土壤離子監(jiān)測中離子色譜技術的運用

許江輝，周書祥，趙香樊

（1.玉溪市環(huán)境監(jiān)測站，云南 玉溪 653100；2.澄江縣環(huán)境監(jiān)測站，云南 玉溪 652500）

土壤中的無機陰離子含量與當?shù)丨h(huán)境息息相關，如果超標可能引起地方性疾病或者癌癥，嚴重影響當?shù)鼐用裆睢ｋx子色譜技術是液相色譜技術的重要組成部分，用于分析被測物質中的陰離子和陽離子[1]。其工作原理為離子交換，根據(jù)離子性物質對交換樹脂的親和性不同，分理出不同離子，再用電導檢測器檢測分離物電導變化。

1 離子色譜技術監(jiān)測土壤離子的原理

以土壤中的陰離子為例，如果要用離子色譜技術對其進行監(jiān)測，首先監(jiān)測土壤隨淋洗液（NaHCO3和NaCO3）進入分離柱的變化情況，土壤中的陰離子與分離柱的交換樹脂（R-HCO3）通過離子交換，完成分離。隨后，分離后的陰離子進入抑制柱（R-H），發(fā)生如下反應：

式中，X為試樣土壤中的F-、Cl-等陰離子。相應的陰離子與對應的鹽NaX生成相應的酸性物質，由于其具有較高的電導率，可用電導檢測器檢測分離物電導變化，轉化為相應的峰值。最后，根據(jù)峰高，通過比較標準溶液曲線進行定量。

2 離子色譜技術監(jiān)測土壤的優(yōu)勢

2.1 操作簡單，靈敏度高，有較高的準確率

目前，傳統(tǒng)的測定土壤中陰離子的方法有容量法、滴定法、閉塞法等，這些方法操作復雜，步驟冗長，準確度較低。但隨著近年來離子色譜技術的成熟，其在土壤離子監(jiān)測方面的優(yōu)勢漸漸體現(xiàn)出來。相較于傳統(tǒng)方式，離子色譜技術的測定速度快，自身能避免受到有機質的影響。例如，在測定土壤中的氟離子時，傳統(tǒng)氟離子測定方法的電極容易受到污染，影響最終數(shù)值的準確性。但是，離子色譜技術可以避免其他金屬離子的干擾，并且不需要苛刻的試驗環(huán)境，偏差小，準確率高[2]。

2.2 能同時測定多種離子

以土壤中的鈉、鎂、鈣、鉀等金屬離子為例，其測定方法都有各自缺陷。操作較為煩瑣，容易受到干擾，因此結果并不是很準確。試驗消耗的試劑較多，無法同時測定上述四種元素。原子吸收法操作較為煩瑣，無法一次測定多種元素，只能一次測定一種元素，隨后就需要對器材進行更換和重新預熱[3]。而發(fā)射光譜法雖然可以同時測定上述四種離子，但是儀器價格昂貴。相比之下，離子色譜技術能夠同時測定多種離子，器材價格低廉，操作簡便，在眾多離子測定方法中脫穎而出。

2.3 應用范圍廣泛

現(xiàn)代離子色譜技術的應用范圍十分廣泛，除了可以用于土壤中不同離子的監(jiān)測，大氣環(huán)境、水環(huán)境中的樣本監(jiān)測都可以采用離子色譜技術。離子色譜技術分析速度快，結果準確，靈敏度高，可以實現(xiàn)多種離子同時監(jiān)測，除了環(huán)境監(jiān)測，其在食品制造、石油化工、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等領域都得到廣泛使用。隨著離子色譜技術的不斷發(fā)展，以后，該技術還會在更多領域得到應用。

3 離子色譜技術在土壤樣品預處理中的應用

在利用離子色譜技術對土壤離子進行監(jiān)測時，土壤樣本為固體，因此需要經(jīng)過一系列的處理才能利用離子色譜技術進行分析，排除監(jiān)測中的干擾項，提高結果的準確率和測定時的靈敏度。

3.1 固相萃取法

固相萃取法是較為常見的一種樣品預處理方法，操作簡便，所需樣品數(shù)量較少，準備過程快，試驗過程中所受污染因素較少，因此使用程度較為廣泛。例如，有研究利用固相萃取法處理土壤樣品，通過離子色譜技術測定土壤中的氟離子，結果準確，精密度較高[4]。

