離子色譜在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用分析

曹悅欣 王晶凱 冷維亮

作者簡介：曹悅欣（1988.01-），男，大學(xué)本科，工作于濰坊市水文局。

摘要： 對離子色譜工作原理作簡要介紹，對其在水環(huán)境監(jiān)測中所需要的水樣前處理和儀器使用過程中的注意事項進行闡述，并進行離子色譜法和和傳統(tǒng)方法之間檢測常見陰離子的比對實驗，分析其檢測結(jié)果是否有顯著性差異。

關(guān)鍵詞： 離子色譜;前處理;傳統(tǒng)方法;對比分析;IC-8618

【中圖分類號】J62 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1674-3733（2020）16-0212-02

0引言

當(dāng)前，可持續(xù)發(fā)展的觀念已經(jīng)深入人心，而水環(huán)境監(jiān)測對于維護水環(huán)境健康，支持城市環(huán)境、國家發(fā)展乃至人類生存都有著重要的意義。面對日益增長的水質(zhì)監(jiān)測任務(wù)，與傳統(tǒng)水質(zhì)分析方法的操作繁瑣、耗時長、藥品儀器多相比，離子色譜儀因可以一臺儀器同時測定樣品中的多種陰、陽離子、連續(xù)測定多個樣品，節(jié)省了大量人力，提高了生產(chǎn)效率和數(shù)據(jù)的可靠性而得到越來越廣泛地應(yīng)用。

1離子色譜儀的工作原理與工作流程

離子色譜是整合計算機軟件和物理化學(xué)檢測技術(shù)于一體的物質(zhì)分離檢測技術(shù)。其中儀器采用色譜技術(shù)對離子或者能夠轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子形式的化合物進行分離檢測，計算機軟件則實現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)的計算處理和呈現(xiàn)。

離子色譜按其分離方式的不同，可以分為離子交換色譜、離子排斥色譜和離子對色譜三類。[1]

其中離子交換色譜是通過待測離子與固定相中可交換離子基團發(fā)生離子交換而分離，此分離方式適用于水質(zhì)監(jiān)測中常規(guī)陰、陽離子的分離與檢測。通常水環(huán)境測機構(gòu)的離子色譜儀正是基于這一原理進行檢測。水質(zhì)檢測中離子色譜儀工作流程圖如圖1：

1水質(zhì)檢測中離子色譜儀工作流程圖

2離子色譜儀在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用

離子色譜法檢測的主要物質(zhì)包括常見的陰離子、陽離子以及小分子竣酸，可分析的水樣種類包括江河湖泊水、飲用水、地下水、雨水、污水處理水等。離子色譜法水質(zhì)檢測時，除了可以快速分析水中常見的F-、Cl- 、PO-4、No-2、NO-3、SO2-4等陰離子，還可分析常見的Li+、K+、NH4+等陽離子，而且能夠準(zhǔn)確定量飲用水檢測項目中的消毒產(chǎn)物，包括氯酸根、次氯酸根、亞氯酸根、溴化物、溴酸根等。

2.1水樣前處理

由于水環(huán)境監(jiān)測任務(wù)的增加，使用離子色譜法測定的樣品數(shù)量隨之增加，并且樣品的種類繁多、樣品的組成及濃度復(fù)雜、而且物理形態(tài)多變，離子間相互干擾。樣品進行前處理主要為了除去樣品中的有機雜質(zhì)、細(xì)小顆粒物以及干擾離子。為了制備出可以直接利用離子色譜儀測定的樣品，通常需要對樣品進行過濾、稀釋、濃縮、萃取、甚至通過超濾、吸附、滲析、電解析以及化學(xué)轉(zhuǎn)化等處理手段。

一般樣品前處理遵循的原則有：（1）樣品處理后待測組分的含量應(yīng)當(dāng)不低于檢測器的最低檢出限的2倍;（2）樣品中各組分的分離必須達(dá)到色譜定量的要求;（3）樣品中不能含機械雜質(zhì)和微小的顆粒物，以免堵塞色譜柱;（4）盡可能避免待測組分離子發(fā)生化學(xué)變化，防止和減少待測組分損失;（5）樣品處理過程中，如果有待測組分的化學(xué)反應(yīng)時，其化學(xué)計量關(guān)系必須已經(jīng)明確;（6）樣品處理過程中要避免和減少無關(guān)離子和化合物的引入，防止待測組分的污染和增加分離難度。[2，3]以測定山東一沿海地區(qū)河流水樣中F-、Cl-、No-2、NO-3、SO2-4五種陰離子為例，由于受沿海因素的影響，水樣中Cl-很高而其他離子的濃度很小，尤其是No-2離子，高濃度的Cl-往往干擾No2-的測定，如果經(jīng)過過濾后直接對水樣進行離子色譜法檢測會出現(xiàn)平頂峰現(xiàn)象， 經(jīng)稀釋后F-、NO-3的含量低于檢出限，所以需要多次進樣，而要檢測No-2需要將其中Cl-處理掉后才能夠測定。常見的去CL-的方法有Ag樹脂置換法與電解銀電極法。

