亢生磊(甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金與化學(xué)工程系,甘肅 金昌 737100)
離子色譜技術(shù)在我國社會(huì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,在化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域發(fā)揮出了巨大應(yīng)用價(jià)值。在現(xiàn)代科技不斷進(jìn)步的背景下,離子色譜技術(shù)逐漸向著水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域延伸,將其應(yīng)用于水環(huán)境檢測(cè)工作,可提高檢測(cè)的整體效率,保障檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀來看,我國目前針對(duì)水環(huán)境中需要優(yōu)先控制的污染物高達(dá)68種,其中有毒有害的有機(jī)污染物種類高達(dá)58種。有機(jī)污染物在水土環(huán)境中屬于主要污染物,其中有機(jī)污染物的污染最為顯著。可以看出,有機(jī)污染物已經(jīng)成為污染我國水資源的主要物質(zhì)。在水生態(tài)環(huán)境中,有機(jī)污染物部分來自于大自然,許多地區(qū),尤其是森林和草原的水土環(huán)境中,因?yàn)楹写罅康奶烊挥袡C(jī)物會(huì)與金屬離子發(fā)生反應(yīng),其中比較有代表性的是腐殖酸,在水和土壤環(huán)境中,腐殖酸等天然有機(jī)物會(huì)與水中的消毒劑氯發(fā)生反應(yīng),該有機(jī)物可以提高水中重金屬和其他有機(jī)污染物的活性生成具有致癌風(fēng)險(xiǎn)的氯仿。消毒劑氯主要通過人類生產(chǎn)生活排放,這些有機(jī)污染物的自然降解難度較大,對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生毒害作用,導(dǎo)致人體激素紊亂、降低人體免疫力,甚至?xí)绊懭说恼I敝常虼思訌?qiáng)對(duì)水污染監(jiān)測(cè)與防治迫在眉睫[1]。在實(shí)際的使用中,將離子色譜技術(shù)應(yīng)用其中,可以分析水樣中的陰、陽離子,檢測(cè)水體中重金屬離子或高氯酸離子等有機(jī)污染物,在對(duì)混合物進(jìn)行檢測(cè)的過程中,分析混合物的多種組分構(gòu)成,可以高效進(jìn)行分離與分析。
離子色譜技術(shù)是高效液相色譜技術(shù)的分支,主要是用交換容量低的離子交換樹脂作為固定相分離離子物質(zhì),其中有專業(yè)的電導(dǎo)檢測(cè)器,連續(xù)監(jiān)測(cè)物質(zhì)中電導(dǎo)率變化。離子色譜技術(shù)主要利用溶質(zhì)與固定相之間的非離子相互作用進(jìn)行離子分離,主要包括有機(jī)酸和氨基酸等。在色譜分離的過程中,待測(cè)樣品中的離子與相應(yīng)的流動(dòng)性離子之間發(fā)生交換,吸附在固定相上的離子與流動(dòng)性的離子之間會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)交換反應(yīng),通過這樣的原理,不同的離子會(huì)按一定的順序被洗脫。
離子色譜技術(shù)屬于一項(xiàng)化學(xué)檢測(cè)技術(shù),在時(shí)代不斷進(jìn)步的背景下該技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)成熟,目前已經(jīng)形成完整的檢測(cè)程序與理論知識(shí)體系。在水環(huán)境檢測(cè)中離子色譜技術(shù)相較于其他檢測(cè)技術(shù),無論是技術(shù)檢測(cè)效率、準(zhǔn)確性等都有著明顯優(yōu)勢(shì),且檢測(cè)流程較為簡(jiǎn)單。在應(yīng)用離子色譜技術(shù)之前,需要提前對(duì)過濾程序進(jìn)行明確,其后續(xù)檢測(cè)流程簡(jiǎn)便、檢測(cè)成本可觀。在對(duì)不同水樣進(jìn)行檢測(cè)的過程中,往往會(huì)涉及各種離子,會(huì)涉及相對(duì)復(fù)雜的化學(xué)性質(zhì),該技術(shù)對(duì)各種復(fù)雜檢測(cè)環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng),可以在短時(shí)間內(nèi)獲取精準(zhǔn)的離子成分、含量信息,相較于其他檢測(cè)技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)中有著更好的適應(yīng)能力。另外,在離子色譜檢測(cè)過程中,所使用的儀器設(shè)備大多用特殊材料制成,造價(jià)較低,如:塑料、玻璃等,在水污染程度較為嚴(yán)重的情況下,復(fù)雜的離子組分不容易對(duì)檢測(cè)儀器設(shè)備造成損壞。
