离子色谱法在职业卫生检测中的应用

2021-01-09赵丹丹辽宁力康职业卫生与安全技术咨询服务有限公司辽宁沈阳110000

化工管理 2021年3期

赵丹丹(辽宁力康职业卫生与安全技术咨询服务有限公司，辽宁沈阳 110000)

1 离子色谱法概述

20世纪70年代由美国物理学家H·斯莫尔等人在离子交换色谱法基础上通过与高效液相色谱技术相结合而创造出全新型的离子色谱法(Ion Chromatography, IC)，它属于高效液相色谱(HPIC)中的一种，主要用于分离极性或者部分弱极性化合物，是一种相当先进的现代分离应用技术[1]。由于它分析速度快，又可大批量自动进样和多组分同时分离，使检测工作效率得到很大提高，同时在检测灵敏度上又比其他检测技术高，加上操作简捷方便、选择性能好等优点，被广泛应用于食品、药品、空气、水质、石油化工、医药、生命技术、电子产业、生命科学等领域中，受到许多科研机构、高校、政府卫生机构等部门的青睐和推崇。当前我国公共卫生安全受到前所未有的重视，离子色谱法在职业卫生检测领域中应用途径还比较单一，尚有可开拓的发展空间。

2 离子色谱法分离机理

2.1 离子交换色谱法

离子交换色谱主要是以离子交换树脂作为固定相，而树脂上具有固定离子基团及可交换的离子基团，在被分离组分与固定相之间会发生离子交换的能力差异，离子交换色谱通过流动相与键合基质之间的离子进行交换，从而使有机和无机阴、阳离子实现分离。

2.2 流动相离子色谱法

流动相离子色谱法主要通过基于吸附和离子对的形成分离机理，通过被分析物在不含离子交换基团的多孔树脂即分析柱上所产生的吸附作用力，结合流动相的组成结构、浓度等实际情况来加入有机改进剂和离子对试剂来对被分析物的表面活性阴离子、阳离子和过渡金属络合物的分离。

2.3 离子排斥色谱法

离子排斥色谱法的分离原理主要是由Donnan排斥原理发展来的，所用分离柱一般有总体磺化的H+高容量阳离子交换树脂填充，H+型离子型固定相表面形成非极性Donnan膜，离解的离子会受到固定相Donnan的排斥而不被保留，只有非离子型的中性分子，如有机酸、醇类等不受Donnan排斥的影响，可以进入该膜并有保留作用[2]。离子排斥色谱法通过空间排斥、Donnan排斥和吸附这3种作用，使某些弱极性和分离极性化合物中的碘、非电介质和离子交换剂中的吸、斥差异性，以实现化合物中无机酸与弱有机酸的分离。

3 离子色谱法的优点

离子色谱法在对食品、药品中的有机酸、糖类、生物胺、氨基酸、蛋白质等检测上非常快速便捷，它在固定相对离子选择性的影响上更大，在阳离子(Ca2+、Na+、Mg2+、NH4+、K+等)和阴离子(SO42-、F-、PO43-、NO2-、NO3-等)的分析时间能控制在10秒以内。同时它的灵敏度高，被直接进样(25μL)、分析物浓度低至1～10μg/L，阴离子检出限小于10μg/L等范围内都可以精准检测。在被测离子选择性上可供选取的范围也更广，如分离柱、改变淋洗液浓度、检测器和检测方法等都可以通过选取适当的对象来提高离子色谱的精准性。

4 离子色谱法在我国职业卫生检测工作中的应用现状

由于离子色谱法在我国研究和应用的起步较晚，目前该技术被广泛用在食品卫生、微生物发酵工业、刑事侦查学和法医学上，而在我国职业卫生检测工作应用中还处于较低水平，导致该技术应用优势没有得到充分凸显。主要原因有两方面：一方面是职业卫生检测工作如工作场所空气质量检测领域可使用的检测技术很多，而我国目前又过分依赖分光光度法、原子光谱法、个别有电化学法等传统方法，其他可选的技术手段也很多，离子色谱法只是其中之一。另一方面离子色谱法应用研究还未形成系统全面的检测方法体系，虽然我国也相继出台了一系列如《工作场所空气中有毒物质的测定》之类的对离子色谱法的应用规范，但在技术革新力度上还需要做出进一步的努力和研究[3]。