3.2 溶劑提取法

溶劑提取法主要通過不同的溶劑對土壤樣本進行提取，如水、酸、堿等淋洗液，主要針對土壤樣本中的可溶性成分。

3.3 高溫爐焙燒法

這種方法主要應用于金屬和非金屬元素的測定。在測定過程中，一般需要加入固定劑，針對不同的金屬和非金屬元素，所加的固定劑也不同。隨后，將樣本送進高溫爐煅燒，之后用去離子水進行溶解。但是，在這種情況下，樣品自身濃度很高，因此還需要進一步處理。采用陽離子樹脂柱進行離子交換。

4 離子色譜技術監(jiān)測土壤離子時可能存在的問題

離子色譜技術應用于土壤離子監(jiān)測的優(yōu)勢較為明顯，但是在實際操作過程中還存在一些可能影響最終結果的問題，需要在以后的試驗中多加注意。

4.1 合理選擇取樣量

在對所測土壤進行取樣時，取樣量的選擇很關鍵。取樣量偏小，樣品中各離子的含量低，缺乏實際意義；取樣量偏大，樣品中各成分含量大于標準值，所測離子的分離效果被大大降低，影響試驗結果。因此，試驗前要根據(jù)情況選擇取樣量。

4.2 樣品凈化與干擾的去除

土壤樣品為固體，其提取液自然會含有沉淀物和漂浮顆粒物。因此，離子色譜測定前要對提取液進行過濾，排除干擾。一般在土壤樣品經(jīng)過去離子水溶解后，要通過特定濾膜進行過濾。但是，過濾前要對濾膜進行多次洗滌，因為濾膜內(nèi)含有無機陽離子，會進入預處理的提取液中，在測定時對分析造成干擾，影響最終結果的準確性，因此這個問題要多加注意。

4.3 特定離子很難被準確測定

在監(jiān)測一些特定離子時，其結果很容易被其他離子的色譜峰覆蓋。例如，在測定亞硝酸根時，其結果很容易被氟離子所干擾，很難準確測定其濃度。這時可以提高淋洗液濃度，增強色譜柱對氟離子的靈敏度，降低干擾。

5 利用離子色譜法測定土壤中的3種陰離子

以土壤中的氯離子、硫酸根離子和硝酸根離子為例，利用離子色譜技術對土壤中的上述三種陰離子進行監(jiān)測。

5.1 土壤樣品預處理

本試驗對土壤樣品進行去離子水提取，通過振蕩和超聲法進行處理，形成提取液。為了盡量排除其他離子干擾，充分提取樣品中的陰離子，因此設置正交試驗對土水比、振蕩時間和超聲時間進行優(yōu)化。為了減小試驗=驗誤差，使結果更為準確，應盡量選擇更接近于野外狀況的土水比。本試驗為接近真實情況，采取1∶1的土水比，另外設置其他三種土水比作為正交試驗的三個對比項。振蕩時間和超聲時間同理，分別選擇1、2、4 h和20、40、60 min，分別考察三種影響因素，具體結果如表1所示。

表1 土水比對比項

根據(jù)表1結果進行正交試驗，結果如表2所示。

表2 正交試驗

由表2可知，對陰離子提取量影響最大的為土水比的選擇。土水比過高時，后續(xù)的凈化過濾提取液難度加大，無法有效提取陰離子；土水比過低時，陰離子的含量增高，最終結果也不準確。因此，最佳選擇的土水比為1∶10，輔以振蕩時間2 h，超聲時間60 min。

5.2 離子色譜圖

以上述樣品進行分析，得到的離子色譜圖為圖1所示。

圖1 樣品離子色譜圖

5.3 標準曲線和檢出限

分別取混合溶液0.00、1.00、3.00、5.00、7.00、9.00 mL，并分別配置氯離子、硫酸根離子、硝酸根離子濃度為0.00、1.00、3.00、5.00、7.00、9.00 mg/L的混合標準系列溶液，對其進行測定。其線性參數(shù)和檢出限如表3所示，通過相關系數(shù)可知，該方法有良好的相關性。

表3 線性參數(shù)和檢出限

5.4 精密度試驗

將上述土壤提取液重復分析10次，測定氯離子、硫酸根離子、硝酸根離子的含量，計算測定值的相對標準偏差，結果如表4所示。

表4 精密度試驗結果

由表4可知，該方法測定出的相對標準偏差都在一定范圍之內(nèi)，說明精密度高，最終結果較為準確。

6 結語

本文主要介紹了離子色譜技術的工作原理，分析了離子色譜技術應用于土壤離子監(jiān)測中的優(yōu)勢，并強調(diào)了在工作過程中可能存在的問題，最后以測定土壤中的三種陰離子試驗為例，證實了離子色譜技術靈敏度高，結果準確，可以廣泛應用于土壤陰離子的測定中。