分析離子色譜技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

張水榮

（大理白族自治州生態(tài)環(huán)境局祥云分局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，云南 大理白族自治州 672100）

作為現(xiàn)代儀器分析中的一項技術(shù)，離子色譜技術(shù)的應(yīng)用能夠針對生態(tài)環(huán)境起到全方位精準(zhǔn)監(jiān)測的作用，可以實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的連續(xù)監(jiān)測。為了確保該技術(shù)在生態(tài)環(huán)境測定中為監(jiān)測人員提供可靠的參考依據(jù)，明確技術(shù)步驟，切實圍繞技術(shù)應(yīng)用問題提出改進(jìn)對策，以期在離子色譜技術(shù)輔助下妥善處理環(huán)境污染問題。

1 離子色譜技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用價值

1.1 促進(jìn)多領(lǐng)域協(xié)調(diào)發(fā)展

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測過程中，離子色譜技術(shù)的應(yīng)用價值較為突出，其中最為關(guān)鍵的是，此項技術(shù)的合理運用可以促進(jìn)多領(lǐng)域協(xié)調(diào)發(fā)展。因其歸屬于現(xiàn)代儀器分析范疇，在實際應(yīng)用階段，除了應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測，還能在土壤環(huán)境、工業(yè)企業(yè)環(huán)境中進(jìn)行高效應(yīng)用，從而促使工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域建立協(xié)調(diào)的共生關(guān)系，貼合新時代綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念[1]。

1.2 維護(hù)生態(tài)環(huán)境安全

生態(tài)環(huán)境保護(hù)作為踐行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的重要事項，若能充分應(yīng)用離子色譜技術(shù)，針對環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合監(jiān)測，將有助于及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染問題，也能為有關(guān)部門有序開展環(huán)境治理工作提供寶貴的參考數(shù)據(jù)，自此實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的安全有效維護(hù)。

2 離子色譜技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用范圍

2.1 大氣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

離子色譜技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中，可以將其應(yīng)用在大氣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中。因空氣質(zhì)量多危及民眾健康，故而采用離子色譜技術(shù)對大氣環(huán)境中的二氧化硫、氯化氫以及氮氧化物進(jìn)行精準(zhǔn)測定，可掌握大氣中各種污染源濃度，而后對照大氣質(zhì)量指數(shù)，判定當(dāng)前大氣環(huán)境的達(dá)標(biāo)率。自然保護(hù)區(qū)在大氣環(huán)境監(jiān)測中，需要將二氧化硫濃度控制在0.05 mg/m3以下，而住宅區(qū)則在0.15 mg/m3以下，工業(yè)區(qū)大氣環(huán)境中富含的二氧化硫不宜高于0.25 mg/m3。在參照各種污染源濃度控制標(biāo)準(zhǔn)對大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行合理評估時，離子色譜技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)濃度值的準(zhǔn)確測定。此處以大氣生態(tài)環(huán)境中氯化氫作為測定對象，闡述此項技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用步驟[2]。

首先，需要提前準(zhǔn)備好技術(shù)應(yīng)用所需儀器與設(shè)備，包括每分鐘采樣流量為1 L以內(nèi)的空氣采樣器、25 mL與75 mL不同規(guī)格的沖擊式吸收瓶、離子色譜儀、10 mL注射器、0.45 μm乙酸纖維微孔濾膜等，而后使用洗液對吸收瓶等儀器進(jìn)行沖洗，將電導(dǎo)率控制在1 μs/cm以下；其次，準(zhǔn)備充分后應(yīng)當(dāng)對空氣進(jìn)行采樣，并在濾膜作用下獲取空氣樣本，保持長達(dá)45 min的連續(xù)采樣。在采樣后應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)步驟對樣本進(jìn)行保管，并將其放入實驗室，等待離子色譜儀的精準(zhǔn)監(jiān)測。其中還需確定色譜條件，如100 μL的進(jìn)樣體積，29.5 ℃至0.5 ℃的柱溫，每分鐘1 mL的流速，之后需要制定氯化物標(biāo)準(zhǔn)溶液，結(jié)合（圖1）所示的操作流程，繪制對應(yīng)的“氯離子濃度－峰面積曲線圖”；最后，需要參照計算公式求取大氣中氯化氫濃度（ρ）。

圖1 大氣中氯化氫采樣示意圖

其中ρ1與ρ2、ρ0、Vn、nHcl、ncl－分別指代的是具塞比色管試樣制備試料的氯離子濃度（第一支與第二支）、空白試樣試料氯離子濃度、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣樣本體積、氯化氫與氯離子的摩爾質(zhì)量（36.45 g/mol與35.45 g/mol）。計算后則對照空氣中氯化氫濃度標(biāo)準(zhǔn)，確定當(dāng)前采樣區(qū)域大氣環(huán)境的氯化氫達(dá)標(biāo)情況，必要時可以在離子色譜技術(shù)輔助下，為氯化氫凈化工作指明改進(jìn)方向。

