離子色譜法在環境監測中的應用

文_丁小嬌 深圳市生態環境監測站大鵬分站

1 離子色譜法概述

1.1 主要原理

離子色譜是高效液相色譜的一種，因此又叫高效離子色譜或現代離子色譜，與傳統的離子交換色譜有著一定的差異，主要表現在樹脂具有很高的交聯度和較低的交換容量，進樣體積比較小，用柱塞泵輸送淋洗液并對淋出液進行自動連續性電導檢測。

一臺離子色譜儀由6個系統組成，分別是淋洗液輸送系統、進樣系統、分離系統、抑制和衍生系統、檢測系統、儀器控制和數據采集處理系統。以泵為淋洗液輸送動力，通過離子交換分離，柱后連接抑制器來降低背景電導，提高靈敏度，電導檢測器檢測，以保留時間定性，峰高或峰面積定量。

離子色譜根據其分離機理可分為離子交換色譜、離子排斥色譜和離子對色譜。其中，離子交換色譜被廣泛地應用于地表水中無機陰離子和陽離子含量的檢測分析，根據樣品中各待測離子與固定相帶電荷基團之間的相互作用力不同，其在色譜柱中的保留時間不同，被淋洗液洗脫出來的時間不同，從而將樣品中的待測離子逐一分離。離子排斥色譜與離子交換色譜相比，應用范圍較窄，主要應用于分離測定弱離解的有機酸、無機酸及某些分子型樣品。

1.2 主要性能特征

環境監測中采用離子色譜法可以對不同金屬離子中的化學成分進行檢測，以及對有機性陽離子、堿性重金屬、重金屬、有機酸化物、堿性稀土的輕金屬及稀土的陽離子等進行檢測。這樣既可以對常量與微量進行分析，還可以與富集技術進行結合分析痕量與超痕量，可見其已經成為環境監測中的重要方法，同時，其檢測精度、靈活性及選擇性等相對較強，可以應用到大氣質量檢測、水資源保護監測及土壤污染監測等。其主要特征表現在：①應用范圍相對較廣。現階段離子色譜法不僅被應用到環境監測方面同時也被應用到食品、醫藥等領域中。②實現離子與離子間的自由交換與配對。離子色譜技術是在高效液相色譜技術中發展而來的，所以其樹脂都具有一定電荷，同時可以實現離子與離子間的交換與配對，將無機離子分離。在實現離子間交換劑配對后可以進行吸附與解吸平衡。

1.3 離子色譜儀

環境監測中使用離子色譜法必須充分應用離子色譜儀。離子色譜儀中主要包括淋洗液輸送模塊、色譜柱、自動進樣器模塊、電導檢測池、抑制器、處理模塊及數據記錄等，在進行樣品分析工作時可以采用自動進樣器，利用其來采集水樣并通過輸入泵逐漸的將水輸送到保護柱的色譜柱中，不同目標組可以被色譜柱分離然后均勻的被輸送到抑制器中來降低背景導電現象，最后再輸入到電導池中進行檢測，被數據系統記錄后形成可行性報告。

2 離子色譜法在環境監測中的應用

2.1 水環境監測中的應用

水環境監測過程中采用離子色譜法，可以同時分析水中的陰陽離子提升工作效率，同時提高監測結果的準確性。通常采用重量檢測法與鉻酸鋇光度法檢測水環境中硫酸鹽含量，但這兩種方法整體過程相對復雜，所需時間相對較長。在采用離子色譜法進行水環境監測后，即使水環境相對復雜，也只需要對樣品進行過濾、稀釋等簡單處理后就可以在同一時間對不同種類的陽離子與陰離子進行檢測，有效避免了二次污染。同時可以檢查出痕量與超痕量，可以實現對工業及生活污水等水樣的檢測與分析。

2.2 大氣環境監測中的應用

人們的日常生活與大氣環境質量有著直接的關系，大氣環境質量可以影響人們的身體健康，可見對大氣環境進行監測的重要性。氯化氫是大氣環境污染中比較常見的物質，假如生活的環境中有垃圾處理站點，當進行垃圾處理時塑料焚燒就會產生較多的氯化氫，當氯化氫含量超過相關標準后就會導致大氣環境的污染，同時氯化氫的味道非常刺激，會給人們的呼吸道及粘膜帶來損傷，嚴重的話會導致人體中毒，所以在進行大氣環境監測時應重點關注氯化氫監測。如果采用傳統監測技術進行大氣環境監測無法準確的檢測出氯化氫的具體含量，但在應用離子色譜法后卻可以提升氯化氫檢測準確性，從而保證大氣環境監測質量，得到具體的氯化氫含量。我國在2016年就制定了相關標準對離子色譜法使用過程中所采用的儀器、材料、計算方式、表示方法、儀器精準度及計算準確性等進行了明確規定，更加提升了離子色譜法監測大氣中氯化氫實際含量的準確性。

