離子色譜法在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

沈柳君(云南省生態(tài)環(huán)境廳駐文山州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，云南 文山 663099)

1 離子色譜法概述

離子色譜法是一種新型高效液相色譜法，可廣泛應(yīng)用于水中有機(jī)離子和無機(jī)離子的檢測(cè)。離子交換色譜法與傳統(tǒng)離子交換色譜法的主要區(qū)別在于樹脂的高收斂性、低開關(guān)功率、采用活塞傳遞樣品和采用連續(xù)電導(dǎo)法測(cè)定樣品中離子物質(zhì)的含量，具有反向交換的性質(zhì)，利用這種材料作為附著手段，不僅可以有效地交換樣品，而且可以用適當(dāng)?shù)娜芤呵逑矗员闳芤褐械碾x子可以與之離子交換，從而形成反向交換技術(shù)。在連續(xù)的吸附和解吸過程中，可以達(dá)到最佳的離子平衡，更準(zhǔn)確地確定樣品中的離子含量。

1.1 氣相色譜法

氣相色譜法是一種分離和測(cè)定多組分混合物的方法。氣相色譜法固定在固定相上，固定相包括氣阻相和氣液相。氣相色譜法是一種吸附劑。自20世紀(jì)60年代以來，氣相色譜已廣泛應(yīng)用于水、土壤、大氣等樣品的分析。氣相色譜法在揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物的分析中有很大的優(yōu)勢(shì)。我國共發(fā)現(xiàn)有毒污染物68種。

1.2 高效液相色譜法

高效液相色譜(HPLC)具有高壓、高速、高效、高靈敏度和高應(yīng)用性等特點(diǎn)。它能對(duì)80%以上的持久性有機(jī)污染物進(jìn)行定量和定性分析。高效液相色譜法(HPLC)已廣泛應(yīng)用于土壤和水樣中各種有機(jī)污染物的測(cè)定，如酚類、氯代有機(jī)農(nóng)藥、藻酸鹽、陰離子等[1]。

1.3 離子色譜法

離子色譜法是一種高效液相色譜法，其原理是利用陰離子交換柱分離陰離子樣品和陰離子。泵入柱后，用筒內(nèi)分離器置換陰陽離子，再加入少量樣品，即離子濃度大于漂洗液濃度時(shí)，隨著總離子濃度的增加，柱上出現(xiàn)脈動(dòng)，形成正值；相反，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)負(fù)面提示。取樣后，填充液中的離子轉(zhuǎn)移到柱中，樣品離子沿柱移動(dòng)。不同的離子樣品以不同的速度移動(dòng)，洗滌液在離子交換色譜中具有以下性質(zhì)。這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代離子色譜，有效地降低了離子色譜的背景。離子色譜可分為離子抑制和離子分離兩部分。離子色譜法是同時(shí)快速分析不同組分中痕量陰離子的唯一方法。離子交換色譜在環(huán)境、化學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著離子交換色譜技術(shù)的發(fā)展，特別是雨水發(fā)生器、城市供水、電子工業(yè)等領(lǐng)域的不斷推廣，離子交換色譜檢測(cè)將突出高效的優(yōu)點(diǎn)。離子交換色譜法和質(zhì)譜法工作良好。改進(jìn)了離子交換色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)。實(shí)現(xiàn)等離子體質(zhì)譜與離子交換色譜的結(jié)合，不僅深化了離子色譜的應(yīng)用，而且成為離子交換色譜發(fā)展的重要推動(dòng)力。

2 環(huán)境監(jiān)測(cè)的必要性

環(huán)境監(jiān)測(cè)是人類對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)量，反映環(huán)境質(zhì)量的活動(dòng)。隨著人類生活水平的提高，為了更好地了解環(huán)境污染狀況，為制定環(huán)境保護(hù)目標(biāo)創(chuàng)造依據(jù)，環(huán)境狀況也令人擔(dān)憂。霧污染、酸雨、土壤鹽漬化等環(huán)境問題，湖泊富營養(yǎng)化和工業(yè)生產(chǎn)中的土壤污染日益明顯；但是，污染物在沒有污染控制的情況下進(jìn)入自然環(huán)境，包括小污染物的突然長期積累，給人類生命帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)；持久性有機(jī)污染物的危害及污染物的多樣性，其功能復(fù)雜、隱蔽，環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)更為復(fù)雜、耗時(shí)。

