离子色谱法测定神东矿区饮用水中F—、Cl—和SO42—三种阴离子的含量

郭瑶

摘 要：分析了神东矿区的饮用水现状，探讨了离子色谱法测定饮用水中氟化物、氯化物和硫酸盐的方法，以及测定结果对神东矿区水质改善的意义。

关键词：神东矿区；饮用水；离子色谱法

氟化物、氯化物和硫酸盐在自然中普遍存在。天然水中氟化物的含量一般为0.3-0.5mg/L，人每天从食物和水中摄入一定量的氟，有利于牙齿及骨骼的生长，但是长期过量摄入，则可能导致慢性中毒。饮用水中含有少量的硫酸盐对人体的健康影响不大，但是含量超过250mg/L时，有轻度腹泻作用；含量超过400mg/L时，有涩苦味。饮用水中氯化物的含量低于100mg/L时，对人类的健康没有影响；当水中氯化物的含量超过500mg/L时，可使水产生的令人厌恶的苦咸味。精准地检测水中氟化物、氯化物和硫酸盐的含量，并有效控制其在生活用水中的含量具有重要的意义。

1 神东矿区饮用水现状

神东煤炭集团公司位于陕西和内蒙的交界处，矿区地处乌毛素沙漠的边缘，属于半干旱地区，全年平均降水量只有310～490mm，矿区的生活和生产用水的供应十分紧张。近年来，神东矿区致力于生态建设和地下蓄水库的建设，增加矿区地表和地下的蓄水量，用以缓解矿区水资源缺乏的困境。地下水通过采空区沉淀过滤后，强排至净水厂，处理后成为生活饮用水。目前，神东矿区生活用水的主要来源为考考赖净水厂和哈拉沟净水厂。考考赖净水厂的水源为乌兰木伦井下强排水、石圪台井下强排水和地表水，水质中硫酸盐和氟化物的含量相对较高。哈拉沟净水厂的水源为哈拉沟井下强排水，水质中硫酸盐的含量相对较高。受煤矿开采和地质情况的影响，强排水的水质必须得到精准有效地检测，才能在净水处理厂有针对性的进行深度处理，保证出厂水符合饮用水标准。

2 矿区饮用水中氟化物、氯化物和硫酸盐的主要检测方法

目前，神东矿区针对氟化物的检测方法有离子色谱法和锆盐茜素比色法；氯化物检测方法为离子色谱法和硝酸银容量法；硫酸盐的检测方法为离子色谱法和硫酸钡比浊法。

锆盐茜素比色法、硝酸盐容量法和硫酸钡比浊法这三个方法需要检测人员多，耗时费力，但是检测成本低，设备要求简单，耗材费用低，对检测人员的业务素质要求也相对低，因此只在各个水厂的化验室使用，便于水样抽检。

离子色谱法是神东检测公司水质检测室集中检测水样使用的检测方法。离子色谱仪只需要一个专业素养较高的检测人员即可完成三个项目的检测，而且检测耗时短，检测结果精准，检测效率高，适合批量检测，缺点为设备贵，检测耗材费用较高。未来几年，降低饮用水中氟化物、氯化物和硫酸盐的含量是神东矿区各个水厂需要改进的重要的水处理环节。

3 离子色谱法测定水中氟化物、氯化物和硫酸盐

3.1 实验原理

离子色谱的检测原理为水中待测的阴离子随淋洗液进入离子交换柱系统，根据分离柱对各阴离子的不同的亲和度进行分离，已分离的阴离子流经阳离子交换柱或抑制器系统转换为具电导度的强酸，淋洗液则转变为若电导度的碳酸。由颠倒检测器测量各阴离子组分的电导率，以相对的保留时间和峰高或面积定性和定量。

3.2 实验设备

瑞士Metrohm 930离子色谱仪，919自动进样器，MagIC Net™色谱工作站，电导检测器，Metro Sep A Supp 5分离柱（250mm×4mm）、Metro Sep C 4保护住（100mm×4mm），再生化学抑制器，滤器及滤膜（0.2μm）。

3.3 实验试剂

去离子水：含各种待测阴离子低于仪器的最低检测限，并经过0.2μm的滤膜过滤，新制备，电阻率为18.0 MΩ·cm；

氟化物標准溶液：c（F-）=500mg/L，购自国家环境保护部标准样品研究所；

氯化物标准溶液：c（Cl-）=500mg/L，购自国家环境保护部标准样品研究所；

硫酸盐标准溶液：c（SO42-）=500mg/L，购自国家环境保护部标准样品研究所；

碳酸氢钠和碳酸钠：优级纯，称取碳酸钠0.7632g和碳酸氢钠0.5712g，溶于纯水，并稀释至4000ml；浓硫酸：优级纯。

3.4 实验条件

淋洗液（碳酸氢钠[c（NaHCO3）=1.7mmol/L]—碳酸钠[c（Na2CO3）=1.8mmol/L]，流速0.7ml/min；再生液[c（H2SO4）=25mmol/L]，流速1.0ml/min；室温20℃；進样量20μL；采用峰面积或峰高定量。

