離子色譜法在職業(yè)衛(wèi)生檢測中的應(yīng)用

趙丹丹(遼寧力康職業(yè)衛(wèi)生與安全技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司，遼寧 沈陽 110000)

1 離子色譜法概述

20世紀70年代由美國物理學家H·斯莫爾等人在離子交換色譜法基礎(chǔ)上通過與高效液相色譜技術(shù)相結(jié)合而創(chuàng)造出全新型的離子色譜法(Ion Chromatography, IC)，它屬于高效液相色譜(HPIC)中的一種，主要用于分離極性或者部分弱極性化合物，是一種相當先進的現(xiàn)代分離應(yīng)用技術(shù)[1]。由于它分析速度快，又可大批量自動進樣和多組分同時分離，使檢測工作效率得到很大提高，同時在檢測靈敏度上又比其他檢測技術(shù)高，加上操作簡捷方便、選擇性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于食品、藥品、空氣、水質(zhì)、石油化工、醫(yī)藥、生命技術(shù)、電子產(chǎn)業(yè)、生命科學等領(lǐng)域中，受到許多科研機構(gòu)、高校、政府衛(wèi)生機構(gòu)等部門的青睞和推崇。當前我國公共衛(wèi)生安全受到前所未有的重視，離子色譜法在職業(yè)衛(wèi)生檢測領(lǐng)域中應(yīng)用途徑還比較單一，尚有可開拓的發(fā)展空間。

2 離子色譜法分離機理

2.1 離子交換色譜法

離子交換色譜主要是以離子交換樹脂作為固定相，而樹脂上具有固定離子基團及可交換的離子基團，在被分離組分與固定相之間會發(fā)生離子交換的能力差異，離子交換色譜通過流動相與鍵合基質(zhì)之間的離子進行交換，從而使有機和無機陰、陽離子實現(xiàn)分離。

2.2 流動相離子色譜法

流動相離子色譜法主要通過基于吸附和離子對的形成分離機理，通過被分析物在不含離子交換基團的多孔樹脂即分析柱上所產(chǎn)生的吸附作用力，結(jié)合流動相的組成結(jié)構(gòu)、濃度等實際情況來加入有機改進劑和離子對試劑來對被分析物的表面活性陰離子、陽離子和過渡金屬絡(luò)合物的分離。

2.3 離子排斥色譜法

離子排斥色譜法的分離原理主要是由Donnan排斥原理發(fā)展來的，所用分離柱一般有總體磺化的H+高容量陽離子交換樹脂填充，H+型離子型固定相表面形成非極性Donnan膜，離解的離子會受到固定相Donnan的排斥而不被保留，只有非離子型的中性分子，如有機酸、醇類等不受Donnan排斥的影響，可以進入該膜并有保留作用[2]。離子排斥色譜法通過空間排斥、Donnan排斥和吸附這3種作用，使某些弱極性和分離極性化合物中的碘、非電介質(zhì)和離子交換劑中的吸、斥差異性，以實現(xiàn)化合物中無機酸與弱有機酸的分離。

3 離子色譜法的優(yōu)點

離子色譜法在對食品、藥品中的有機酸、糖類、生物胺、氨基酸、蛋白質(zhì)等檢測上非常快速便捷，它在固定相對離子選擇性的影響上更大，在陽離子(Ca2+、Na+、Mg2+、NH4+、K+等)和陰離子(SO42-、F-、PO43-、NO2-、NO3-等)的分析時間能控制在10秒以內(nèi)。同時它的靈敏度高，被直接進樣(25μL)、分析物濃度低至1～10μg/L，陰離子檢出限小于10μg/L等范圍內(nèi)都可以精準檢測。在被測離子選擇性上可供選取的范圍也更廣，如分離柱、改變淋洗液濃度、檢測器和檢測方法等都可以通過選取適當?shù)膶ο髞硖岣唠x子色譜的精準性。

