水環境監測中離子色譜技術應用問題及改善策略探究

楊柳

（甘肅省平涼生態環境監測中心，甘肅 平涼 744000）

水環境監測主要運用物理、化學或生物技術手段，對水環境的組成部分及水中污染物進行綜合、系統地分析，以此判斷水質情況。水環境監測過程科學精確，數據完整可靠，對水環境質量及污染發展趨勢具有準確的考量和判斷。近年來，離子色譜技術已廣泛應用于水環境的監測分析，在當前的水環境監測過程中具有重要作用。該技術實現了對水資源中無機陽離子、陰離子等物質的深入分析，并能監測出水資源使用過程中存在的問題，因而可有效避免水污染現象，提高整體水資源利用率。但在實際應用中仍然存在一些問題，文中分析了問題所在，并提出改善策略，以利于離子色譜技術的發展和進步。

1 離子色譜技術相關概述

1.1 離子色譜技術的概念

離子色譜概念于1975年被提出，是高效液相色譜的一種，故又稱為高效離子色譜（HPIC）或現代離子色譜。離子色譜法是根據樣品陰陽離子在離子交換劑（固相）和淋洗液（液相）之間的擴散系數有所不同，進而使預測成分與干擾多組分分離出來的一種固-液分離法。離子色譜技術主要通過離子色譜儀來完成檢測工作[1]，離子色譜儀由輸送系統、進樣系統、分離系統、檢測系統、數據處理系統等構成（見圖1）。

圖1 離子色譜儀構成系統

1.2 離子色譜技術的優勢

1.2.1 程序簡單

不同于其他的監測體系和監測儀器，離子色譜監測主要通過離子色譜儀完成，程序大同小異，操作流程簡便。主要程序（見圖2）為：先對淋洗液系統進行必要檢查，打開氣瓶開關，打開淋洗液系統氣源裝置，調節減壓閥。然后打開外接設備，如電腦、打印機等，并對設備進行上電操作，并進入系統操作面板。接著打開泵，待泵壓力穩定后再打開抑制器電源，在進入色譜柱之前通過進樣器將樣品導入，流動相將樣品帶入色譜柱，在色譜柱中各組分被分離，并依次隨流動相流至檢測器。檢測器檢測到的信號傳至數據系統，利用操作界面做完樣品后，選擇檢測標準進行數據處理，對采集的數據進行記錄、處理、打印或者保存等操作，最后操作關機。系統關機時，需要根據檢測樣品的不同選擇不同的關機步驟。

圖2 離子色譜儀主要操作程序

1.2.2 效率高

傳統監測方法和監測儀器工作過程繁瑣，操作復雜，耗費人力物力。相比之下，離子色譜技術在水環境監測過程中，從監測開始到數據呈現在10分鐘內即可完成，且數據科學精準，可信度高。其次，離子色譜技術在分析過程中呈現出PPb級別、PPt級別的分析敏度，縮短了分析時間，提高了工作效率[2]。與傳統監測方法相比，其高效率主要體現在即使水樣主體復雜多變，面對不同的水樣，離子色譜只需經過濾、稀釋等簡單的前處理，即可快速、準確地完成監測。其中，出廠水、自來水直接進樣；地下水，井水稀釋10倍；河水稀釋50倍；污水不進樣，且一次進樣可同時測定多種陰或陽離子，因而可成倍提高監測效率。

1.2.3 檢測能力高

1.2.4 設備損壞率低

離子色譜儀多數是由特殊材質制成的，如玻璃、塑料等，即使被測樣本復雜，污染程度高，也絲毫不會影響設備的運行，不會對設備的質量造成損壞。只要科研人員和離子色譜儀操作人員正常使用、科學操作，儀器腐蝕、損壞等現象基本不會發生。

隨著現代科技的發展，離子色譜儀各核心部件已經全面升級，智能啟動、智能維護、智能關機等，多數儀器具有自動泵后沖洗、智能切換維護、在線氣液分離、漏液自動報警等功能，真正實現了自主可控、性能穩定、智能化高，且實現了各通道同時獨立運行，互不干擾。隨著技術智能化的加入，設備的功能更加豐富，同時降低了損壞和維修的速度。