3 缺乏傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法

3.1 設(shè)備更新緩慢

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備不斷更新以滿足生產(chǎn)需要，但由于加工投資不足，設(shè)備更新?lián)Q代緩慢，特別是有機(jī)物等化學(xué)品處理效率低下，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備管理方法已不能滿足環(huán)境管理的要求。

3.2 數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不能滿足實(shí)際需要的原因有很多：監(jiān)測(cè)中存在人為誤差引起的誤差，如化學(xué)分析和樣品監(jiān)測(cè)由于受到化學(xué)和物理因素的影響，不能達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)，為了獲取利潤，企業(yè)可以高估排放和污染數(shù)據(jù)，然后以最低的成本獲得更多的利潤。

3.3 監(jiān)測(cè)方法和更新技術(shù)。

新的環(huán)境問題層出不窮，可能在一些領(lǐng)域造成前所未有的環(huán)境壓力，包括化學(xué)品和環(huán)境污染。例如，持久性有機(jī)污染物和水體富營養(yǎng)化，需要先進(jìn)的設(shè)備、方法和技術(shù)來量化水質(zhì)和資源配置，需要傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，如綠色氣味檢測(cè)、感官方法等獨(dú)特的環(huán)境分析方法。監(jiān)測(cè)技術(shù)需要足夠的人力物力，這也是技術(shù)更新的主要原因。

4 離子色譜在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

離子色譜法主要用于各種離子的測(cè)定，能有效地檢測(cè)有機(jī)陰離子、堿金屬、堿土金屬、重金屬、稀土離子和有機(jī)酸。它不僅可用于常量和痕量分析，還可用于靈活性、選擇性和靈敏度的分析。它已成為環(huán)境分析不可缺少的工具，廣泛應(yīng)用于水、空氣和土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)。

4.1 離子色譜法在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在工業(yè)化進(jìn)程中，我國水污染日趨嚴(yán)重和復(fù)雜。準(zhǔn)確了解水質(zhì)是水污染的基本狀態(tài)，作為一種簡單的水質(zhì)控制方法，離子色譜法與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，特別適用于水溶液中低濃度陰離子的測(cè)定，以水中硫酸鹽的定義為例，傳統(tǒng)的重量定義具有明顯的優(yōu)越性。雖然這種檢測(cè)方法比較準(zhǔn)確，但為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須先去除水中的有機(jī)物，再進(jìn)行檢測(cè)。用離子色譜法，樣品處理非常簡單，即使土壤可能非常復(fù)雜，微量元素和超聲波成分也可以用離子色譜法測(cè)定，正常水通常需要20～30 min，很快檢測(cè)出氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽，為了保證檢測(cè)儀器和色譜柱在檢測(cè)過程中的安全，樣品必須經(jīng)過預(yù)處理，使其不含大直徑物質(zhì)[2]。

4.2 使用離子色譜法監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)造成的空氣污染日益嚴(yán)重。離子色譜法可用于測(cè)定和測(cè)量空氣、環(huán)境、氣溶膠、粉塵等空氣污染物。有必要用吸收液吸收、溶解大氣污染物，然后更換相應(yīng)的色譜柱，準(zhǔn)確分析大氣污染物的組成，為防治大氣污染提供積極的技術(shù)支持。

4.3 離子色譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

目前，土壤中陰離子(氯、硫酸鹽、溴化物、碘)和有機(jī)酸(草酸、黃油酸)的污染日趨嚴(yán)重。然后用與水相對(duì)應(yīng)的恒相分析法測(cè)定土壤中的離子含量。

