离子色谱技术在水环境检测中的应用

亢生磊(甘肃有色冶金职业技术学院冶金与化学工程系，甘肃 金昌 737100)

0 引言

离子色谱技术在我国社会领域得到了广泛应用，在化工、医药等领域发挥出了巨大应用价值。在现代科技不断进步的背景下，离子色谱技术逐渐向着水环境监测领域延伸，将其应用于水环境检测工作，可提高检测的整体效率，保障检测结果的准确性。

1 水环境中污染物的来源及危害

根据水环境监测现状来看，我国目前针对水环境中需要优先控制的污染物高达68种，其中有毒有害的有机污染物种类高达58种。有机污染物在水土环境中属于主要污染物，其中有机污染物的污染最为显著。可以看出，有机污染物已经成为污染我国水资源的主要物质。在水生态环境中，有机污染物部分来自于大自然，许多地区，尤其是森林和草原的水土环境中，因为含有大量的天然有机物会与金属离子发生反应，其中比较有代表性的是腐殖酸，在水和土壤环境中，腐殖酸等天然有机物会与水中的消毒剂氯发生反应，该有机物可以提高水中重金属和其他有机污染物的活性生成具有致癌风险的氯仿。消毒剂氯主要通过人类生产生活排放，这些有机污染物的自然降解难度较大，对人体会产生毒害作用，导致人体激素紊乱、降低人体免疫力，甚至会影响人的正常生育繁殖，因此加强对水污染监测与防治迫在眉睫[1]。在实际的使用中，将离子色谱技术应用其中，可以分析水样中的阴、阳离子，检测水体中重金属离子或高氯酸离子等有机污染物，在对混合物进行检测的过程中，分析混合物的多种组分构成，可以高效进行分离与分析。

2 离子色谱的概念

2.1 离子色谱技术的基本原理

离子色谱技术是高效液相色谱技术的分支，主要是用交换容量低的离子交换树脂作为固定相分离离子物质，其中有专业的电导检测器，连续监测物质中电导率变化。离子色谱技术主要利用溶质与固定相之间的非离子相互作用进行离子分离，主要包括有机酸和氨基酸等。在色谱分离的过程中，待测样品中的离子与相应的流动性离子之间发生交换，吸附在固定相上的离子与流动性的离子之间会发生竞争交换反应，通过这样的原理，不同的离子会按一定的顺序被洗脱。

2.2 离子色谱技术的内涵

离子色谱技术属于一项化学检测技术，在时代不断进步的背景下该技术的应用愈发成熟，目前已经形成完整的检测程序与理论知识体系。在水环境检测中离子色谱技术相较于其他检测技术，无论是技术检测效率、准确性等都有着明显优势，且检测流程较为简单。在应用离子色谱技术之前，需要提前对过滤程序进行明确，其后续检测流程简便、检测成本可观。在对不同水样进行检测的过程中，往往会涉及各种离子，会涉及相对复杂的化学性质，该技术对各种复杂检测环境的适应性较强，可以在短时间内获取精准的离子成分、含量信息，相较于其他检测技术在水环境检测中有着更好的适应能力。另外，在离子色谱检测过程中，所使用的仪器设备大多用特殊材料制成，造价较低，如：塑料、玻璃等，在水污染程度较为严重的情况下，复杂的离子组分不容易对检测仪器设备造成损坏。