1.2.5 應用范圍廣

離子色譜技術不僅應用于水環境監測中，還因其精確、簡易、高效、穩定，也被廣泛應用于對大氣、土壤的監測。現階段，離子色譜技術已經發展成熟，形成了自己的監測體系和產品。其范圍包括實驗室離子色譜、便攜離子色譜、在線離子色譜、離子色譜輔助設備、離子色譜聯用系統、專用離子色譜系統等內容，在環境、飲用水、食品、半導體、鋰電池、醫療等行業，可提供全面和專業的離子監測解決方案，并提供監測結果數據。

2 水環境監測中離子色譜技術應用存在的問題及處理方法

離子色譜技術的發展已經較為成熟，有完善的監測機制和運行程序。然而，在對水環境進行監測的實際應用中，由于各種原因，離子色譜技術監測程序中會出現應用問題，從而影響監測工作。

2.1 平流泵流路中頻繁產生氣泡現象

因過濾頭平時未置于水中，干燥后吸附的氣體會產生氣泡，解決的方法是，在通水情況下，打開平流泵排氣旋鈕，同時要不斷振動濾頭，直至將氣體排干凈。若因室內溫度過高，去離子水脫氣不干凈，分析過程中所用的淋洗液必須用脫氣的去離子水配制。如不進行脫氣，由于實驗用水長期置于空氣中，其內部的氣體已經處于飽和狀態，在，而碳酸鹽體系淋洗液的抑制產物為H2CO3，在壓力低的情況下（柱出口處）容易析出CO2氣體，并形成氣泡混雜在流路中進入電導池，造成基線的劇烈波動，特別是在室溫較高時尤其要進行脫氣。因濾頭堵塞，吸水時會造成負壓，產生氣泡，所認此時應該將濾頭取下，放入1 moL/L硝酸對甲醇1：1溶液的燒杯中，用超聲波清洗。

根據分析的結論，求得上述各市州的農業循環經濟效率交叉平均值。因此各個市州的農業循環經濟效率值優劣順序分別為，鄂州(0.97)、武漢(0.91)、宜昌(0.78)、黃石(0.72)、十堰(0.62)、咸寧(0.61)、黃岡(0.55)、孝感(0.54)、襄陽(0.49)、隨州(0.46)、荊門(0.41)、荊州(0.38)。

2.2 輸液系統的壓力過高

在使用離子色譜儀之前，首先需要設定好其高壓極限壓力，范圍一般在15 MPa左右，當設備的壓力升至高壓極時會自動關閉，當壓力超過了正常壓力的30%時，即為壓力過高[4]。壓力高主要是因為當有機溶劑與水混合時，由于溶液的黏度、密度變化，壓力也會升高；當流速超過正常壓力0.7 mL/min時，壓力也會升高；某段管子堵塞造成系統壓力突然升高，此時應檢查離子色譜儀各個接頭是否已經擰緊，如有松動，請立即擰緊。另外還要安裝穩壓器，盡量避免其他強磁性儀器在附近產生干擾。

2.3 離子分離度不好

淋洗液濃度選擇不當或樣品濃度過高，都會導致離子分離度不好。在具體操作過程中，當淋洗液的濃度過高時，應適當調節淋洗液的比例；樣品濃度太高時，還應該在適當地稀釋樣品后再進行分析；當色譜柱被污染和柱效下降時，應清洗或者更換新的分離柱；如果系統有慢性泄漏使分離度降低時，應及時進行維修。

2.4 離子色譜儀常見的錯誤操作

離子色譜儀的程序簡單，但如不科學正確地操作，易出現故障。當淋洗液基體中有高電導物質時，應及時更換配液水或者試劑。通常進樣閥的堵塞，需在開泵狀態下卸開每一個孔路，然后觀察流液情況并進行確定和相應的沖洗處理。樣品、淋洗液中的雜質累積會造成色譜柱污染，出現分離度變差、保留時間改變、峰不對稱等情況。如果色譜柱被污染，可以使用高濃度的有機溶劑如丙酮進行清洗，清洗完后用較稀的淋洗液置換。如果量程選擇不對也會對監測結果產生影響。在對陽離子進行分析時，因淋洗液的背景電導過高，較低的量程檔位會造成過高的電導值顯示，此時需要重新選擇量程。當壓力指示異常時，離子色譜流泵單向閥就會被污染，如果淋洗液或水中有少量的固體雜質，單向閥污染后會產生壓力不穩定，甚至壓力為0的現象，解決的方法是更換單向閥或將單向閥取下后清洗后再裝上。如果儀器出現接地不良情況時，要保持良好的接地線。