3.1.1 分離性
在離子色譜中分離技術(shù)組成元素占據(jù)著重要地位,可以對(duì)水體中的酸堿成分進(jìn)行有效檢測(cè),通過這種方式?jīng)Q定該技術(shù)組成元素的非金屬性。
3.1.2 檢測(cè)器
檢測(cè)技術(shù)組成元素具有輔助功能,主要用于對(duì)各運(yùn)行環(huán)節(jié)進(jìn)行輔助,可顯著提高水環(huán)境檢測(cè)中所獲取離子信息的靈敏度,對(duì)提高檢測(cè)精度有很好的輔助作用。
3.1.3 數(shù)據(jù)處理程序
在水環(huán)境檢測(cè)中,數(shù)據(jù)處理技術(shù)是非常重要的一個(gè)程序,主要應(yīng)用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)終端獲取各類檢測(cè)數(shù)據(jù),通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分析與處理,可以在最短時(shí)間內(nèi)得出準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。
3.1.4 傳送裝置
在離子色譜系統(tǒng)中傳送技術(shù)有著較高應(yīng)用價(jià)值,可以精準(zhǔn)對(duì)水樣進(jìn)行分類和處理,同時(shí)還可以對(duì)水樣進(jìn)行儲(chǔ)存。
水環(huán)境檢測(cè)中應(yīng)用離子色譜技術(shù),本質(zhì)上主要通過對(duì)樣品與固定相中的離子進(jìn)行交換,在特定離子交換程序的支持下實(shí)現(xiàn)水環(huán)境檢測(cè)目標(biāo)。其中,離子交換形式可以分為三種:(1)排斥色譜;(2)離子對(duì)色譜;(3)交換色譜。三種不同的離子交換形式有著不同優(yōu)勢(shì),它們的交換效率以及交換效果存在一定差異,在實(shí)際檢測(cè)過程中要結(jié)合實(shí)際情況選擇不同的離子交換形式[2]。
4.1.1 提高效率
結(jié)合離子色譜的技術(shù)原理,在水環(huán)境檢測(cè)中針對(duì)樣品中的離子具有較強(qiáng)的選擇性,在實(shí)際檢測(cè)中可以借助不同離子對(duì)固定相中樹脂的親和力存在差異這一特點(diǎn),可以對(duì)各種復(fù)雜樣品中的離子成分進(jìn)行分析,同時(shí)還可以有效對(duì)樣品中的離子進(jìn)行分離。應(yīng)用離子色譜技術(shù),輔助采用雙柱技術(shù),可以大幅提高離子分離的效率,得到更加理想的離子分離效果[3]。離子色譜技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)中,對(duì)水樣中一些常見陽離子和陰離子的分離與分析速度較快,平均時(shí)間可控制在20 min以內(nèi),在采用高效分離柱后可將檢測(cè)時(shí)間控制在10 min以內(nèi)。在檢測(cè)環(huán)境適宜的情況下應(yīng)用離子色譜技術(shù),可高效對(duì)各類陰離子混合物進(jìn)行分離,綜合采用雙柱法可以在短短十幾秒時(shí)間內(nèi)進(jìn)行分離。
4.1.2 提升精準(zhǔn)程度
在水環(huán)境檢測(cè)中應(yīng)用離子色譜技術(shù)具有很高的靈敏度,所獲得檢測(cè)結(jié)果的精度較高,其中,離子交換色譜技術(shù)主要以不同離子間存在的相互作用力實(shí)現(xiàn)對(duì)陰陽離子的分離;離子排斥色譜技術(shù),主要由溶質(zhì)與固定相間的非離子性作用進(jìn)行離子分離,主要包括有機(jī)酸、氨基酸等均可使用該技術(shù)進(jìn)行離子分離;離子對(duì)色譜技術(shù)主要結(jié)合分離與吸附的選擇特性,在綜合考慮流動(dòng)相整體性能的基礎(chǔ)上分離離子,通常該技術(shù)適用于對(duì)樣品表面金屬絡(luò)合物以及活性陽離子進(jìn)行分離。
4.1.3 檢測(cè)適應(yīng)性較高
離子色譜技術(shù)還具有較高的靈敏度,如進(jìn)樣體積為50 μL時(shí),一些常見陰離子的檢測(cè)不會(huì)超過10 μg/L,在增加樣品體積的過程中,可以用小孔填充色譜柱,一些常見陰離子的檢出限可達(dá)10-12g/L,與原子吸收光譜法、分光光度法等檢測(cè)技術(shù)相比,離子色譜法分析濃度范圍約在μg/L與mg/L之間,這種精準(zhǔn)度可以支持該技術(shù)同時(shí)檢測(cè)多種物質(zhì)和離子。此外,在完成相同水環(huán)境檢測(cè)任務(wù)時(shí),離子色譜技術(shù)所花費(fèi)時(shí)間更短,因此在水環(huán)境檢測(cè)中有較強(qiáng)的適應(yīng)性,逐漸成為各大實(shí)驗(yàn)室首要選擇的一項(xiàng)技術(shù)。
