试论低压离子色谱分析水样中的阴、阳离子

2016-12-19叶志敏黄志开

资源节约与环保 2016年11期

关键词：色谱分析电导阴离子

叶志敏黄志开

（六盘水市环境监测站贵州六盘水553000）

试论低压离子色谱分析水样中的阴、阳离子

叶志敏黄志开

（六盘水市环境监测站贵州六盘水553000）

随着科技的不断进步，低压离子色谱技术的运用越来越广泛，已经成为研究者分析离子的重要方法。本文则是通过低压离子色谱的试验分析水样中的阴、阳离子，并对其结果判断，希望能更方便的分析水中的阴、阳离子，丰富水样检测手段。

低压离子色谱；分析；水样；阴阳离子

普通的离子色谱技术不仅采用的是高压泵设备，投入成本大，而且操作时容易发生堵或漏的情况，直至1986年，我国张新申教授提出了低压离子色谱的构想，之后不断地进行分析研究，终于研制出了多种低压离子色谱仪器可供使用。低压离子色谱分析精确度、灵敏度高，其分析速度也快，同时对其中的碱金属也能进行分析。

1 低压离子色谱分析阴、阳离子的原理与流程

1.1 低压离子色谱分析阴、阳离子的原理

低压离子色谱分析离子的方法与普通的离子色谱分析机理上大致相同，都是通过离子之间的交换平衡和离子排斥效应进行分析的，主要是由于离子交换动力学中表明，当离子交换速率迅速时，动力学性能会比较好，我们则对此进行研究，利用粗颗粒的柱填料来使色谱柱压降低[1]，同时根据低压离子色谱柱长、柱内半径、可调整的保留时间计算出应采用的洗脱液浓度，进而得到离子快速分离的所需环境。为了提高电导检测器的灵敏度，我们一般会采用低交换容量的离子交换剂，从而能时洗脱液分离的速度增加，降低洗脱液的电导。低压离子色谱分析法中采用的色谱柱要比普通的离子分析法的交换层更薄，其交换容量也较低，令离子交换速率更快。

1.2 利用电导法分析阴离子

我们在分析阴离子时一般采用电导法或光学法进行分析，其大致流程为洗脱液→低压泵→注射阀→分离柱→抑制柱（光学法时可省略）→电导池→检测器→计算机。洗脱液在流过抑制柱后会产生弱电解质，从而使洗脱液的电导降低，灵敏度升高，而被测的阴离子与表面离子交换剂具有亲和力差异，从而会出现差速分离的现象，能分别流入色谱分离柱在进入抑制柱，从而出现相应酸，当其流过电导池时电导就会增大，便于检测器检测到相应的信号，可供记录，分析常见阴离子F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、SO42-、PO43-。

1.3 利用单柱法分析阳离子

分析阳离子时我们采用的是单柱法，[2]不需要用到抑制柱，其主要流程大致为洗脱液→低压泵1→注射阀→分离柱→混合器→低压泵2→反应试剂→反应盘管→流通池→检测器→计算机。当被测的阳离子进入分离柱后记录仪器上会出现交换峰，当测阳离子总当量比洗脱液中氢离子总当量大时，电导增大方向出现交换峰，若洗脱液氢离子总当量比阳离子总当量小时则交换峰向电导减小方向出现。之后被测阳离子经过洗脱、差速分离，分别流向电导池，可供记录，我们用于分析常见的阳离子有Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+。

2 低压离子色谱分析水样中的阴、阳离子具体试验

2.1 试验仪器的选取和色谱条件的选取

我们选用ZJ—3型低压离子色谱仪，并与专用的色谱工作站及低压离子色谱柱相配合使用，并配备检测器与低压泵，选取仪器所需要的分析柱并针对不同的离子分析设置好编号A、B、C用于离子分析过程中，以便于观察，同时选取不同的水样，这里我们采用普通的自来水、池塘水、井水、锅炉水几种进行试验[3]。我们分析阴离子时要采用的洗脱液是浓度为1.4×10-3mol/L的Na2CO3，耗气流量为2.0 mL/min，耗气流量的速度对离子分离效果有极大的影响，甚至影响设备的正常使用，在设置时一定要仔细考虑合适的耗气流量进行试验，配置低压柱A，并在分析时后面接入抑制柱，进样量设置为50μL。

而阳离子由于其中部分的不同，需要分别设置。分析钠离子、铵根离子、钾离子时，我们选用1.4×10-3mol/LHNO3洗脱液，耗气流量为1.0 mL/min，进样量同样设置为50μL，配置分析柱B；而其中镁离子、钙离子进行分析时，选用的洗脱液则是浓度为8×10-4mol/L的乙二胺和1.0×10-3mol/L的柠檬酸，配置分析柱C，设置耗气流量为1.0 mL/min。

2.2 操作与分析

操作过程中，我们将选好的低压离子色谱仪接通、打开低压泵电源和色谱工作站，对仪器进行预热，可以看到当洗脱液流过低压离子色谱柱时，色谱柱平衡，从计算机中的平滑基线进行记录并分析，从而得到被测离子的色谱图，进而能够将被测离子的含量计算出来。先判断水样中的阳离子含量，如表1。之后我们利用同样的水样，重复试验，观察峰高变化，能够保证的测量到几种阳离子的精密度。

表1 几种阳离子的精密度测定值

采用同样的水样，根据先前选好的设备条件进行试验，并于常规的分离办法同时进行比较，一般常规办法是离子选择电极法分析F-，比色法分析SO42-、NO3-，运用容量滴定法分析Cl-，从而比较判断出不同水中、不同办法的阴离子的浓度。如表2。

表2 不同水中、不同办法阴离子的浓度

同时我们将同样的水样利用同样的方法进行10次重复试验，进而保证低压离子色谱分析法的精确度。

而为了检验低压离子色谱分析离子的可靠性，我们再通过加入回收试验，确定回收率大致在82%～103%之间。而通过表2分析判断，与常规的离子分析办法相比，低压离子色谱分析法得到的结果没有多大的差别，说明低压离子色谱分析法是非常准确可靠的。

3 低压离子色谱分析方法与其他办法相比的优点

随着人们不断的对低压离子色谱分析方法进行研究，目前低压离子色谱法因其各方面的良好性能而得到了广泛的应用。普通的离子色谱法属于高压方法，工作压力极大，极难操作，相比于普通的离子色谱法，低压离子操作时工作压力更低，操作更加简单得多[4]。而由于普通离子色谱法在选用仪器时只能采用高压泵，其价格昂贵，重量又大，没有社会经济效益，而低压离子色谱分析法只是用了简单的低压泵，节省了仪器成本，从而使研究的经济效益提高。普通的离子色谱法会因为工作压力太大而出现堵塞或泄露的情况，让实验操作难度提高，但低压离子色谱法因其工作压力被减低，进而减少了工作时堵、泄的情况。而与其他的化学试剂办法相比，低压离子色谱法更为科学，不但大大的节省了时间和化学试剂资源，并且利用机器设备自动分析比起人工操作也更加方便快捷。而通常的化学办法在分析离子时都只能通过不同的试剂或办法分别分析不同离子，往往分析的效果也不理想，但低压离子色谱法只需要设置好相应的仪器和色谱条件，便能同时分析多种离子，而其分析的灵敏度也更高，分析结果更精确可靠。