3 离子色谱技术的运行原理

3.1 技术组成

3.1.1 分离性

在离子色谱中分离技术组成元素占据着重要地位，可以对水体中的酸碱成分进行有效检测，通过这种方式决定该技术组成元素的非金属性。

3.1.2 检测器

检测技术组成元素具有辅助功能，主要用于对各运行环节进行辅助，可显著提高水环境检测中所获取离子信息的灵敏度，对提高检测精度有很好的辅助作用。

3.1.3 数据处理程序

在水环境检测中，数据处理技术是非常重要的一个程序，主要应用相应的计算机终端获取各类检测数据，通过对数据进行筛选、分析与处理，可以在最短时间内得出准确的检测结果。

3.1.4 传送装置

在离子色谱系统中传送技术有着较高应用价值，可以精准对水样进行分类和处理，同时还可以对水样进行储存。

3.2 分离方法

水环境检测中应用离子色谱技术，本质上主要通过对样品与固定相中的离子进行交换，在特定离子交换程序的支持下实现水环境检测目标。其中，离子交换形式可以分为三种：(1)排斥色谱；(2)离子对色谱；(3)交换色谱。三种不同的离子交换形式有着不同优势，它们的交换效率以及交换效果存在一定差异，在实际检测过程中要结合实际情况选择不同的离子交换形式[2]。

4 水环境检测中离子色谱技术的特点与应用优势

4.1 离子色谱技术在水环境检测中的应用特点分析

4.1.1 提高效率

结合离子色谱的技术原理，在水环境检测中针对样品中的离子具有较强的选择性，在实际检测中可以借助不同离子对固定相中树脂的亲和力存在差异这一特点，可以对各种复杂样品中的离子成分进行分析，同时还可以有效对样品中的离子进行分离。应用离子色谱技术，辅助采用双柱技术，可以大幅提高离子分离的效率，得到更加理想的离子分离效果[3]。离子色谱技术在水环境检测中，对水样中一些常见阳离子和阴离子的分离与分析速度较快，平均时间可控制在20 min以内，在采用高效分离柱后可将检测时间控制在10 min以内。在检测环境适宜的情况下应用离子色谱技术，可高效对各类阴离子混合物进行分离，综合采用双柱法可以在短短十几秒时间内进行分离。

4.1.2 提升精准程度

在水环境检测中应用离子色谱技术具有很高的灵敏度，所获得检测结果的精度较高，其中，离子交换色谱技术主要以不同离子间存在的相互作用力实现对阴阳离子的分离；离子排斥色谱技术，主要由溶质与固定相间的非离子性作用进行离子分离，主要包括有机酸、氨基酸等均可使用该技术进行离子分离；离子对色谱技术主要结合分离与吸附的选择特性，在综合考虑流动相整体性能的基础上分离离子，通常该技术适用于对样品表面金属络合物以及活性阳离子进行分离。

4.1.3 检测适应性较高

离子色谱技术还具有较高的灵敏度，如进样体积为50 µL时，一些常见阴离子的检测不会超过10 μg/L，在增加样品体积的过程中，可以用小孔填充色谱柱，一些常见阴离子的检出限可达10-12g/L，与原子吸收光谱法、分光光度法等检测技术相比，离子色谱法分析浓度范围约在μg/L与mg/L之间，这种精准度可以支持该技术同时检测多种物质和离子。此外，在完成相同水环境检测任务时，离子色谱技术所花费时间更短，因此在水环境检测中有较强的适应性，逐渐成为各大实验室首要选择的一项技术。

4.2 离子色谱技术在水环境检测中的应用优势分析

在水环境检测中离子色谱技术是一项较为先进的技术手段，在实际应用过程中其优势非常明显。一方面，在水环境检测中应用传统检测技术存在较大局限性，在实际检测过程中倾向于对某一种特定元素进行检测和分析，在实际检测中所消耗时间与精力较多，同时要投入大量人力资源，在实际检测过程中也容易受各类因素干扰。在应用离子色谱技术后，可大幅提升水环境检测的效率，实际检测对时间要求较低，可以在数分钟内完成检测工作，同时还可以有效规避各类因素对检测结果造成的影响，在保证检测精度的基础上大幅提高水环境检测的效率。另一方面，离子色谱技术在水环境检测中有着较高的灵敏度，这是常规检测技术无法相比的优势，有利于大幅缩短检测工作消耗的时间[4]。最后，该技术在不断发展过程中，市场上逐渐出现了多种固定相与检测设备，在实际进行水环境检测的过程中要想使用离子色谱技术，检测人员的选择范围更广，使得传统水环境检测流程得到进一步精简。