3.5 标准工作曲线

配5个F-、Cl-和SO42-混合标准样品溶液，标准样品中F-的浓度为0.500、1.000、2.000、3.000、4.000mg/L；Cl-和SO42-的浓度为10.000、20.000、40.000、60.000、80.000mg/L；进样测定后，结果以峰面积—离子浓度计算，利用agIC Net™软件处理数据的到标准工作曲线。

3.6 样品的采集

在神东矿区选取3个饮用水采集点，分别为乌兰木伦强排口、石圪台强排口和哈拉沟强排口；排水管道内的水充分流放数分钟，排净杂质后，用聚乙烯桶采集2-3L，立即带回实验室，4℃避光保存，2d内完成检测分析。

3.7 样品的测定

样品的预处理，用0.2μm滤膜过滤水样，去除样品中的颗粒物质，然后直接进样测定，根据设备输出的数值，直读检测结果。浓度较大的水样，用去离子水稀释一定的倍数后，然后进样测定，直读的检测结果乘以相应的倍数，得出水样检测结果。

3.8 检测过程中遇到的问题

水样检测时使用的淋洗液需要现配现用，4℃冷藏保存不得超过5d。淋洗液的存放时间过长，使设备基线漂移，造成检测图谱中曲线拖峰或无法正常出峰，影响检测结果的准确性。

4 检测结果与讨论

4.1 线性关系

对F-、Cl-和SO42-混合标准样品溶液的浓度与峰面积/峰高的线性关系进行了测定，结果表明线性相关系数在0.9995-0.9999之间。相应的结果见表1，由此可见，F-、Cl-和SO42-的离子浓度与峰面积响应值在实验范围内呈现良好的线性关系。

4.2 精密度

在上述的实验条件下，对三种离子的标准溶液重复测定7次，测定结果的相对标准偏差见表2。由此表可见，离子色谱法测定样品的平行性和重现性很好，检测结果的精密度较高。

4.3 水样的测定和加标回收率

采集神东中心矿区具有代表性的三个饮用水水源样品，并在样品中加入三种离子的标准溶液，配制成平行样品后，用离子色谱法进行测定，并计算加标回收率。测定的结果见表3。

表3的检测结果表明，离子色谱法测定样品中F-、Cl-和SO42-的加标回收率为94.4-104%。由此可见，离子色谱法测定的检测结果是可靠的，准确的。

4.4 神东矿区历年水样的测定结果

选择神东矿区两大净水厂的三个水源点（乌兰木伦、石圪台、哈拉沟）的样品，用离子色谱法，在上述的测定条件下，对水中氟化物、氯化物和硫酸鹽进行了为期五年的跟踪检测，检测的结果如图1-图3所示。

样品的采集。每个取样点每月1号和15号分别采集两个水样，全年12個月，共采集样品24批次。为了确保采集的样品具有代表性，遇到特殊情况时，加大采样频率，多次测定取平均值进行结果登记。

由上图可以看出哈拉沟和石圪台水源水中氟化物含量符合国家饮用水标准，乌兰木伦水源水中氟化物含量较高，逐年呈现下降趋势，下降的速率缓慢，截至2016年为止，氟化物的含量依然高出国家饮用水标准限值3倍左右。

由上图可以看出，三个水源点的氯化物含量均符合国家饮用水标准限值，且含量相对比较稳定。

由上图可以看出，三个水源点的硫酸盐含量基本符合国家饮用水标准要求，硫酸盐的含量呈现逐年上升的趋势，上升的速率相对缓慢。

5 结语

①离子色谱法在满足检测条件的前提下，对于饮用水中氟化物、氯化物和硫酸盐的检测速率快，提高检测的时效性；②离子色谱法检测样品时，直接通过滤膜过滤后即可自动进样，完成检测分析，输出检测结果，避免了人为操作带来的误差，检测结果精密度、准确度和灵敏度都较高，符合国家标准规定的检测技术规范要求；③通过离子色谱法对历年来矿区主要水源中氟化物、氯化物和硫酸盐进行分析检测，提供可靠的数据库，指导生产实践，有利于神东矿区各水厂有针对性的优化水处理工艺，对症下药，完成水处理厂的改造。由此为神东矿区提高饮用水的质量提供了可靠的理论依据，保证矿区人民的用水安全。

参考文献：

[1]金银龙，鄂学礼，陈希妍等.GB 5749-2006生活饮用水卫生标准[C].北京：中国标准出版社，2006.

[2]牟世芬，刘克纳，丁晓静.离子色谱方法及应用（第2版）[M].北京：化学工业出版社，2005：66-69.