4 離子色譜法在我國職業(yè)衛(wèi)生檢測工作中的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于離子色譜法在我國研究和應(yīng)用的起步較晚，目前該技術(shù)被廣泛用在食品衛(wèi)生、微生物發(fā)酵工業(yè)、刑事偵查學和法醫(yī)學上，而在我國職業(yè)衛(wèi)生檢測工作應(yīng)用中還處于較低水平，導致該技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢沒有得到充分凸顯。主要原因有兩方面：一方面是職業(yè)衛(wèi)生檢測工作如工作場所空氣質(zhì)量檢測領(lǐng)域可使用的檢測技術(shù)很多，而我國目前又過分依賴分光光度法、原子光譜法、個別有電化學法等傳統(tǒng)方法，其他可選的技術(shù)手段也很多，離子色譜法只是其中之一。另一方面離子色譜法應(yīng)用研究還未形成系統(tǒng)全面的檢測方法體系，雖然我國也相繼出臺了一系列如《工作場所空氣中有毒物質(zhì)的測定》之類的對離子色譜法的應(yīng)用規(guī)范，但在技術(shù)革新力度上還需要做出進一步的努力和研究[3]。

5 離子色譜法在職業(yè)衛(wèi)生檢測工作中的應(yīng)用

5.1 離子色譜法樣品的處理

首先，科學提取離子色譜法樣品。通常而言，其樣品主要包括了氣體和固體兩種類型[4]。其中，在提取氣體樣品時，主要采取的是氣體吸收的方式，和其他方法對比來說其具有操作便捷、效率高、可靠性強等優(yōu)點。其原理主要在于充分吸收氣體樣品中的可溶性成分，并利用離子色譜檢測技術(shù)來對該成分性質(zhì)進行分析與測定，以實現(xiàn)氣體樣品提取檢測的目的。在提取固體樣品時主要采取的是加速劑萃取，其原理在于加熱和加壓被提取的固體，同時控制溫度在50～200℃，壓力在10.3～13.8MPa，并保持一段時間，隨后就可以將固體樣品有效且高效的提取出來。其次，需要合理排除基體干擾。提取完畢物質(zhì)樣品后，還要求工作人員能夠排除基體干擾，以保證實際檢測結(jié)果的準確性與可靠性。通?？梢圆捎脻B析、過濾以及超濾這幾種方法來進行。例如，在對樣品中的顆粒物進行提取時，能夠采用過濾法來排除顆粒物的干擾，主要是使用0.22或0.45μm孔徑的濾膜來實施過濾。

5.2 離子色譜法在工作場所空氣中有毒物質(zhì)檢測中的應(yīng)用

由于離子色譜法在我國職業(yè)衛(wèi)生檢測中普及度還未比得上歐美等發(fā)達國家，以美國為例，上個世紀90年代就已出臺了離子色譜法分析手冊，對離子色譜法的應(yīng)用范圍做了規(guī)范，如氯乙酸、甲酸、有機砷、二氧化碳等化合物在車間內(nèi)的測定規(guī)范和測定方法。在我國，離子色譜法多用于食品、藥品等檢測上，對空氣中有毒物質(zhì)檢測方法使用離子色譜法的占比只有5.9%，遠低于國外的16.3%[5]。而國內(nèi)嚴重依賴的分光光度法由于采樣不方便、使用有毒物質(zhì)多、人工操作繁瑣且耗時多、樣品保留時間短等缺點導致職業(yè)衛(wèi)生檢測工作效率低下。因此開發(fā)離子色譜法技術(shù)應(yīng)用在工作場所空氣中有毒物質(zhì)檢測具有重要意義。目前應(yīng)用離子色譜法檢測工作場所空氣中有毒物質(zhì)的操作具體分為幾種：針對工作場所空氣中蒸氣態(tài)碘，通過堿性碳管采集樣本，碘蒸氣和堿反應(yīng)生成碘離子，用NaHCO3溶液吸活性炭上的碘離子后進樣，經(jīng)離子色譜分離后用電導檢測器可檢測出空氣中蒸氣態(tài)碘的含量。而針對空氣中二氧化硫、二氧化氮的測定，通過吸收液三乙醇胺和過氧化氫的化學反應(yīng)生成SO42-、NO3-、NO2-后通過離子色譜法定量。對于空氣中的甲酸和乙酸，通過活性炭管采集樣本，以硼酸鈉為淋洗液后經(jīng)過陰離子分離柱經(jīng)電導器檢測出空氣中的甲酸和乙酸含量。