5 基于水环境检测的离子色谱技术应用中的注意事项

5.1 水资源过滤时把控好检测顺序，保持水环境稳定

在对水资源进行过滤的过程中应用离子色谱技术，要控制好检测的顺序，选择适量水样进行加工处理，在对水样进行加工完成后才可以进行过滤。采用滤膜辅助完成水样的过滤操作，滤膜厚度需要控制在0.4 μm左右，确保水样可以有效对物质进行排放，要求所排放物质具有颗粒大的特点，一方面可以降低后期处理的难度，另一方面避免在后期处理过程中出现管道堵塞的问题，保证水环境检测工作顺利开展。

5.2 避免水样成分构成复杂产生的影响，控制不必要变量

部分受污染的水样其构成成分十分复杂，如河道中采集的水样，可能受到了生活与工业污水的污染，导致水样成本的复杂程度大幅提升。在应用离子色谱技术的过程中，需要对水样稀释，然后降低检测的整体难度。通常，在对水样进行稀释的过程中，需要用到淋洗液，在淋洗液与水样结合发生化学反应的过程中，可以有效对水样中的阴离子进行分离。在实际稀释过程中，检测必须严格对淋洗液的用量进行控制，避免因为淋洗液浓度过高，影响离子色谱的检测精度。另外，应用离子色谱技术还容易受温度的影响，因此在进行水环境检测的过程中，还应当加强对温度的把控，避免在温度变化较大的情况下对检测数据的精度造成影响。因此，通常需要在室内环境进行水环境检测，保证室内温度可调节，通过在室内设置温湿度控制系统，避免在室内温湿度发展变化的情况下对检测精度造成影响。

5.3 避免因为压力较大导致气泡混入

在杂质混入的情况下可能导致离子色谱系统的压力增高，这可能对检测的准确性造成影响。如果压力过高，容易堵塞止回阀、保护柱和色谱柱。在实际检测过程中，一旦因为压力过高导致离子色谱系统出现异常，就应及时识别止回阀、色谱柱等堵塞部位疏通堵塞。同时，在实际的系统应用中，需要及时断开保护柱的入口端。一旦出现压力过大的问题，可以先将止回阀拆下，经过超声波处理后再安装，为避免因为压力过大的问题堵塞保护柱塞板，还需要断开色谱柱和保护柱的连接管。经过以上操作之后，如果洗脱后压力仍然过高，就要考虑更换色谱柱或滤网以消除故障。

应用离子色谱技术过程中，其基线是否稳定决定了最终检测的精度。在对水样进行检测的过程中要从根源上规避气泡混入的问题，采用真空泵等设备对纯水进行脱气处理，或者需要及时中断检测，并打开阀门释放压力[5]。

5.4 维持电导稳定，避免因为骤升电压导致杂质介入的问题

应用离子色谱技术进行水环境检测，就需要考虑到电导率背景值有较强的稳定性的特点，一旦电导率背景值因杂质的干扰而增大，就可能对检测结果的准确性产生较大的影响。为从根源上规避电导骤升的问题，在离子色谱的实际应用过程中要从根源上避免杂质介入的问题，在抑制器效果不理想的情况下需要及时进行更换。

6 新时代离子色谱技术在水环境检测中的实际应用

6.1 利用技术优化离子色谱技术的运用环境

离子色谱技术适用于对各类水体进行检测，除了部分自然水体，如：海洋、湖泊、河流等，还可以对工业废水以及生活污水进行检测，其主要通过对水样进行检测，判断被检测水体是否与当前的环境指标相符，衡量水体环境是否会对人体健康造成危害，将检测结果作为水污染治理的主要依据。应用离子色谱技术，可以对水环境中所蕴含的有机污染物以及各类复杂污染物中所蕴含的阴离子、阳离子进行分离和检测。

