离子色谱法在环境监测领域的应用

2021-01-08沈柳君云南省生态环境厅驻文山州生态环境监测站云南文山663099

化工管理 2021年27期

沈柳君(云南省生态环境厅驻文山州生态环境监测站，云南文山 663099)

1 离子色谱法概述

离子色谱法是一种新型高效液相色谱法，可广泛应用于水中有机离子和无机离子的检测。离子交换色谱法与传统离子交换色谱法的主要区别在于树脂的高收敛性、低开关功率、采用活塞传递样品和采用连续电导法测定样品中离子物质的含量，具有反向交换的性质，利用这种材料作为附着手段，不仅可以有效地交换样品，而且可以用适当的溶液清洗，以便溶液中的离子可以与之离子交换，从而形成反向交换技术。在连续的吸附和解吸过程中，可以达到最佳的离子平衡，更准确地确定样品中的离子含量。

1.1 气相色谱法

气相色谱法是一种分离和测定多组分混合物的方法。气相色谱法固定在固定相上，固定相包括气阻相和气液相。气相色谱法是一种吸附剂。自20世纪60年代以来，气相色谱已广泛应用于水、土壤、大气等样品的分析。气相色谱法在挥发性和半挥发性化合物的分析中有很大的优势。我国共发现有毒污染物68种。

1.2 高效液相色谱法

高效液相色谱(HPLC)具有高压、高速、高效、高灵敏度和高应用性等特点。它能对80%以上的持久性有机污染物进行定量和定性分析。高效液相色谱法(HPLC)已广泛应用于土壤和水样中各种有机污染物的测定，如酚类、氯代有机农药、藻酸盐、阴离子等[1]。

1.3 离子色谱法

离子色谱法是一种高效液相色谱法，其原理是利用阴离子交换柱分离阴离子样品和阴离子。泵入柱后，用筒内分离器置换阴阳离子，再加入少量样品，即离子浓度大于漂洗液浓度时，随着总离子浓度的增加，柱上出现脉动，形成正值；相反，会出现一个负面提示。取样后，填充液中的离子转移到柱中，样品离子沿柱移动。不同的离子样品以不同的速度移动，洗涤液在离子交换色谱中具有以下性质。这项新技术应用于现代离子色谱，有效地降低了离子色谱的背景。离子色谱可分为离子抑制和离子分离两部分。离子色谱法是同时快速分析不同组分中痕量阴离子的唯一方法。离子交换色谱在环境、化学、农业等领域有着广泛的应用。随着离子交换色谱技术的发展，特别是雨水发生器、城市供水、电子工业等领域的不断推广，离子交换色谱检测将突出高效的优点。离子交换色谱法和质谱法工作良好。改进了离子交换色谱-质谱联用技术。实现等离子体质谱与离子交换色谱的结合，不仅深化了离子色谱的应用，而且成为离子交换色谱发展的重要推动力。

2 环境监测的必要性

环境监测是人类对环境进行监视和测量，反映环境质量的活动。随着人类生活水平的提高，为了更好地了解环境污染状况，为制定环境保护目标创造依据，环境状况也令人担忧。雾污染、酸雨、土壤盐渍化等环境问题，湖泊富营养化和工业生产中的土壤污染日益明显；但是，污染物在没有污染控制的情况下进入自然环境，包括小污染物的突然长期积累，给人类生命带来一定的风险；持久性有机污染物的危害及污染物的多样性，其功能复杂、隐蔽，环境监测任务更为复杂、耗时。

3 缺乏传统的环境监测分析方法

3.1 设备更新缓慢

在工业生产过程中，设备不断更新以满足生产需要，但由于加工投资不足，设备更新换代缓慢，特别是有机物等化学品处理效率低下，引进先进的设备管理方法已不能满足环境管理的要求。

3.2 数据不够准确

环境监测数据的准确性不能满足实际需要的原因有很多：监测中存在人为误差引起的误差，如化学分析和样品监测由于受到化学和物理因素的影响，不能达到预期的状态，为了获取利润，企业可以高估排放和污染数据，然后以最低的成本获得更多的利润。

3.3 监测方法和更新技术。

新的环境问题层出不穷，可能在一些领域造成前所未有的环境压力，包括化学品和环境污染。例如，持久性有机污染物和水体富营养化，需要先进的设备、方法和技术来量化水质和资源配置，需要传统的监测方法，如绿色气味检测、感官方法等独特的环境分析方法。监测技术需要足够的人力物力，这也是技术更新的主要原因。

4 离子色谱在环境监测中的应用

离子色谱法主要用于各种离子的测定，能有效地检测有机阴离子、碱金属、碱土金属、重金属、稀土离子和有机酸。它不仅可用于常量和痕量分析，还可用于灵活性、选择性和灵敏度的分析。它已成为环境分析不可缺少的工具，广泛应用于水、空气和土壤环境监测。

