接過濾水樣消除不溶性顆粒物，儀器中如果有預處理模塊的也可在線處理。

3.2 固相萃取發

在對待測水樣中的有機污染物、干擾離子進行處理時，可使用固相萃取法濃縮污染物去除基體干擾，便捷快速，準確有效，并且萃取柱可重復使用。

3.3 浸出法

在處理土壤、氣體吸收濾膜等固體樣品時，可使用浸出法提取待測組分。操作中可以水、淋洗液等作為浸取溶劑，同時用磁力攪拌或超聲等方式提升浸取效率和速度。

3.4 氧化消解法

離子色譜法在測定某些特定項目，比如總磷、總氮、硫化物、二氧化硫、氮氧化物時，需要對水樣進行氧化消解，將待測組分轉化成相應的穩定離子后再進行檢測。實驗室中可用過硫酸鉀高溫高壓消解，也可用紫外光-過氧化氫體系消解，制得的樣品體系簡單且回收率高。

4 離子色譜在環境檢測中的應用

20世紀70年代，Small等人[1]開創了離子色譜法測定環境中痕量陰、陽離子之后，憑借其低檢測限、高靈敏度、高選擇性以及快速的特點，其重要性比肩高效液相色譜法、氣相色譜法和毛細管電泳法。在環境檢測中，離子色譜法還具有低污染、易維護的特點，堪稱實驗室檢測方法的首選。

4.1 離子色譜在環境水質檢測中的應用

環境水質特別是地表水常規監測項目中，離子色譜是應用最廣泛的儀器之一，可對氟化物、氯化物、硫酸根、硝酸根等大部分無機陰離子、大部分堿金屬、堿土金屬以及銨根離子直接進行分析。此外，對水樣以適當方式消解后（如紫外雙氧水消解、過硫酸鉀消解等），可測定總磷和總氮;對硫化物可經酸化氮吹吸收、過氧化氫氧化為硫酸根后測定;氰化物酸化蒸出后可直接測定氰根離子[2]。

4.2 離子色譜在環境土壤檢測中的應用

土壤中的無機陰陽離子含量是環境監測中的一類重要指標，不僅關系水體質量、農業安全，還與癌癥以及地方病有所關聯[3]。由于土壤成分復雜，ICP只能檢測金屬陽離子，AAS、

AES、SP等方法一次只能測定一個元素或一種離子，尤其是分光光度法，不僅效率低、步驟多、干擾大，還產生大量廢液，給環境造成額外負擔。只有離子色譜法，可在土壤樣品以合適方法提取后，直接對提取水樣進樣檢測，同時得到一系列陰離子或陽離子數據。

4.3 離子色譜在環境空氣檢測中的應用

隨著社會發展以及人們對空氣質量的日益重視，環境空氣的各檢測項目重要性也日益體現。在實際的監測工作中，大氣中的氟化物、硫酸鹽化速率、二氧化硫、氮氧化物、鹽酸霧、硫酸霧、硫化氫、氨氣等是常規的檢測項目，選擇合適的提取方法、相應的吸收試劑，就能直接或間接地進行測定，簡便可靠，靈敏度高。

5 離子色譜法與其他常用檢測方法的比較

在環境樣品的監測分析過程中，現行國家標準和環境標準對陰、陽離子的監測方法有多種，常見的有滴定法、碘量法、電極法、分光光度法以及ICP、AAS等。表1是常見幾種陰離子常規方法所涉及的主要試劑，從中可以發現，經典方法使用的試劑復雜多樣，既有酸堿，也有有機試劑、重金屬試劑等，且操作步驟繁多系統誤差大，這也是離子色譜最大的優勢所在。

6 結論

綜上，通過離子色譜技術在環境監測中的廣泛應用，可高效準確地對水環境、大氣環境和土壤環境進行監測，提供詳實可信的數據信息。離子色譜儀器結構簡潔，維護簡便，色譜柱選擇豐富，而且相對于其他常見的實驗方法，離子色譜無須煩瑣的試樣準備過程，無須配制各種成分復雜的試劑，產生的廢液組分簡單可控，對環境友好，二次污染小，這在實驗室環境要求日益嚴格的今天尤為可貴。有條件的實驗室還可增加梯度淋洗模塊和淋洗液在線生成模塊，以得到更穩定可靠的數據。因此，在國家對生態環境保護日趨重視的今天，以離子色譜技術統一實驗室對環境中離子的檢測是十分必要和迫切的。

【參考文獻】

【1】Small H，Steven T S，Bauman W C.Novel Ion Exchange Chromatography with Low-Conductivity Eluents[J].J Chromatogr，1979，18（6）：509-519.

【2】姜占元.分光光度法與離子色譜法測定飲用水中氰化物的比較[J].中國校醫，2018，32（11）：857-858.

【3】劉海艷，李躍鵬，姚志宏，等.離子色譜技術在土壤離子監測中的應用[J].安徽農業科學，2016，44（03）：166-168.