6.2 利用技术对无机阴阳离子进行检测

在现代化进程中，水环境的污染程度加剧，主要受工业生产、农业活动及城市生活等因素影响，大量污染物、废水的排放，进一步加剧了对自然水体的污染。在水生态环境中，许多污染物质难以通过肉眼观察的方式检测，因此要辅助采用相应的检测技术，对水中污染物类型、含量进行测定。应用离子色谱技术，可以高效对水中含有的阴离子与阳离子进行检测，该技术在我国水环境检测中的应用愈发成熟。在实际检测过程中，检测人员主要通过水样中的硫酸根以及卤素阴离子发现水样中的无机阴阳离子。该技术在检测无机阴阳离子的过程中，需要利用离子交换柱在水样中放置水溶液，通过对样品进行检测和分析，实现对水体环境的全面监测，通过对水溶液中硼酸根离子浓度进行测量，结合测量结果可以对水体的水质情况进行准确判断。当前，应用离子色谱技术可用于对Br-、F-、NO2-等物质进行检测[6]。采用梯度淋洗的手段可以对数十种离子进行分离处理，且消耗的分离时间较短。在对饮用水中的离子进行检测的过程中，有利于大幅提高饮用水的质量，判断饮用水是否符合居民生活用水的标准，对保障人们用水健康有着重要意义。

6.3 利用技术对有机阴阳离子进行检测

离子色谱技术除了可以检测水中的无机阴阳离子以及诸多无机污染物外，还可以对有机阴阳离子进行检测。例如，在水体中可能含有大量柠檬酸物质，这些物质应用气相色谱技术将难以对其进行分离，因此只有采用离子色谱技术实现检测，通过对复杂的有机阴阳离子进行分离，可以准确将水中蛋白质等有机污染物的类型及含量检测出来。在水体中可能含有非常复杂的成分，应用离子色谱技术可实现对离子的分离与检测，对水中阴阳离子、蛋白质等成分进行高效测定，其中水环境检测中需要重点检测有机酸与有机碱，因为在有机酸碱的取代基中，存在多基酸与多种控酸，这就使得在水环境检测中难以通过特定反应进行气体挥发，难以利用气相色谱技术进行检测，因此应用离子色谱技术可以很好地解决这一问题。

6.4 利用技术分析极性化合物

当前，在离子色谱技术研究与应用不断深入的背景下，离子色谱技术应用过程中相关设备仪器进一步优化，逐步实现对各类复杂离子的分离与分析。例如，在水环境检测中对极性化合物进行分析，离子色谱技术具有较强的应用成效，目前已经可以实现对有机酸、生物胺等物质的分析，能够进一步对改善水环境创造良好条件。同时，在对用水质量要求不断提升的背景下，正在研究一种造价更低、操作便捷的离子色谱技术，这就可以看出离子色谱技术在水环境检测中的显著优势，已经引起了广泛关注。

6.5 利用物理性质对水环境进行检测

除了采用化学手段检测水环境外，物理手段也可以用来检测水环境，可以通过安装电导仪进行检测，也可以通过安装Abe检测仪进行检测。在运用电导检测器的过程中，可以将电导检测器安装于水体中，通过对仪器运行所限制的电导率进行观测，可以准确对水体中各种物质的构成进行判断。通过在水体中安装安倍检测器，可以结合水中发生的氧化还原反应对其中存在的物质进行检测和分析[7]。

7 结语

综上所述，在此次分析中充分认识到了水环境检测中离子色谱技术的应用价值，该技术对提高水环境检测的准确性与效率有很好的帮助，当前在水环境检测中的应用不断成熟。结合离子色谱技术的应用优势，该技术可用于对水中无机阴阳离子、有机阴阳离子、极性化合物等进行检测，适用于对各种复杂水样进行检测和分析。在实际检测过程中，离子色谱技术的检测流程清晰可见，具有较强的稳定性与可靠性，可在短时间内分析水污染程度，并获取水中污染物的种类、组成以及浓度，为后续开展水污染防治工作创造良好条件。