4.1 离子色谱法在水环境监测中的应用

在工业化进程中，我国水污染日趋严重和复杂。准确了解水质是水污染的基本状态，作为一种简单的水质控制方法，离子色谱法与传统的检测方法相比，特别适用于水溶液中低浓度阴离子的测定，以水中硫酸盐的定义为例，传统的重量定义具有明显的优越性。虽然这种检测方法比较准确，但为了保证结果的准确性，必须先去除水中的有机物，再进行检测。用离子色谱法，样品处理非常简单，即使土壤可能非常复杂，微量元素和超声波成分也可以用离子色谱法测定，正常水通常需要20～30 min，很快检测出氯化物、硝酸盐、硫酸盐，为了保证检测仪器和色谱柱在检测过程中的安全，样品必须经过预处理，使其不含大直径物质[2]。

4.2 使用离子色谱法监测大气环境

随着经济的发展，工业生产造成的空气污染日益严重。离子色谱法可用于测定和测量空气、环境、气溶胶、粉尘等空气污染物。有必要用吸收液吸收、溶解大气污染物，然后更换相应的色谱柱，准确分析大气污染物的组成，为防治大气污染提供积极的技术支持。

4.3 离子色谱法在土壤环境监测中的应用

目前，土壤中阴离子(氯、硫酸盐、溴化物、碘)和有机酸(草酸、黄油酸)的污染日趋严重。然后用与水相对应的恒相分析法测定土壤中的离子含量。

5 常规预处理

5.1 水溶液样品的预处理

5.1.1 膜处理

膜过滤是离子色谱法中最常见的水溶液预处理方法。这种方法只能除去不溶物颗粒中的杂质。样品通常采用0.45或0.22过滤微孔膜直接进样。如果样品需要在线处理或在管道中使用此方法，则需要砂滤器。

由于膜处理的局限性，超滤、透析、电渗析等技术得到广泛应用。透析是高浓度通过离子交换膜扩散到低浓度的过程，在膜的基础上通过选择性选择去除某些离子或将其添加到浓度平衡中；电渗析是一种特殊的透析过程，外加电场能提高透析活性。它能有效去除颗粒物和有机污染物，但也能去除重金属离子。它是处理复杂基体样品最有效的方法之一。

5.1.2 固相萃取

固相萃取(SPE)是我国离子色谱最常用的前处理方法。通过反相萃取、离子交换、螯合树脂等方法可得到不同的溶液。固相微萃取也可用于传统的固相萃取。SPME柱可以通过样品浓度和底物吸收的反向过程多次使用，为SPME在离子色谱中的应用提供了方便。

5.1.3 溶剂萃取

溶剂萃取是一种传统的浓缩技术。虽然它有毒且昂贵，但在某些情况下使用它是有用的。

5.1.4 超临界流体萃取

高临界液相萃取(SFE)是近年来的研究热点之一。SFE的密度接近于液体，扩散系数介于气体和液体之间。样品制备时间大大缩短。提取过程可以在几分钟内完成。溶剂强度可通过改变压力和温度来控制，允许选择性萃取。

5.2 固体样品预处理程序

5.2.1 分解法

膜处理和固相萃取都只能用于溶液样品的处理。对于固体样品，必须将样品转化为溶液。因此，在大多数情况下，固体样品分解，固体样品中的非金属元素转化为酸(因为有许多分析方法)。固体样品通常用于鉴定非金属元素，然后用离子色谱法进行评价。

最方便的样品处理方法是氧气瓶或氧弹的燃烧。由于复杂样品中金属和非金属元素的高氧化性，紫外线是最有效的方法之一。

5.2.2 洗涤方法

对于固体样品，有时无需测定总非金属含量、某些阴、阳离子在水中或在特定条件下的溶解情况，因此必须选择适当的洗涤方法。

为了加快酸化、振动、超声波等方法的速度，可以通过添加适量的酸、碱液、盐或缓冲液来提高吸收效率。

为了测定固体样品中的氟化物含量，可将被测样品和硫酸放入蒸馏容器，待添加以供收集。注：样品中的氟化物含量可通过三重蒸馏和分馏或通过测量和添加三种类型的馏分(称为直接蒸馏法)获得。

6 离子色谱护理

离子色谱仪精度高，运行中必须定期维护。为了保证分离塔的平稳运行，防止河中形成气泡，可每两周用洗涤剂对塔进行一次清洗，以检查塔的性能。每个样品在试验过程中都经过清洗和处理，以避免损坏装置，如果在试验过程中检测到重叠的尖峰，则表明分离器已被污染，应按照相关清洁标准进行清洁。质检专家应定期对设备的准确性进行验证，以确保结果的准确性。