3 水環境監測中離子色譜技術的改善策略

3.1 改善原則

3.1.1 科學性原則

在水環境監測過程中，應注意離子色譜儀的科學操作，并制定有實際效果的設計使用方案，通過科學調整離子色譜儀參數，確保監測數據的科學有效。在檢測過程中，技術人員和操作人員應該注重使用規范，科學操作，謹防技術盲區，杜絕因操作不當造成的數據誤差。此外，要定期、定時對離子色譜儀進行保養維護，以減少其損壞率。隨著科術的不斷發展，離子色譜儀使用了更精密的電機，因而更加可靠耐用、科學有效，在實現自動化、智能化的同時，更具有科技感，所以使離子色譜技術的應用更具有科學性。

3.1.2 實用性原則

水環境監測中離子色譜技術的實用性較高，主要用于實時監測和預測現有水質問題，因此，在檢測過程中要實時關注數據結果，完善監測應用程序，并與環境監測進行有效地結合，形成科學的使用體系，提高監測效率。

3.2 改善方法

離子色譜監測技術主要是離子色譜儀的應用，在實際操作過程中，雖然有各種各樣的具體問題，但工作人員需更加關注普遍問題，總結普遍規律，提出普遍性的改善策略，從而提高離子色譜儀的監測效率，促進離子色譜技術水平的提高。

3.2.1 選擇工具時應注意水體過濾效率

在水環境監測過程中，過濾膜尤為重要，決定著水體的過濾效率。選好待測樣本后開始過濾，過濾膜應厚度適宜，才能可有效阻擋樣本中的大顆粒物質，避免管道堵塞，提高過濾效果。

3.2.2 前期準備時應注意水體成分的復雜性

水環境復雜多樣，在對其進行監測時，多以工業用水 和污染水體為主，因而成分較為復雜。所認無論是出于科研需要，還是社會發展需要，相關人員都要注重水體成分的復雜性，這既是對儀器的保護，也有利于提高監測效率，減小誤差。對于成分復雜的水樣，如有必要，可以應用淋洗液先對水樣稀釋 后再進行分析測定。

3.2.3 具體操作時應注意穩定溫度

離子色譜技術在監測過程中，不僅要 重視前期的準備工作，在使用過程中還要時刻注意監測的準確度。其中，監測環境的溫度對監測結果影響較大，且影 響數據的準確性。因此在監測過程中，要時刻保持環境溫度的穩定，關注溫度的變化，必要時還應利用溫度可控設備或儀器保證環境溫度的穩定。

3.2.4 監測完成后應注意離子色譜儀的定期維護

離子色譜儀雖然操作簡單便捷，但具有較高的精密性，不僅在使用前要注意樣品的預處理，在使用后尤其要注意對儀器進行定期保養和維護。為了確保儀器管路和分離柱的暢通，工作人員需要定期使用淋洗液對色譜柱進行清洗或更換。此外，在每次工作完成后，最好用高濃度淋洗液沖洗整個管路系統，謹防堵塞。相關人員在操作時，一定要嚴格按照操作指示進行，因其具有較高的精密度，極小的失誤就可能使儀器損壞，造成損失，因而定期對設備進行精準核查，注重日常維護，可確保監測的準確度。

4 結語

當代環境建設尤其重視生態，其理念是在保護中發展，在發展中保護。綠水青山就是金山銀山。水環境監測對于環境建設、人類用水條件和社會的可持續發展具有重要意義[5]。水環境監測集民生和實用為一體，是現階段發展環境和美化生活的重要舉措。離子色譜技術作為水環境監測的重要技術手段和關鍵程序，因其操作簡單、效率高且投資少而被廣泛應用。隨著時代發展需要，相關領域應加大離子色譜技術的研發力度，并結合水環境監測的多重需求，加大技術、資金的支持，不斷進行科技創新，逐步完善監測體系，使離子色譜技術具有更廣泛的應用。