電解法用Ag作陽極，Pt作陰極。電解方程式如下：

陽極：

陰極：

由于AgCl的濃度積Ksp=1.77×10-10 且電解過程消耗的水只占1%，因此采用電解法可以有效的降低海水中Cl-濃度，而對其他離子的濃度影響可以忽略。[4]

2.2水樣的分析處理

離子色譜儀使用過程中需要注意以下幾點：

（1）溫度的控制。溫度的不穩(wěn)定可造成色譜柱在運行過程中壓力的波動，進而造成保留時間偏移、基線不穩(wěn)等問題，因此，在使用中要保證室溫的穩(wěn)定。離子色譜儀要避免安放在窗口前和空調(diào)邊，同時安裝柱溫箱以確保柱子的溫度穩(wěn)定，在取樣后不要立即進樣，讓樣品在自動進樣器中放置一段時間，讓樣品溫度盡量和柱溫一致。（2）儀器使用過程中不要更換淋洗液，避免氣泡進入泵并導(dǎo)致壓力突然下降或者基線漂移。淋洗液不能存放時間過長，如若過長時間存放需要重新配置淋洗液。

3離子色譜法與傳統(tǒng)方法的比較[5]

以實驗室內(nèi)使用IC-8618型離子色譜儀測定4處天然河流水庫水中

F-、Cl-、NO-3、SO2-

4四種常見陰離子為例，選用IC-8618離子色譜儀與傳統(tǒng)的氟試劑分光光度法、硝酸銀滴定法、紫外分光光度法、鉻酸鋇分光光度法四種方法進行比對分析。

3.1按天然河流水庫水中各陰離子濃度配制以下混合標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度點作標(biāo)準(zhǔn)曲線。各濃度點列于表1中。

3.2常規(guī)方法測定水中陰離子

分別采用氟試劑分光光度法、硝酸銀滴定法、紫外分光光度法、鉻酸鋇分光光度法四種方法對待測水樣中的F-、Cl-、NO-3、

SO2-4進行檢測。

4結(jié)束語

綜合評價一種分析方法，主要看該方法的適用性、精密度、檢測限、是否環(huán)保和操作步驟的繁簡等指標(biāo)。離子色譜在水質(zhì)檢測中前處理簡單，檢出限低，分析結(jié)果重現(xiàn)性好與傳統(tǒng)方法相比較減少了很多不可控的人為因素，并且監(jiān)測結(jié)果與傳統(tǒng)方法相比沒有顯著差異，適應(yīng)復(fù)雜多樣的水樣水質(zhì)檢測。離子色譜法在水環(huán)境監(jiān)測中仍存在發(fā)展空間，隨著科技的進步，離子色譜儀可以更加自動化智能化，降低檢出限，提高檢測量程，水樣的前處理可以實現(xiàn)自動化。相信離子色譜隨著在水環(huán)境監(jiān)測中的廣泛應(yīng)用會得到進一步的發(fā)展，可以更加高效，更加精密，更加智能。

參考文獻(xiàn)

[1]王靜遠(yuǎn). 砷的分離與分析方法研究[D]. 西北師范大學(xué)， 2012.

[2]王少明， 許峰. 影響離子色譜測量準(zhǔn)確性的因素[J]. 化學(xué)分析計量， 2009， 18（2）.

[3]丁曉靜， 牟世芬. 離子色譜中的樣品前處理新技術(shù)[J]. 環(huán)境化學(xué)， 2001， 20（5）：507-516.

[4]郭磊， 楊薇. 離子色譜法檢測海水中常見陰離子的前處理法研究——電解銀電極法[J]. 電化學(xué)， 2000， 6（4）：458-462.

[5]陳艦 吳亞榕 離子色譜法與傳統(tǒng)方法測定水體中陰離子的比較[J]. 《東莞理工學(xué)院學(xué)報》，2011，18（5）：24-28.

[6]李紅敏 趙爽 王靜離子色譜法同時測定飲用水中7種無機陰離子[J].《農(nóng)產(chǎn)品加工月刊》，2015（5）：38-40.

[7]王紅偉 劉俊娓 路凱 林少彬離子色譜法同時測定水中的五種陰離子的研究[J].《現(xiàn)代科學(xué)儀器》，2007（02）：103-105.