在水環(huán)境檢測(cè)中離子色譜技術(shù)是一項(xiàng)較為先進(jìn)的技術(shù)手段,在實(shí)際應(yīng)用過程中其優(yōu)勢(shì)非常明顯。一方面,在水環(huán)境檢測(cè)中應(yīng)用傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)存在較大局限性,在實(shí)際檢測(cè)過程中傾向于對(duì)某一種特定元素進(jìn)行檢測(cè)和分析,在實(shí)際檢測(cè)中所消耗時(shí)間與精力較多,同時(shí)要投入大量人力資源,在實(shí)際檢測(cè)過程中也容易受各類因素干擾。在應(yīng)用離子色譜技術(shù)后,可大幅提升水環(huán)境檢測(cè)的效率,實(shí)際檢測(cè)對(duì)時(shí)間要求較低,可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成檢測(cè)工作,同時(shí)還可以有效規(guī)避各類因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成的影響,在保證檢測(cè)精度的基礎(chǔ)上大幅提高水環(huán)境檢測(cè)的效率。另一方面,離子色譜技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)中有著較高的靈敏度,這是常規(guī)檢測(cè)技術(shù)無法相比的優(yōu)勢(shì),有利于大幅縮短檢測(cè)工作消耗的時(shí)間[4]。最后,該技術(shù)在不斷發(fā)展過程中,市場(chǎng)上逐漸出現(xiàn)了多種固定相與檢測(cè)設(shè)備,在實(shí)際進(jìn)行水環(huán)境檢測(cè)的過程中要想使用離子色譜技術(shù),檢測(cè)人員的選擇范圍更廣,使得傳統(tǒng)水環(huán)境檢測(cè)流程得到進(jìn)一步精簡(jiǎn)。
在對(duì)水資源進(jìn)行過濾的過程中應(yīng)用離子色譜技術(shù),要控制好檢測(cè)的順序,選擇適量水樣進(jìn)行加工處理,在對(duì)水樣進(jìn)行加工完成后才可以進(jìn)行過濾。采用濾膜輔助完成水樣的過濾操作,濾膜厚度需要控制在0.4 μm左右,確保水樣可以有效對(duì)物質(zhì)進(jìn)行排放,要求所排放物質(zhì)具有顆粒大的特點(diǎn),一方面可以降低后期處理的難度,另一方面避免在后期處理過程中出現(xiàn)管道堵塞的問題,保證水環(huán)境檢測(cè)工作順利開展。
部分受污染的水樣其構(gòu)成成分十分復(fù)雜,如河道中采集的水樣,可能受到了生活與工業(yè)污水的污染,導(dǎo)致水樣成本的復(fù)雜程度大幅提升。在應(yīng)用離子色譜技術(shù)的過程中,需要對(duì)水樣稀釋,然后降低檢測(cè)的整體難度。通常,在對(duì)水樣進(jìn)行稀釋的過程中,需要用到淋洗液,在淋洗液與水樣結(jié)合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程中,可以有效對(duì)水樣中的陰離子進(jìn)行分離。在實(shí)際稀釋過程中,檢測(cè)必須嚴(yán)格對(duì)淋洗液的用量進(jìn)行控制,避免因?yàn)榱芟匆簼舛冗^高,影響離子色譜的檢測(cè)精度。另外,應(yīng)用離子色譜技術(shù)還容易受溫度的影響,因此在進(jìn)行水環(huán)境檢測(cè)的過程中,還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)溫度的把控,避免在溫度變化較大的情況下對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度造成影響。因此,通常需要在室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行水環(huán)境檢測(cè),保證室內(nèi)溫度可調(diào)節(jié),通過在室內(nèi)設(shè)置溫濕度控制系統(tǒng),避免在室內(nèi)溫濕度發(fā)展變化的情況下對(duì)檢測(cè)精度造成影響。