2.2 水體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用離子色譜技術(shù)時，還需要加強(qiáng)對水體環(huán)境的合理監(jiān)測。從傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)分析，常需要依據(jù)水源的差異性為其搭配對應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，這很容易造成水環(huán)境監(jiān)測成本的增加。而離子色譜技術(shù)在水體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的有效應(yīng)用，既能提高監(jiān)測時效性，又能縮減投入成本，且此項技術(shù)具備易于操作的優(yōu)勢?？紤]到水體污染會影響我國可用水源儲量，因此，需要在離子色譜技術(shù)導(dǎo)向下，對水樣中的離子、極性化合物進(jìn)行監(jiān)測。為了獲取可靠的水樣監(jiān)測數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)注重預(yù)處理事項的落實，如利用膜處理或者溶劑萃取等預(yù)處理手段，保證水樣中的氯離子、硫酸離子、氧氮化合物離子得到有效分析，通常僅需半小時即可促進(jìn)陰離子的順利分離。除此之外，還要監(jiān)測水體生態(tài)環(huán)境的酸堿度。根據(jù)學(xué)者盧彥宏[3]等人的相關(guān)研究，硫酸根離子在離子色譜技術(shù)下出峰時間為12.84 min，氯離子為4.92 min，所產(chǎn)生的水體離子監(jiān)測數(shù)據(jù)與實際數(shù)值偏差不大，驗證了此項技術(shù)的監(jiān)測結(jié)果精度更高，且不易在監(jiān)測中污染水體環(huán)境，具體測定結(jié)果見（表1）。在表格反饋的數(shù)據(jù)結(jié)果中，表明在對水體環(huán)境中離子的監(jiān)測期間，并不會產(chǎn)生較大的偏差，離子色譜技術(shù)可行性更強(qiáng)。

表1 水體樣本中離子濃度測定與峰高分析情況

2.3 土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

土壤是人類發(fā)展中的重要資源，離子色譜技術(shù)在土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中亦發(fā)揮著顯著作用。土壤一旦遭受污染，會破壞生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。從相關(guān)研究中得知土壤環(huán)境最常遇到的是有機(jī)物污染，如農(nóng)田種植中殘留在土壤中的農(nóng)藥成分等，此外還包括酸性物質(zhì)、堿性物質(zhì)。實際上，土壤中富含鈣離子、鎂離子、碘離子，且以陽離子為主體。在土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中，通過離子色譜技術(shù)采集土樣，對土壤離子進(jìn)行合理分析，而后判定土壤中的離子成分是否符合土壤環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。若出現(xiàn)離子超標(biāo)現(xiàn)象，需要采取有效措施改良土壤。以土壤中氟離子的測定為研究對象，運用離子色譜技術(shù)，可以先行選擇氫氧化鉀等堿性洗液，其濃度可設(shè)定在每升30 nmol左右，保證每分鐘1.2 mL的流量速度，自此獲取土樣中氟離子實際測定情況。而在測定土壤中污染離子（鉻離子）的具體含量時，可以使用氯化鉀堿性溶液，其濃度為每升0.3 mol/L，保持長達(dá)20 min的持續(xù)采集，即可在此項技術(shù)助力下提高樣本采集效率，也能保證測定后能夠把控土壤生態(tài)環(huán)境動態(tài)。經(jīng)過對土樣的精準(zhǔn)采集與科學(xué)分析，可知曉離子含量，對照土壤質(zhì)量規(guī)范確定土壤環(huán)境是否存在污染風(fēng)險。

2.4 工業(yè)企業(yè)監(jiān)測

結(jié)合學(xué)者翟曉磊[4]等人的研究成果，離子色譜技術(shù)還可應(yīng)用在工業(yè)企業(yè)環(huán)境監(jiān)測中。工業(yè)企業(yè)在其生產(chǎn)階段常涉及污水排放、廢氣排放等事項，且對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量存在深遠(yuǎn)影響。因此，以此項技術(shù)監(jiān)測工業(yè)企業(yè)生態(tài)環(huán)境，能夠及時了解工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的環(huán)保情況。若監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)污染物超標(biāo)現(xiàn)象，需要利用脫硝脫硫裝置、廢氣凈化裝置，重新降低工業(yè)企業(yè)污染物排放量，繼而貼合環(huán)保理念完成工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。