5.3 做好離子色譜法樣品提取工作

在實際職業(yè)衛(wèi)生檢測工作中，離子色譜法樣品提取主要來源于固體和氣體兩大類。在固體樣品提取中主要使用加速劑萃取法，通過將被提取固體物經(jīng)過一定時間的加熱(50～200℃)和加壓(10.3～13.8MPa)后快速提取出固體樣品。而對于氣體樣品提取上是通過氣體吸收，即將氣體樣品中可溶性成分經(jīng)過吸收液吸收再通過離子色譜法檢測技術(shù)測定可溶性成分性質(zhì)[6]。樣品的提取質(zhì)量關(guān)系到樣品檢測的準確性。而在樣品處理前，還首先要保證離子色譜儀器的條件符合標準。一是開機后運行極限必須穩(wěn)定為直線且不能漂移，保持在零點左右的穩(wěn)定期。二是做空白對照的溶液必須符合標準，自行配制標準溶液或者采購國家認可生產(chǎn)的溶液均可。

5.4 加大對高性能色譜柱的研制和應(yīng)用

高性能色譜柱因為其高效高容量、抗污染性強等優(yōu)點，對分析復(fù)雜樣品或組分保留特性差別很大的樣品上具有很高的精準性，因此可以加強高性能色譜柱的研制和應(yīng)用。一是擴大離子色譜的使用領(lǐng)域，在pH:0～14范圍內(nèi)對抗生素、核酸、蛋白質(zhì)、糖、氨基酸及生物肽等進行分析檢測。二是豐富高效性能色譜柱的功能，如在保留常規(guī)色譜柱的所有功能基礎(chǔ)上開發(fā)同時具有陰、陽離子交換功能或同時具有離子交換功能和反向保留機理等。三是為擴大離子色譜柱的使用壽命和應(yīng)用范圍要努力開發(fā)特殊離子交換材料，才能保證離子色譜柱能夠經(jīng)受有機溶劑的作用，提升有機兼容性和抗污染性。

5.5 創(chuàng)新使用新型離子色譜法技術(shù)手段

離子色譜法在試劑上的選用一定程度上會影響職業(yè)衛(wèi)生檢測的精準度，如傳統(tǒng)方法中使用化學試劑常常使樣品受到干擾和污染，或者因為溶劑的配置復(fù)雜導致操作人員出現(xiàn)誤差等，這些因素都影響職業(yè)衛(wèi)生檢測的準確性。而離子色譜法通過電解氫氧根淋洗液和電解抑制器的引入，使得H2O成為唯一的使用試劑，可以避免以上不利因素，也可簡化離子色譜法操作程序，大大提升檢測精確度。此外整體式固定相的使用也使檢測方式具有更好的質(zhì)量傳遞性能和低壓特性，加上與其他先進檢測手段聯(lián)合使用，使離子色譜法在職業(yè)衛(wèi)生檢測工作中的應(yīng)用前景更加廣泛，在新使用領(lǐng)域也將取得新的突破。

6 結(jié)語

綜上所述，目前離子色譜法在我國職業(yè)衛(wèi)生檢測中的應(yīng)用還未達到國際發(fā)達國家普及的水平，它具有顯著優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景，職業(yè)衛(wèi)生檢測工作相關(guān)人員應(yīng)充分重視，不斷創(chuàng)新開拓其技術(shù)研究，促進離子色譜法技術(shù)在職業(yè)衛(wèi)生檢測工作領(lǐng)域不斷發(fā)展。