水質監測中離子色譜的應用探究

張慧虹

（廣東鶴山北控水務有限公司，廣東 江門 529700）

1 離子色譜法概述

離子色譜法是指以離子交換柱為基礎，通過離子遷移差異進行物質的分離，并通過相關儀器設備進行檢測和分析的一種技術。就離子色譜法而言，其主要分為以下幾類：高效離子交換色譜（HPIC）；離子對色譜（MPIC）；離子排斥色譜（HPIEC）。不同離子色譜法的分離機理不同，其中HPIC的分離機理主要是離子交換，MPIC的分離機理是離子對的形成，而HPIEC為離子排斥。在實際應用過程中，應用最為廣泛的就是離子交換，而在水質監測中主要是通過該分析方法來檢測和分析陰陽離子，進而達到水質監測的目的[1]。離子色譜方法具有一定的優點，具體來說包括：一是快速方便，能夠快速分析陰陽離子的濃度、精密度等，其中陰離子包括F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-等，陽離子包括 Li+、Na+、NH4+、K+等；二是靈敏度高，能夠更加精確地分析出離子的濃度范圍，如在50μg/L的進樣量，F-檢測限小于1μg/L，通過富集或者加大進樣量，檢測限可達到pg/L，能夠實現高純水的檢測；三是具有較好的選擇性，因為色譜柱的種類較多，在對不同離子進行分析時應選擇適宜的色譜柱，同時還要選擇合理的分離方法和檢測方法，如分析有機酸是離子排斥柱的重要選擇。

2 離子色譜法在水質監測中的應用

2.1 無機陰離子、陽離子的分析

與傳統的化學檢測分析相比，離子色譜分析法具有速度快、效率高的優勢，并且可以通過一次進樣、梯度淋洗的方法，實現飲用水陰離子的有效測定，甚至可以在半小時內完成36種陰離子的分離。而對于陽離子的分析，主要是通過使用淋洗劑（二肢基丙酸和鹽酸）的抑制型離子色譜來實現，將陽離子交換固定相在苯乙烯聚合物表面，與磺酸基陽離子交換乳膠進行聚合，由于堿土的親和力要大于堿金屬離子，通過等濃度淋洗一次進樣，難以同時將兩組離子分離。隨著科技的不斷發展，對分離柱進行了改良，新型的分離柱能夠將陽離子的交換位置改變，同時還能對其選擇性和密度進行改變[2]。在上述基礎上，再進行等濃度淋洗一次進樣，就能夠實現堿金屬離子和堿土離子的分離，且分離時間較短，十五分鐘內就可以完成。

2.2 有機酸、堿的分析

在分析有機酸、有機堿過程中，離子色譜法也是一種重要的分析方法。在多元酸、控酸等發生衍生反應后，會出現組分揮發的現象，從而難以通過氣相色譜來完成相應的分析，此時，就需要離子色譜法進行分析。新型的排斥柱離子填料，包括普通排斥柱的陽離子交換基團，起基代替OH基能和位于填料弱離子交換處的CO基產生氫基，增強了氨基酸的分離選擇性。這種離子排斥分離模式可以測定近50種可溶性的有機酸，可以定量分析36種有機酸。

2.3 復雜樣品的分析

隨著科學技術的發展，離子色譜分析方法也得到了一定的發展，可以實現多種離子物質的同時分離，如較為復雜的水樣品中，同時含有無機陽離子、陰離子和其他有機物，就可以通過單株離子色譜法，來測定樣品中的Cl-、Ca+的含量，再通過洗脫液的作用，來測定有機酸和陰陽離子的含量。

3 實例分析

3.1 水樣品試驗

3.1.1 試驗儀器和試劑

試驗中需要的主要儀器有：離子色譜儀（美國戴安ISC1500）、自動淋洗液發生裝置、AS陰離子分析柱、AG陰離子保護柱、ASRS/AMMS陰離子連續自動再生微膜抑制器、色譜工作站。離子色譜儀主要由高壓輸送泵、淋洗液發生器、進樣閥、分析柱等構成。通過離子色譜儀進行離子分析、檢測，主要的原理和步驟：一是校正離子色譜儀；二是比較樣品數據，對樣品離子進行定量、定性分析；三是通過色譜工作站對樣品濃度進行自動計算，并總結為相應的結果報告[3]。在試驗過程中，還需要配制一些試劑，主要包括以下幾項：其一，去離子水的制備，通過微孔濾膜（0.45μm）進行過濾，且保障水沒有經過電滲析處理；其二，混合標準貯備液的配制，在1000mg/L的標準溶液中，F-為 20mg/L、Cl-為 40mg/L、SO42-為 100mg/L、NO3-為40mg/L；其三，根據所需要的標準樣品的濃度，用去離子水進行稀釋。

3.1.2 分析前準備工作

在進行開機之前，要對淋洗液和再生液進行檢查，保障其儲量的充足。同時還要對壓縮氣瓶、淋洗液瓶的輸出壓力進行調節，使得壓縮氣瓶的輸出壓力為0.2MPa、淋洗液瓶的輸出壓力為0.034MPa。在上述情況下，打開電源、柱溫箱的開關，清理管路、泵內的氣泡，開泵啟動儀器。當達到6.9MPa的壓力時，打開RFC-30面板上AES/SRS、EGC開關。將待測樣品進行過濾、脫氣，并清理干凈一些顆粒物質等，在基線保持穩定后，進行待測樣品與標準樣品的分析。

3.1.3 進樣分析

1.0 ml/min為默認流速，淋洗液的KOH濃度為每升20mmol，進樣的體積為50μl。在其他條件不變的情況下，對色譜柱的溫度進行調節，從而觀察陰離子的變化值，本實驗的柱溫設置為 20℃、25℃、30℃、35℃。實際分析時，選取 30℃的柱溫進行分析測定。在標準曲線與水樣的分析條件相同的前提下，用離子色譜儀專用注射器吸取0.5ml的水樣進樣分析，用峰面積或峰高標準曲線法定量分析。

3.2 結果與分析

3.2.1 標準曲線

用混合標準貯備溶液配制梯度濃度分別進樣，標準曲線及保留時間、回歸方程、相關系數如下圖、下表所示。陰離子洗脫順序為 F-、Cl-、SO42-、NO3-，保留時間分別為 3.01min、4.12min、6.28min、6.89min。

監測項目 保留時間（min） 回歸方程 相關系數F-C l-S O 4 2-N O 3-3.0 1 4.1 2 6.2 5 6.8 9 Y=0.4 2 2 X+0.0 0 9 Y=0.2 9 6 X-0.0 5 4 Y=0.2 2 2 X-0.1 0 4 Y=0.1 6 6 X-0.0 6 1 0.9 9 9 8 0.9 9 9 9 0.9 9 9 9 0.9 9 9 3

3.2.2 檢出限

空白水進樣6次，進行測定各種陰離子標準偏差。并按照公式：，計算出離子色譜儀檢出限，從而得出了各離子的檢出限，分別為 F-為 0.016mg/L、Cl-為 0.104mg/L、SO42-為 0.133mg/L、NO3-為 0.008mg/L。

4 結語

總之，離子色譜法具有靈敏度高、選擇性好、方便快速等優點，在水質監測中發揮著重要作用。該方法的應用能夠更好地監測水質狀況，在保護水環境的同時，為人們提供更加安全、優質的水資源。