在此項技術(shù)實操環(huán)節(jié)，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)把握好以下兩項要點：（1）控制化學(xué)物質(zhì)濃度，對于離子色譜技術(shù)監(jiān)測中使用的化學(xué)物質(zhì)，應(yīng)當(dāng)保持化學(xué)物質(zhì)濃度的一致性，并利用離子色譜儀自動校準(zhǔn)功能，增加工業(yè)企業(yè)周邊環(huán)境監(jiān)測結(jié)果的精確性；（2）加強(qiáng)離子色譜儀的維護(hù)，在實際應(yīng)用中，該技術(shù)很容易受監(jiān)測條件的變化以及監(jiān)測時機(jī)的把控度的影響，造成離子色譜儀監(jiān)測下的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)生偏差，尤其是峰面積。要求相關(guān)人員需要利用洗液定期清洗色譜柱，并且避免與其他物品一起清洗。隨著離子色譜技術(shù)在工業(yè)企業(yè)環(huán)境監(jiān)測中的大范圍應(yīng)用，能夠?qū)I(yè)企業(yè)環(huán)境的改良設(shè)計指明新思路。

3 離子色譜技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中實際應(yīng)用的注意事項

3.1 溫度參數(shù)的控制

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中，應(yīng)當(dāng)規(guī)范離子色譜技術(shù)的實踐應(yīng)用技術(shù)步驟。監(jiān)測人員在實驗室采用此項技術(shù)對上述不同區(qū)域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測時，只有準(zhǔn)確把握相關(guān)注意事項，才能增加監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性。從相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)：溫度參數(shù)與此項技術(shù)應(yīng)用成果具有密切關(guān)聯(lián)。若溫度條件控制不到位，極易造成基線不穩(wěn)的后果，也會破壞離子色譜儀性能的穩(wěn)定性。因此，技術(shù)人員在實操環(huán)節(jié)需要控制好溫度參數(shù)。一方面，應(yīng)當(dāng)完善實驗室溫度條件，盡量避免實驗室出現(xiàn)溫度波動的情況。若初次開展樣品檢測實驗時實驗室溫度偏低，后續(xù)出現(xiàn)升溫現(xiàn)象，理應(yīng)在離子色譜技術(shù)進(jìn)樣分析前，以空調(diào)裝置控溫。另一方面，控制好樣本溫度，樣本溫度與實驗室溫度要保持一致，以減小檢驗數(shù)據(jù)誤差。另外，在溫度參數(shù)中也要優(yōu)化柱溫，依據(jù)固定液極限溫度控制柱溫。若對高沸點樣本進(jìn)行檢驗，應(yīng)當(dāng)搭配低柱溫。為了提升組分分離均衡性，可以利用高速傳質(zhì)速率方式，促進(jìn)柱溫的有效變化。因低柱溫多影響基線穩(wěn)定性，故常主張以低柱溫為控溫標(biāo)準(zhǔn)，但柱溫偏低，亦會引起寬峰形[5]。所以，在柱溫控制上，應(yīng)當(dāng)以組分順利分離作為低柱溫確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。此外，還可以選用帶有溫度補(bǔ)償功能的電導(dǎo)檢測器，便于隨時結(jié)合離子色譜分析流程調(diào)節(jié)溫度。技術(shù)人員在應(yīng)用離子色譜技術(shù)時，務(wù)必實現(xiàn)溫度參數(shù)的優(yōu)化控制。

3.2 氣泡因素的影響

在離子色譜技術(shù)應(yīng)用中，如若存在氣泡，即輸液系統(tǒng)中有氣泡，很容易降低基線穩(wěn)定性，并對離子峰形及其峰面積指標(biāo)產(chǎn)生重要影響。一旦未能及時清除氣泡，會造成測定數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差。所以，相關(guān)人員在應(yīng)用此項技術(shù)時，需要及早清除氣泡。實際研究中適用性較強(qiáng)的氣泡處理輔助手段多包含下述兩項：第一項是在使用洗液清洗儀器時，應(yīng)當(dāng)觀察是否存在殘留氣泡，并且避免持久使用一種洗液。在稀釋洗液時使用的水源，也要杜絕氣泡的形成；第二項是加強(qiáng)氣泡排出操作。對于已經(jīng)出現(xiàn)的氣泡，應(yīng)在樣本分析前以廢液閥門開啟的方式予以去除。與此同時，還要利用長達(dá)三分鐘的降壓操作方式助力氣泡的快速清除。另外，在氣泡得到妥善處理后，還需要將廢液閥門擰緊，以免實驗中降低數(shù)據(jù)精度。

4 結(jié)論

綜上所述，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中，離子色譜技術(shù)確實具備顯著的應(yīng)用價值，且適用范圍廣泛。但需注意的是，為了獲取可靠的技術(shù)成果，應(yīng)當(dāng)綜合把控技術(shù)應(yīng)用流程，并加強(qiáng)預(yù)處理環(huán)節(jié)質(zhì)量的有效控制。在未來的實踐應(yīng)用場景中，也要制定標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)范，指引有關(guān)人員在詳細(xì)技術(shù)應(yīng)用步驟中，高精度監(jiān)測生態(tài)環(huán)境。