5 常規(guī)預(yù)處理

5.1 水溶液樣品的預(yù)處理

5.1.1 膜處理

膜過濾是離子色譜法中最常見的水溶液預(yù)處理方法。這種方法只能除去不溶物顆粒中的雜質(zhì)。樣品通常采用0.45或0.22過濾微孔膜直接進(jìn)樣。如果樣品需要在線處理或在管道中使用此方法，則需要砂濾器。

由于膜處理的局限性，超濾、透析、電滲析等技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。透析是高濃度通過離子交換膜擴(kuò)散到低濃度的過程，在膜的基礎(chǔ)上通過選擇性選擇去除某些離子或?qū)⑵涮砑拥綕舛绕胶庵校浑姖B析是一種特殊的透析過程，外加電場(chǎng)能提高透析活性。它能有效去除顆粒物和有機(jī)污染物，但也能去除重金屬離子。它是處理復(fù)雜基體樣品最有效的方法之一。

5.1.2 固相萃取

固相萃取(SPE)是我國離子色譜最常用的前處理方法。通過反相萃取、離子交換、螯合樹脂等方法可得到不同的溶液。固相微萃取也可用于傳統(tǒng)的固相萃取。SPME柱可以通過樣品濃度和底物吸收的反向過程多次使用，為SPME在離子色譜中的應(yīng)用提供了方便。

5.1.3 溶劑萃取

溶劑萃取是一種傳統(tǒng)的濃縮技術(shù)。雖然它有毒且昂貴，但在某些情況下使用它是有用的。

5.1.4 超臨界流體萃取

高臨界液相萃取(SFE)是近年來的研究熱點(diǎn)之一。SFE的密度接近于液體，擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間。樣品制備時(shí)間大大縮短。提取過程可以在幾分鐘內(nèi)完成。溶劑強(qiáng)度可通過改變壓力和溫度來控制，允許選擇性萃取。

5.2 固體樣品預(yù)處理程序

5.2.1 分解法

膜處理和固相萃取都只能用于溶液樣品的處理。對(duì)于固體樣品，必須將樣品轉(zhuǎn)化為溶液。因此，在大多數(shù)情況下，固體樣品分解，固體樣品中的非金屬元素轉(zhuǎn)化為酸(因?yàn)橛性S多分析方法)。固體樣品通常用于鑒定非金屬元素，然后用離子色譜法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

最方便的樣品處理方法是氧氣瓶或氧彈的燃燒。 由于復(fù)雜樣品中金屬和非金屬元素的高氧化性，紫外線是最有效的方法之一。

5.2.2 洗滌方法

對(duì)于固體樣品，有時(shí)無需測(cè)定總非金屬含量、某些陰、陽離子在水中或在特定條件下的溶解情況，因此必須選擇適當(dāng)?shù)南礈旆椒ā?/p>

為了加快酸化、振動(dòng)、超聲波等方法的速度，可以通過添加適量的酸、堿液、鹽或緩沖液來提高吸收效率。

為了測(cè)定固體樣品中的氟化物含量，可將被測(cè)樣品和硫酸放入蒸餾容器，待添加以供收集。注：樣品中的氟化物含量可通過三重蒸餾和分餾或通過測(cè)量和添加三種類型的餾分(稱為直接蒸餾法)獲得。

6 離子色譜護(hù)理

離子色譜儀精度高，運(yùn)行中必須定期維護(hù)。為了保證分離塔的平穩(wěn)運(yùn)行，防止河中形成氣泡，可每兩周用洗滌劑對(duì)塔進(jìn)行一次清洗，以檢查塔的性能。每個(gè)樣品在試驗(yàn)過程中都經(jīng)過清洗和處理，以避免損壞裝置，如果在試驗(yàn)過程中檢測(cè)到重疊的尖峰，則表明分離器已被污染，應(yīng)按照相關(guān)清潔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清潔。質(zhì)檢專家應(yīng)定期對(duì)設(shè)備的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

7 結(jié)語

目前，離子色譜作為一種標(biāo)準(zhǔn)的分析方法，具有高硬件、、高精密度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品、化工、電子等領(lǐng)域。