水质监测中离子色谱的应用探究

张慧虹

（广东鹤山北控水务有限公司，广东 江门 529700）

1 离子色谱法概述

离子色谱法是指以离子交换柱为基础，通过离子迁移差异进行物质的分离，并通过相关仪器设备进行检测和分析的一种技术。就离子色谱法而言，其主要分为以下几类：高效离子交换色谱（HPIC）；离子对色谱（MPIC）；离子排斥色谱（HPIEC）。不同离子色谱法的分离机理不同，其中HPIC的分离机理主要是离子交换，MPIC的分离机理是离子对的形成，而HPIEC为离子排斥。在实际应用过程中，应用最为广泛的就是离子交换，而在水质监测中主要是通过该分析方法来检测和分析阴阳离子，进而达到水质监测的目的[1]。离子色谱方法具有一定的优点，具体来说包括：一是快速方便，能够快速分析阴阳离子的浓度、精密度等，其中阴离子包括F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-等，阳离子包括 Li+、Na+、NH4+、K+等；二是灵敏度高，能够更加精确地分析出离子的浓度范围，如在50μg/L的进样量，F-检测限小于1μg/L，通过富集或者加大进样量，检测限可达到pg/L，能够实现高纯水的检测；三是具有较好的选择性，因为色谱柱的种类较多，在对不同离子进行分析时应选择适宜的色谱柱，同时还要选择合理的分离方法和检测方法，如分析有机酸是离子排斥柱的重要选择。

2 离子色谱法在水质监测中的应用

2.1 无机阴离子、阳离子的分析

与传统的化学检测分析相比，离子色谱分析法具有速度快、效率高的优势，并且可以通过一次进样、梯度淋洗的方法，实现饮用水阴离子的有效测定，甚至可以在半小时内完成36种阴离子的分离。而对于阳离子的分析，主要是通过使用淋洗剂（二肢基丙酸和盐酸）的抑制型离子色谱来实现，将阳离子交换固定相在苯乙烯聚合物表面，与磺酸基阳离子交换乳胶进行聚合，由于碱土的亲和力要大于碱金属离子，通过等浓度淋洗一次进样，难以同时将两组离子分离。随着科技的不断发展，对分离柱进行了改良，新型的分离柱能够将阳离子的交换位置改变，同时还能对其选择性和密度进行改变[2]。在上述基础上，再进行等浓度淋洗一次进样，就能够实现碱金属离子和碱土离子的分离，且分离时间较短，十五分钟内就可以完成。

2.2 有机酸、碱的分析

在分析有机酸、有机碱过程中，离子色谱法也是一种重要的分析方法。在多元酸、控酸等发生衍生反应后，会出现组分挥发的现象，从而难以通过气相色谱来完成相应的分析，此时，就需要离子色谱法进行分析。新型的排斥柱离子填料，包括普通排斥柱的阳离子交换基团，起基代替OH基能和位于填料弱离子交换处的CO基产生氢基，增强了氨基酸的分离选择性。这种离子排斥分离模式可以测定近50种可溶性的有机酸，可以定量分析36种有机酸。

2.3 复杂样品的分析

随着科学技术的发展，离子色谱分析方法也得到了一定的发展，可以实现多种离子物质的同时分离，如较为复杂的水样品中，同时含有无机阳离子、阴离子和其他有机物，就可以通过单株离子色谱法，来测定样品中的Cl-、Ca+的含量，再通过洗脱液的作用，来测定有机酸和阴阳离子的含量。

3 实例分析

3.1 水样品试验

3.1.1 试验仪器和试剂

试验中需要的主要仪器有：离子色谱仪（美国戴安ISC1500）、自动淋洗液发生装置、AS阴离子分析柱、AG阴离子保护柱、ASRS/AMMS阴离子连续自动再生微膜抑制器、色谱工作站。离子色谱仪主要由高压输送泵、淋洗液发生器、进样阀、分析柱等构成。通过离子色谱仪进行离子分析、检测，主要的原理和步骤：一是校正离子色谱仪；二是比较样品数据，对样品离子进行定量、定性分析；三是通过色谱工作站对样品浓度进行自动计算，并总结为相应的结果报告[3]。在试验过程中，还需要配制一些试剂，主要包括以下几项：其一，去离子水的制备，通过微孔滤膜（0.45μm）进行过滤，且保障水没有经过电渗析处理；其二，混合标准贮备液的配制，在1000mg/L的标准溶液中，F-为 20mg/L、Cl-为 40mg/L、SO42-为 100mg/L、NO3-为40mg/L；其三，根据所需要的标准样品的浓度，用去离子水进行稀释。

3.1.2 分析前准备工作

在进行开机之前，要对淋洗液和再生液进行检查，保障其储量的充足。同时还要对压缩气瓶、淋洗液瓶的输出压力进行调节，使得压缩气瓶的输出压力为0.2MPa、淋洗液瓶的输出压力为0.034MPa。在上述情况下，打开电源、柱温箱的开关，清理管路、泵内的气泡，开泵启动仪器。当达到6.9MPa的压力时，打开RFC-30面板上AES/SRS、EGC开关。将待测样品进行过滤、脱气，并清理干净一些颗粒物质等，在基线保持稳定后，进行待测样品与标准样品的分析。

3.1.3 进样分析

1.0 ml/min为默认流速，淋洗液的KOH浓度为每升20mmol，进样的体积为50μl。在其他条件不变的情况下，对色谱柱的温度进行调节，从而观察阴离子的变化值，本实验的柱温设置为 20℃、25℃、30℃、35℃。实际分析时，选取 30℃的柱温进行分析测定。在标准曲线与水样的分析条件相同的前提下，用离子色谱仪专用注射器吸取0.5ml的水样进样分析，用峰面积或峰高标准曲线法定量分析。

3.2 结果与分析

3.2.1 标准曲线

用混合标准贮备溶液配制梯度浓度分别进样，标准曲线及保留时间、回归方程、相关系数如下图、下表所示。阴离子洗脱顺序为 F-、Cl-、SO42-、NO3-，保留时间分别为 3.01min、4.12min、6.28min、6.89min。

监测项目 保留时间（min） 回归方程 相关系数F-C l-S O 4 2-N O 3-3.0 1 4.1 2 6.2 5 6.8 9 Y=0.4 2 2 X+0.0 0 9 Y=0.2 9 6 X-0.0 5 4 Y=0.2 2 2 X-0.1 0 4 Y=0.1 6 6 X-0.0 6 1 0.9 9 9 8 0.9 9 9 9 0.9 9 9 9 0.9 9 9 3

3.2.2 检出限

空白水进样6次，进行测定各种阴离子标准偏差。并按照公式：，计算出离子色谱仪检出限，从而得出了各离子的检出限，分别为 F-为 0.016mg/L、Cl-为 0.104mg/L、SO42-为 0.133mg/L、NO3-为 0.008mg/L。

4 结语

总之，离子色谱法具有灵敏度高、选择性好、方便快速等优点，在水质监测中发挥着重要作用。该方法的应用能够更好地监测水质状况，在保护水环境的同时，为人们提供更加安全、优质的水资源。