離子色譜法和紫外分光光度法測定天然地表水中硫酸根離子的對比

劉 鵬，朱中竹，賈 麗，郭 偉，商書芹

(濟南市水文局，山東 濟南 250014)

環境中有許多金屬離子可以與硫酸根結合成穩定的硫酸鹽，大氣中硫酸鹽形成的氣溶對材料有腐蝕破壞作用，危害動植物健康，而且可以起到催化作用，加重硫酸霧毒性，隨降水到達地面以后破壞土壤結構，降低土壤肥力，對輸水系統造成腐蝕。地表水中硫酸鹽的測定方法一般有：重量法、紫外分光光度法、比濁法及離子色譜法。其中紫外分光光度法所需設備簡單，但操作過于繁瑣，而離子色譜法簡便、高效，在實驗室中的應用也越來越廣泛。

1 方法與材料

1.1 測定原理

1.1.1 離子色譜法測定原理

水樣中待測離子隨碳酸鹽、重碳酸鹽淋洗液進入離子交換柱系統(由保護柱和分離柱組成)，根據分離柱對各陰離子的不同親合度進行分離，已分離的陰離子流經陽離子交換柱或者抑制器系統轉換成高電導度的強酸，淋洗液則轉變成為弱電導度的碳酸。由電導檢測器測量各陰離子組分的電導率，以相對保留時間和峰高或者峰面積定性和定量。

1.1.2 紫外分光光度法測定原理

在酸性溶液中，鉻酸鋇與硫酸鹽生成硫酸鋇沉淀，并釋放出鉻酸根離子。溶液中和后多余的鉻酸鋇及生成的硫酸鋇仍是沉淀狀態，經過濾除去沉淀。在堿性條件下，鉻酸根離子呈現黃色，測定其吸光度可知硫酸鹽的含量。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 主要儀器

離子色譜儀：青島盛瀚色譜技術有限公司產CIC-200型離子色譜儀，電流75 mA，流量0.7 mL/min，色譜柱貯溫箱溫度45.0℃，配ALLTECH580自動進樣器，進樣量100 μL，可自動稀釋。

紫外分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司產TU-1810DPC型紫外分光光度計，配UVWIN5版電腦操作軟件與1 cm比色皿。

1.2.2 所需試劑

標準溶液：硫酸鹽標準溶液(1000 mg/L)。

實驗用水：電導率小于0.5 μS/cm的超純水(去離子水)。

淋洗液：稱取0.3816 g碳酸鈉溶于1 L水中。

鉻酸鋇懸濁液：稱取19.44 g 鉻酸鉀(K2CrO4)與24.44 g 氯化鋇(BaCl2·2H2O)，分別溶于1 L超純水中，加熱至沸騰。將兩溶液傾入同一個3 L 燒杯內，此時生成黃色鉻酸鋇沉淀。待沉淀下降后，傾出上層清液，然后每次用約1 L 超純水洗滌沉淀，共需洗滌5次左右。最后加超純水至1 L，使成懸濁液，每次使用前混勻。每5 mL 鉻酸鋇懸濁液可以沉淀約48 mg硫酸根(SO42-)。

(1+1)氨水。

鹽酸溶液：2.5 mol/L。

1.3 試驗方法

1.3.1 離子色譜法標準曲線的繪制

分別取1.00、2.50、5.00、10.00、20.00 mL硫酸鹽標準溶液(1000 mg/L)于100 mL容量瓶中，用超純水稀釋至標線，其濃度分別為10.00、25.00、50.00、100.00、200.00 mg/L。以峰面積為縱坐標，SO42-濃度為橫坐標，用最小二乘法計算校準曲線的回歸方程，繪制標準曲線。

1.3.2 紫外分光光度法標準曲線的繪制

分別取0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00、10.00 mL硫酸鹽標準溶液(1000 mg/L)于150mL錐形瓶中，用超純水稀釋至50 mL，其濃度分別為0.00、10.00、20.00、60.00、100.00、140.00、200.00 mg/L。向標準溶液中加入1 mL 2.5 mol/L 鹽酸溶液，加熱煮沸5 min 左右。取下后再加2.5 mL 鉻酸鋇懸濁液，再煮沸5 min 左右。取下錐形瓶，稍冷后，向各瓶逐滴加入(1+1)氨水至呈檸檬黃色，再多加2 滴。待溶液冷卻后，用慢速定性濾紙過濾，濾液收集于50 mL 比色管內(如濾液渾濁，應重復過濾至透明)。用超純水洗滌錐形瓶及濾紙三次，濾液收集于比色管中，用超純水稀釋至標線。在420 nm 波長，用1 cm比色皿測量吸光度。以吸光度(A-A0)為縱坐標，SO42-濃度為橫坐標，繪制標準曲線。

2 結果與討論

2.1 標準曲線對比

選取低濃度標準樣品與高濃度標準樣品各一支，將離子色譜法與紫外分光光度法兩種方法的檢測結果進行對比，見表4。

表1 離子色譜法標準曲線

表2 紫外分光光度法標準曲線

表3 兩種方法標準曲線對比

由表1、2、3可知，兩種方法與SO42-濃度之間的線性關系都較好，相關系數大于0.999，兩種方法的線性關系相當。

2.2 標準樣品對比

表4 兩種方法標準樣品對比

由表4可知，兩種方法對低濃度和高濃度標準樣品的檢測均能得到滿意結果，且離子色譜法的精密度(相對標準偏差)和準確度(相對誤差)也都優于紫外分光光度法。

2.3 天然地表水對比

選取河流湖泊等天然地表水四份，將離子色譜法與紫外分光光度法兩種方法的檢測結果進行對比，見表5。

表5 兩種方法天然地表水對比

由表5可知，兩種方法對天然地表水的檢測結果無明顯差異，地表水中硫酸根離子的檢測使用兩種方法都可以。

3 結論

通過此次對比研究可知，離子色譜法與紫外分光光度法都滿足檢測天然地表水的要求，其精密度和準確度都較好。離子色譜法操作用時較長，但可以同時檢測多種無機陰離子，操作過程簡便，使用試劑少，對環境造成的二次污染要小。紫外分光光度法檢測過程用時較短，但操作過程復雜繁瑣，且使用試劑量大，對實驗者和環境的潛在影響要大。同時，通過實驗對比可以得出離子色譜法的精密度和準確度在一定程度上要優于紫外分光光度法。對于實驗者來說，離子色譜法更易操作，尤其是在大批量水樣的情況下，其優勢更加突出，極大的減少了工作量，提高工作效率。