離子色譜技術在環境監測中的應用

孫小平 張士光

（山東省聊城生態環境監測中心，山東 聊城 252000）

在水污染、空氣污染等較為嚴重的當下，如何對環境進行有效監測，自然成為社會各界所關注的焦點。要想使環境監測發揮出應有功能，不僅要對有機物進行分離并監測，還要將無機物納入測定范疇。而對離子色譜加以應用，可使上述難題迎刃而解，通過高效分離并準確監測陰陽離子含量的方式，為環保決策的制定提供支持，圍繞該技術展開討論很有必要。

1 離子色譜監測原理及特征

1.1 監測原理

作為一種高效液相色譜，離子色譜和交換色譜的區別如下：離子色譜所用樹脂的交聯度較高且交換容量偏低，其進樣體積往往可因此而得到有效壓縮[1]。若以分離機理為依據，可將離子色譜劃分成對色譜、交換色譜還有排斥色譜，經過交換樹脂的離子，在樹脂所具有親和力的影響下，通常會在不同時間節點被洗脫，進而達到分離的目的。對色譜所依托多孔樹脂的特點是無離子交換基團存在，通過吸附的方式，保證所形成離子對數量可達到預期。對色譜的應用方向，主要是對過渡金屬和活性離子進行分離。交換色譜所采用交換樹脂的容量相對較小，強調以離子所存在作用力為依托，保證分離效果達到預期，通常被用來分離陰陽離子。排斥色譜所采用樹脂的容量較大，基于排擠效應對電力組分進行排斥，同時保留少量弱酸，這也決定其更適合被用來分離糖類、有機弱酸以及氨基酸。

1.2 技術特征

在環境監測環節對離子色譜加以應用，可做到準確測定各類金屬離子所含有化學成分，另外，該技術還可被用來對稀土陽離子、有機陽離子等元素進行高效檢測，真正做到以分析微量和常量為前提，結合富集技術對痕量還有超痕量進行分析。測定流程如圖1 所示[2]。

圖1 離子色譜儀運行流程

在圖1 中，1 指代洗脫液。2 和6 指代低壓泵。3 指代注射閥。4 指代分離柱。5 指代混合器。7 指代反應試劑。8 指代反應盤管。9 指代流通池。10 指代檢測器。11 指代計算器。該方法所具有技術特征可被概括如下：一是具有較為廣泛的應用范圍，既能夠被用來監測環境，在醫藥和食品檢測過程中，同樣發揮著重要作用。二是為離子提供自由配對以及交換的平臺。由于離子色譜的前身為高效液相色譜，這決定其樹脂普遍帶有電荷，可被用來為離子配對與交換提供支持，在分離無機離子的前提下，通過吸附還有解吸的方式，使離子呈現出相對平衡的狀態。

2 基于離子色譜的環境監測分析

2.1 水質監測技術的應用

2.1.1 無機陽離子

該技術可被用來對水體所含K+、Mg2+等無機陽離子進行測定，測定結果如表1 所示。事實證明，離子色譜的優勢主要體現在便于操作方面，通常只需要進行簡單的預處理，便可對不同組分進行同步測定。我國的林紅梅等學者提出了基于離子色譜對海水陽離子進行高精度分析的方法，強調將甲烷磺酸作為淋洗液，在將流速控制在每分鐘1mL 左右的前提下，對海水常見陽離子進行分析，該方法的檢出限相對較低，在精密度還有線性方面均具有突出表現。

表1 水體無機陽離子測定結果

實驗證明，利用不同濃度淋洗液對水溶性離子進行分離，其分離效果往往有所不同，具體情況如圖2 所示。

圖2 不同濃度萃取劑對各離子進行分離的情況

隨著技術的發展，對水體進行測定時，可供技術人員選用的萃取劑類型也有所增加，既有常規的水，還有甲醇和乙醇，不同萃取劑對應不同萃取效率，相關數值見表2。

表2 不同萃取劑對應萃取效率

2.1.2 無機陰離子

現階段，離子色譜主要被用來對水體所含F-和Cl-等無機陰離子進行測定。傳統測定法以離子選擇電極、分光光度為主，上述方法均有較為明顯的不足存在，例如，無法保證靈敏度、測定流程相對繁瑣等，用對測定流程進行了簡化的離子色譜替代傳統方法是大勢所趨。我國學者先后利用該方法對地下水、飲用水進行了測定，最終結果表明，該技術可在降低檢出限的基礎上，對準確度還有精密度進行提高。另外，對飲用水進行測定的樣品回收率較傳統方法有明顯改善，這表明對其進行推廣很有必要。

2.2 土壤監測技術的應用

對土壤環境進行監測的流程如下：第一步，隨機對監測土壤進行取樣；第二步，根據條件選擇溶液浸取或超聲波，對樣本離子進行準確提取；第三步，通過分析提取所得樣本離子的方式，得出最終結論[3]。實驗流程如圖3 所示。在此過程中，離子色譜的作用，主要是對土壤消解液、提取液所含離子的相關信息進行有效測定，完成HPLC 及GC 技術所無法完成的高難度分析。

圖3 離子色譜測定土壤環境的流程

對土壤硫濃度進行計算的公式為：

在該公式中，C 指代硫濃度，單位是mg/kg。V 指代硫酸根濃度，單位是mg//L。ρ 指代樣品溶液體積，單位是ml。D 指代稀釋倍數。m 指代樣品質量，單位是g。另外，在離子色譜持續發展的當下，可被用來監測土壤環境的技術也逐漸趨于完善，監測范圍較之前具有明顯擴展。現階段，基于離子色譜對土壤進行監測已成為大勢所趨，相關技術的測定對象，逐漸由早期的單一電解質向糖類和維生素進行延伸，不僅監測工作更加全面，測定所得結果的可靠性、科學性也因此而得到了有力保證。以陰離子的測定為例，對離子色譜加以應用的步驟如下：先對分離柱內淋洗液、土壤含量及其變化幅度進行監測，再以離子為載體，對分離柱所含交換樹脂、土壤所含陰離子進行交換。待分離完畢，陰離子將被盡數送往抑制柱。這一環節所發生反應可用以下化學式進行描述：

在上述化學式中，X 指代樣品所含陰離子。陰離子和鹽發生反應，通常有酸性物質生成，由于酸性物質的電導率相對較高，只需憑借電導檢測儀，便可對電導變化進行精準檢測，通過將檢測值向峰值進行轉化的方式，參照標準曲線完成定量操作。

2.3 大氣監測技術的應用

事實證明，利用該技術對原有技術進行替代，一方面可突破環境制約，使操作流程得到簡化，另一方面能夠減少測定工作所需藥品的種類與數量，使測定成本得到有效控制，此外，測定靈敏度也可最大程度接近理想水平，分析濃度往往能夠達到mg/L，如果條件理想，還有可能達到 μg/L。

3 結論

現階段，離子色譜已被廣泛應用于環境監測相關領域，作為液相色譜分支之一，該技術的優勢有目共睹。要想基于離子色譜使環境得到全方位保護，關鍵是要對日常維護引起重視，通過認真分析監測所得各項數據的方式，保證環保決策的制定有據可循。未來該技術的主要發展方向是和大型設備聯用，相關人員應對此引起重視。