在雜質(zhì)混入的情況下可能導(dǎo)致離子色譜系統(tǒng)的壓力增高,這可能對(duì)檢測(cè)的準(zhǔn)確性造成影響。如果壓力過高,容易堵塞止回閥、保護(hù)柱和色譜柱。在實(shí)際檢測(cè)過程中,一旦因?yàn)閴毫^高導(dǎo)致離子色譜系統(tǒng)出現(xiàn)異常,就應(yīng)及時(shí)識(shí)別止回閥、色譜柱等堵塞部位疏通堵塞。同時(shí),在實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用中,需要及時(shí)斷開保護(hù)柱的入口端。一旦出現(xiàn)壓力過大的問題,可以先將止回閥拆下,經(jīng)過超聲波處理后再安裝,為避免因?yàn)閴毫^大的問題堵塞保護(hù)柱塞板,還需要斷開色譜柱和保護(hù)柱的連接管。經(jīng)過以上操作之后,如果洗脫后壓力仍然過高,就要考慮更換色譜柱或?yàn)V網(wǎng)以消除故障。
應(yīng)用離子色譜技術(shù)過程中,其基線是否穩(wěn)定決定了最終檢測(cè)的精度。在對(duì)水樣進(jìn)行檢測(cè)的過程中要從根源上規(guī)避氣泡混入的問題,采用真空泵等設(shè)備對(duì)純水進(jìn)行脫氣處理,或者需要及時(shí)中斷檢測(cè),并打開閥門釋放壓力[5]。
應(yīng)用離子色譜技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境檢測(cè),就需要考慮到電導(dǎo)率背景值有較強(qiáng)的穩(wěn)定性的特點(diǎn),一旦電導(dǎo)率背景值因雜質(zhì)的干擾而增大,就可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大的影響。為從根源上規(guī)避電導(dǎo)驟升的問題,在離子色譜的實(shí)際應(yīng)用過程中要從根源上避免雜質(zhì)介入的問題,在抑制器效果不理想的情況下需要及時(shí)進(jìn)行更換。
離子色譜技術(shù)適用于對(duì)各類水體進(jìn)行檢測(cè),除了部分自然水體,如:海洋、湖泊、河流等,還可以對(duì)工業(yè)廢水以及生活污水進(jìn)行檢測(cè),其主要通過對(duì)水樣進(jìn)行檢測(cè),判斷被檢測(cè)水體是否與當(dāng)前的環(huán)境指標(biāo)相符,衡量水體環(huán)境是否會(huì)對(duì)人體健康造成危害,將檢測(cè)結(jié)果作為水污染治理的主要依據(jù)。應(yīng)用離子色譜技術(shù),可以對(duì)水環(huán)境中所蘊(yùn)含的有機(jī)污染物以及各類復(fù)雜污染物中所蘊(yùn)含的陰離子、陽離子進(jìn)行分離和檢測(cè)。
在現(xiàn)代化進(jìn)程中,水環(huán)境的污染程度加劇,主要受工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)及城市生活等因素影響,大量污染物、廢水的排放,進(jìn)一步加劇了對(duì)自然水體的污染。在水生態(tài)環(huán)境中,許多污染物質(zhì)難以通過肉眼觀察的方式檢測(cè),因此要輔助采用相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù),對(duì)水中污染物類型、含量進(jìn)行測(cè)定。應(yīng)用離子色譜技術(shù),可以高效對(duì)水中含有的陰離子與陽離子進(jìn)行檢測(cè),該技術(shù)在我國水環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用愈發(fā)成熟。在實(shí)際檢測(cè)過程中,檢測(cè)人員主要通過水樣中的硫酸根以及鹵素陰離子發(fā)現(xiàn)水樣中的無機(jī)陰陽離子。該技術(shù)在檢測(cè)無機(jī)陰陽離子的過程中,需要利用離子交換柱在水樣中放置水溶液,通過對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)和分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)水體環(huán)境的全面監(jiān)測(cè),通過對(duì)水溶液中硼酸根離子濃度進(jìn)行測(cè)量,結(jié)合測(cè)量結(jié)果可以對(duì)水體的水質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。當(dāng)前,應(yīng)用離子色譜技術(shù)可用于對(duì)Br-、F-、NO2-等物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)[6]。采用梯度淋洗的手段可以對(duì)數(shù)十種離子進(jìn)行分離處理,且消耗的分離時(shí)間較短。在對(duì)飲用水中的離子進(jìn)行檢測(cè)的過程中,有利于大幅提高飲用水的質(zhì)量,判斷飲用水是否符合居民生活用水的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)保障人們用水健康有著重要意義。