5 离子色谱法在职业卫生检测工作中的应用

5.1 离子色谱法样品的处理

首先，科学提取离子色谱法样品。通常而言，其样品主要包括了气体和固体两种类型[4]。其中，在提取气体样品时，主要采取的是气体吸收的方式，和其他方法对比来说其具有操作便捷、效率高、可靠性强等优点。其原理主要在于充分吸收气体样品中的可溶性成分，并利用离子色谱检测技术来对该成分性质进行分析与测定，以实现气体样品提取检测的目的。在提取固体样品时主要采取的是加速剂萃取，其原理在于加热和加压被提取的固体，同时控制温度在50～200℃，压力在10.3～13.8MPa，并保持一段时间，随后就可以将固体样品有效且高效的提取出来。其次，需要合理排除基体干扰。提取完毕物质样品后，还要求工作人员能够排除基体干扰，以保证实际检测结果的准确性与可靠性。通常可以采用渗析、过滤以及超滤这几种方法来进行。例如，在对样品中的颗粒物进行提取时，能够采用过滤法来排除颗粒物的干扰，主要是使用0.22或0.45μm孔径的滤膜来实施过滤。

5.2 离子色谱法在工作场所空气中有毒物质检测中的应用

由于离子色谱法在我国职业卫生检测中普及度还未比得上欧美等发达国家，以美国为例，上个世纪90年代就已出台了离子色谱法分析手册，对离子色谱法的应用范围做了规范，如氯乙酸、甲酸、有机砷、二氧化碳等化合物在车间内的测定规范和测定方法。在我国，离子色谱法多用于食品、药品等检测上，对空气中有毒物质检测方法使用离子色谱法的占比只有5.9%，远低于国外的16.3%[5]。而国内严重依赖的分光光度法由于采样不方便、使用有毒物质多、人工操作繁琐且耗时多、样品保留时间短等缺点导致职业卫生检测工作效率低下。因此开发离子色谱法技术应用在工作场所空气中有毒物质检测具有重要意义。目前应用离子色谱法检测工作场所空气中有毒物质的操作具体分为几种：针对工作场所空气中蒸气态碘，通过碱性碳管采集样本，碘蒸气和碱反应生成碘离子，用NaHCO3溶液吸活性炭上的碘离子后进样，经离子色谱分离后用电导检测器可检测出空气中蒸气态碘的含量。而针对空气中二氧化硫、二氧化氮的测定，通过吸收液三乙醇胺和过氧化氢的化学反应生成SO42-、NO3-、NO2-后通过离子色谱法定量。对于空气中的甲酸和乙酸，通过活性炭管采集样本，以硼酸钠为淋洗液后经过阴离子分离柱经电导器检测出空气中的甲酸和乙酸含量。

5.3 做好离子色谱法样品提取工作

在实际职业卫生检测工作中，离子色谱法样品提取主要来源于固体和气体两大类。在固体样品提取中主要使用加速剂萃取法，通过将被提取固体物经过一定时间的加热(50～200℃)和加压(10.3～13.8MPa)后快速提取出固体样品。而对于气体样品提取上是通过气体吸收，即将气体样品中可溶性成分经过吸收液吸收再通过离子色谱法检测技术测定可溶性成分性质[6]。样品的提取质量关系到样品检测的准确性。而在样品处理前，还首先要保证离子色谱仪器的条件符合标准。一是开机后运行极限必须稳定为直线且不能漂移，保持在零点左右的稳定期。二是做空白对照的溶液必须符合标准，自行配制标准溶液或者采购国家认可生产的溶液均可。

5.4 加大对高性能色谱柱的研制和应用

高性能色谱柱因为其高效高容量、抗污染性强等优点，对分析复杂样品或组分保留特性差别很大的样品上具有很高的精准性，因此可以加强高性能色谱柱的研制和应用。一是扩大离子色谱的使用领域，在pH:0～14范围内对抗生素、核酸、蛋白质、糖、氨基酸及生物肽等进行分析检测。二是丰富高效性能色谱柱的功能，如在保留常规色谱柱的所有功能基础上开发同时具有阴、阳离子交换功能或同时具有离子交换功能和反向保留机理等。三是为扩大离子色谱柱的使用寿命和应用范围要努力开发特殊离子交换材料，才能保证离子色谱柱能够经受有机溶剂的作用，提升有机兼容性和抗污染性。

5.5 创新使用新型离子色谱法技术手段

离子色谱法在试剂上的选用一定程度上会影响职业卫生检测的精准度，如传统方法中使用化学试剂常常使样品受到干扰和污染，或者因为溶剂的配置复杂导致操作人员出现误差等，这些因素都影响职业卫生检测的准确性。而离子色谱法通过电解氢氧根淋洗液和电解抑制器的引入，使得H2O成为唯一的使用试剂，可以避免以上不利因素，也可简化离子色谱法操作程序，大大提升检测精确度。此外整体式固定相的使用也使检测方式具有更好的质量传递性能和低压特性，加上与其他先进检测手段联合使用，使离子色谱法在职业卫生检测工作中的应用前景更加广泛，在新使用领域也将取得新的突破。