離子色譜同時檢測水中4種陽離子的快速測定方法研究

趙 云

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116000)

鉀、鈉、鈣、鎂是地球上含量最高的元素之一，是水體的主要陽離子，廣泛存在于各種天然水體中，含量占到金屬元素總含量的99%以上[1- 2]。通過飲水可獲取一定量的鉀、鈉、鈣、鎂元素滿足人體的金屬元素生理功能需要。鉀鈉含量高會影響飲用水的鹽度，而高含量的鈣鎂會使水體硬度升高，水的硬度與心血管疾病發病率之間有統計學顯著逆相關性[3- 5]。目前鉀、鈉、鈣、鎂的檢測方法主要有絡合滴定法、火焰原子吸收法、離子色譜法、火焰發射光譜法等[6- 7]。火焰原子吸收法雖然是國標方法，但該法每次測定鉀、鈉、鈣、鎂離子時只能測定一種元素，比較費時而且需要更換和預熱相應的空心陰極燈。離子色譜具有快速、選擇性好、靈敏、簡便的特點，可同時測定多種組分。本文通過對方法的精密度、準確度、回收率等方面進行測定，驗證了采用離子色譜法檢測地表水中陽離子的可行性。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑

鉀標準溶液(GSB 04—1733—2004，濃度為1000mg/L)、鈉標準溶液(GSB 04—1738—2004，濃度為1000mg/L)、鈣標準溶液(GSB 04—1720—2004，濃度為1000mg/L)、鎂標準溶液(GSB 07—1285—2000，濃度為500mg/L)均購自水利部水環境標準物質中心；甲基磺酸(優級純)由國藥集團化學試劑有限公司生產，配制成濃度為20mmol/L，經超聲脫氣排泡后作淋洗液。實驗用水均為優普(ULUPURE)超純水機制取的電阻率為18.2MΩ·cm的超純水。

1.2 實驗儀器及工作條件

ICS- 90A美國戴安離子色譜儀(分離柱Dionex IonPacTMCS12A+保護柱Dionex IonPacTMCG12A)；AS-DV40自動進樣器；DS5電導檢測器；抑制器ASRS-4mm；色譜數據采集和處理采用變色龍Chromeleon 6.8軟件。流動相淋洗液流速1.00mL/min；進樣量25μL；抑制電流59mA；測定溫度為20～25℃。

1.3 水樣的采集與保護

選用封閉性好、硬質的500mL聚乙烯瓶，采集水樣要當天測定。為避免水中雜質堵塞分析柱和保護住，樣品用0.45μm聚醚砜濾膜過濾后進樣。

1.4 方法原理

離子色譜法分離的原理是基于樣品在流動相與鍵合在基質上的離子交換基團之間的離子交換過程[8- 10]。離子色譜包括流動相傳送部分、色譜分離柱、變色龍數據處理軟件和抑制型電導池4個主要部分。以甲基磺酸溶液作為流動相，色譜分析柱根據不同離子的親和力進行分離，變色龍Chromeleon 6.8數據處理軟件設置儀器的工作條件，抑制型電導檢測器測量各種離子的電導率。標準曲線以色譜峰面積為縱坐標，離子濃度為橫坐標，出峰時間定性離子類別，根據待測樣品的色譜峰面積大小與標準曲線點的色譜峰面積大小進行比較得出待測離子濃度。

2 結果與討論

2.1 混標工作曲線

鉀、鈉、鈣和鎂標準溶液不需要稀釋，直接從安瓿瓶中用移液槍加入到容量瓶中。移液槍分別移取鉀、鈉和鈣標液1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL于6個50.00mL容量瓶中，然后分別移取鎂標準溶液0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL于同一系列容量瓶中，加超純水定容至刻度線，混勻?；鞓蒜洝⑩c和鈣標準曲線濃度分別為20.00、40.00、60.00、80.00、100.00、120.00mg/L；鎂標準曲線濃度分別為5.00、10.00、20.00、30.00、40.00、50.00mg/L。利用離子色譜儀測定峰面積，以峰面積-濃度繪制曲線，鉀校準曲線的結果為：Y=0.150X-0.719，線性相關系數為0.9994；鈉校準曲線的結果為：Y=0.090X-0.229，線性相關系數為0.9995；鈣校準曲線的結果為：Y=0.203X-0.026，線性相關系數為0.9997；鎂校準曲線的結果為：Y=0.129X+0.008，線性相關系數為0.9996，4種離子標準曲線均達到0.999以上，線性關系良好。

2.2 儀器的準確度分析

購于水利部水環境監測中心的水中無機鹽成分分析標準物質，標號為GBW(E)080112。其中鉀離子標準值為14.40±0.51mg/L，鈉離子標準值為27.20±1.1mg/L，鈣離子標準值為35.20±1.2mg/L，鎂離子標準值為12.30±0.43mg/L，見表1。對標準物質重復進行6次室內平行測定。數據表明，鉀鈉鈣鎂4種離子的檢測結果全部在標準樣品濃度誤差范圍，標準偏差小，說明離子色譜法測定水中鉀、鈉、鈣、鎂離子準確度較高。

表1 離子色譜法測定標準物質

2.3 精密度實驗

分別對第三個標準溶液曲線點進行6次重復進樣，鉀、鈉和鈣離子濃度均為60.00mg/L，鎂離子濃度為20.00mg/L，見表2。

結果表明，4種陽離子濃度的相對標準偏差RSD為0.36%～2.00%，變異系數小，精密度好。

2.4 加標回收率的測定

選取大連市某河流水進行加標回收率測定，測試結果見表3。離子色譜法測定4種陽離子的加標回收率為95.3%～101.2%，說明離子色譜法測得的飲用水中的陽離子方法可靠，符合水環境監測規范的要求。

表3 加標回收率結果

3 結論

本文研究了在選定的色譜條件下，采用離子色譜法測定地表水中鉀鈉鈣鎂4種常見的陽離子。實驗一次進樣25μL可在20min內同時測定4種陽離子，具有較高的靈敏度和準確度，重復性好，減少了實驗室條件和人工操作等諸多因素帶來誤差的影響，極大地提高了實驗室數據的精密度和準確度。隨著高性能離子色譜分析柱技術的研制與應用，離子色譜法在水質監測分析中將會有更廣泛的應用前景。

表2 離子色譜法的精密度