離子色譜技術(shù)除了可以檢測(cè)水中的無機(jī)陰陽離子以及諸多無機(jī)污染物外,還可以對(duì)有機(jī)陰陽離子進(jìn)行檢測(cè)。例如,在水體中可能含有大量檸檬酸物質(zhì),這些物質(zhì)應(yīng)用氣相色譜技術(shù)將難以對(duì)其進(jìn)行分離,因此只有采用離子色譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢測(cè),通過對(duì)復(fù)雜的有機(jī)陰陽離子進(jìn)行分離,可以準(zhǔn)確將水中蛋白質(zhì)等有機(jī)污染物的類型及含量檢測(cè)出來。在水體中可能含有非常復(fù)雜的成分,應(yīng)用離子色譜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)離子的分離與檢測(cè),對(duì)水中陰陽離子、蛋白質(zhì)等成分進(jìn)行高效測(cè)定,其中水環(huán)境檢測(cè)中需要重點(diǎn)檢測(cè)有機(jī)酸與有機(jī)堿,因?yàn)樵谟袡C(jī)酸堿的取代基中,存在多基酸與多種控酸,這就使得在水環(huán)境檢測(cè)中難以通過特定反應(yīng)進(jìn)行氣體揮發(fā),難以利用氣相色譜技術(shù)進(jìn)行檢測(cè),因此應(yīng)用離子色譜技術(shù)可以很好地解決這一問題。
當(dāng)前,在離子色譜技術(shù)研究與應(yīng)用不斷深入的背景下,離子色譜技術(shù)應(yīng)用過程中相關(guān)設(shè)備儀器進(jìn)一步優(yōu)化,逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)各類復(fù)雜離子的分離與分析。例如,在水環(huán)境檢測(cè)中對(duì)極性化合物進(jìn)行分析,離子色譜技術(shù)具有較強(qiáng)的應(yīng)用成效,目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)酸、生物胺等物質(zhì)的分析,能夠進(jìn)一步對(duì)改善水環(huán)境創(chuàng)造良好條件。同時(shí),在對(duì)用水質(zhì)量要求不斷提升的背景下,正在研究一種造價(jià)更低、操作便捷的離子色譜技術(shù),這就可以看出離子色譜技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)中的顯著優(yōu)勢(shì),已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。
除了采用化學(xué)手段檢測(cè)水環(huán)境外,物理手段也可以用來檢測(cè)水環(huán)境,可以通過安裝電導(dǎo)儀進(jìn)行檢測(cè),也可以通過安裝Abe檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)。在運(yùn)用電導(dǎo)檢測(cè)器的過程中,可以將電導(dǎo)檢測(cè)器安裝于水體中,通過對(duì)儀器運(yùn)行所限制的電導(dǎo)率進(jìn)行觀測(cè),可以準(zhǔn)確對(duì)水體中各種物質(zhì)的構(gòu)成進(jìn)行判斷。通過在水體中安裝安倍檢測(cè)器,可以結(jié)合水中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)對(duì)其中存在的物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)和分析[7]。
綜上所述,在此次分析中充分認(rèn)識(shí)到了水環(huán)境檢測(cè)中離子色譜技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值,該技術(shù)對(duì)提高水環(huán)境檢測(cè)的準(zhǔn)確性與效率有很好的幫助,當(dāng)前在水環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用不斷成熟。結(jié)合離子色譜技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),該技術(shù)可用于對(duì)水中無機(jī)陰陽離子、有機(jī)陰陽離子、極性化合物等進(jìn)行檢測(cè),適用于對(duì)各種復(fù)雜水樣進(jìn)行檢測(cè)和分析。在實(shí)際檢測(cè)過程中,離子色譜技術(shù)的檢測(cè)流程清晰可見,具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與可靠性,可在短時(shí)間內(nèi)分析水污染程度,并獲取水中污染物的種類、組成以及濃度,為后續(xù)開展水污染防治工作創(chuàng)造良好條件。