2.3 土壤環境監測中的應用

以土壤中的陰離子為例，如果要用離子色譜技術對其進行監測，首先監測土壤隨淋洗液（NaHCO3和NaCO3）進入分離柱的變化情況，土壤中的陰離子與分離柱的交換樹脂（R-HCO3）通過離子交換，完成分離。隨后，分離后的陰離子進入抑制柱（R-H），發生如下反應：

式中，X為試樣土壤中的F-、Cl-等陰離子。相應的陰離子與對應的鹽NaX生成相應的酸性物質，由于其具有較高的電導率，可用電導檢測器檢測分離物電導變化，轉化為相應的峰值。最后，根據峰高，通過比較標準溶液曲線進行定量。

3 離子色譜儀器應用過程中的問題

3.1 監測水中亞硝酸鹽中氮含量的問題

水中的亞硝酸鹽氮主要來源于水中的含氮有機物的初始污染，經微生物作用后分解而來。亞硝酸鹽氮是含氮化合物分解的中間產物，會受到溫度、pH值等影響，在一定的條件下可氧化成硝酸鹽，也可被還原成氨，給監測工作帶來一定難度，影響監測結果的準確性。因此，監測水中亞硝酸鹽中氮含量需在取樣后盡快監測，同時選擇合適的峰高，保證峰高定量選擇的合理性。

3.2 測量水環境中氟離子含量

檢測氟離子含量是水環境監測中的重點，但氟離子易受乙酸、甲酸或水電導的影響，導致氟離子含量檢測出現偏差。因此在環境監測中應嚴格控制水中離子與電導，首先可以利用純度相對較高的去離子水作為流動相；其次在進行實驗時應將電導放到最低，從而保證水環境中電導的統一性，保證電導中的標準曲線與待檢測樣本的一致性。最后應保證標準曲線繪制的準確性及氟離子鋒面積積分的準確性，避免峰面積給曲線所帶來的影響，提升水中氟離子檢測結果的準確度。

3.3 抑制器使用狀態給監測結果帶來的影響

在使用離子色譜儀進行監測時會因抑制器使用狀態導致監測結果出現偏差。若抑制器長時間不使用其中的水分會揮發導致微膜水分減少出現破裂現象，此時抑制器就會出現漏液、抑制能力降低或電導上升等情況，影響抑制器使用效果。此外，在實際使用過程中抑制器中也會因有機大分子、重金屬離子等受到污染，快速降低抑制器容量，影響峰面積與峰高。

3.4 分離度下降后會影響到保留時間

在環境監測的實際應用中，離子色譜色譜柱的分離性能會隨著時間和樣品分析量的增加而逐漸降低，影響待測組分定量的準確性。針對這種現象，監測人員應加強對色譜柱的日常維護，加大對樣品的處理力度，并定期用高濃度的淋洗液來沖洗色譜柱，進而有效提高色譜柱的有效性和監測的準確性。

4 充分做好日常保養及維護工作

環境監測中使用的離子色譜儀屬于大型精密儀器，因此在使用時應充分做好日常養護與維護工作，從而保證精準性，延長其使用年限。在進行日常養護與維護工作時可以使用沖洗液沖洗離子色譜儀柱，有效避免導管堵塞及監測過程中產生大氣泡，保證儀器的清潔度。但在進行清洗的過程中應采用分離清洗的方式，按照流程進行，滿足相關指標要求，根據品牌、型號、規格等選擇具體的方法，從而保證日常養護與維護效果。

5 結語

現階段離子色譜法已經成為環境監測中的主要技術之一，可為環境監測中的各項工作提供更大的發展空間，對環境監測工作有著指導性作用。在科學技術不斷發展、生態環境保護工作要求不斷提升的過程中離子色譜法也不斷被優化，所得到的監測結果也更加準確，在未來離子色譜法將會得到更廣泛的應用。