离子色谱法在环境检测中的应用及维护经验

2023-08-14苏宸瑾

云南地质 2023年2期

苏宸瑾

(云南地矿中心实验室，云南昆明 650218)

随着全社会对环境监测、环境治理、环境保护的持续关注，对环境检测技术要求也不断提高。目前离子色谱法涵盖环境检测中水质检测、废水检测、大气检测、土壤检测、固废及危废浸液检测等方面。其中，离子色谱检测技术是水质检测的核心技术，也是人机互动智能化的高效作业手段[1]。如何高效利用离子色谱仪进行检测是水环境检测中的重要课题。

离子色谱在大气检测主要分有组织废气(固定污染源废气)及无组织废气(环境空气)两个类别，常规检测指标有空气中的硫酸雾、氯化氢、氟化氢等。在传统大气环境各指标检测过程中，通常采样后选用滴定法、离子选择电极、分光光度法进行检测，其采样过程时间长、步骤多，中间易有消耗损失、检测效率较低。离子色谱法采样设备简单，滤膜样品前处理消解所用时间最多1小时，采样当天就能检测出具数据，检测效率大幅度提高。

离子色谱在固废、危废中的应用主要体现在浸提液检测。但由于固废、危废来源途径多，样品成分复杂，腐蚀性强，很多含有重金属离子，长期用离子色谱检测，会对色谱柱产生污染，影响色谱柱使用寿命和检测灵敏度。检测中慎用离子色谱法，可用其他传统方法代替。

1 技术原理及特点

1.1 检测原理

离子色谱法检测原理是水质样品随淋洗液进入离子色谱交换柱进行分离，分离出待测离子后通过抑制型电导检测器检测，与所配标准系列对比。根据保留时间确定离子类型，根据峰高、峰面积确定离子浓度[4]，图1。

图1 离子色谱的水质检测工作原理

1.2 作业效率高的特点

图2 离子色谱阴离子色谱图

1.3 检出限低的特点

表1 4项阴离子各方法检出限(mg/L)

1.4 精密度、正确度高的特点

表2 两种方法标准样品对比

2 离子色谱检测前样品的处理

环境样品检测中，样品中存在大量被污染物质，类型多样、来源广泛，导致检测水体成分复杂多样，干扰离子多，离子色谱仪长期运行常发生管路堵塞、色谱柱被侵蚀污染等情况。轻者仪器检测精准度下降，重者仪器无法正常工作。导致实验室各仪器中离子色谱故障率较高，维护成本高。为延长仪器使用寿命，降低维护成本，提高检测效率，检测人员需掌握日常保养及维护技术。本文以赛默飞ICS600离子色谱仪为例，系统整理环境检测实验室中离子色谱常见的样品处理、仪器故障及解决方法。

2.1 样品选择

离子色谱虽在环境检测领域运用广泛，但环境样品中废水及固废、危废浸液普遍存在水体强酸强碱、离子浓度高、有机化合物含量高及盐分高等[6]，这些因素会对色谱柱产生侵蚀，影响检测精准度，严重时造成不可逆转的污染，导致仪器无法正常工作，必须更换色谱柱。故在检测前需对检测样品进行选择，排除一部分离子浓度高，强酸强碱、含高有机化合物及高盐分的复杂样品，选用分光光度法、重量法、滴定法等方法代替。其次在不确定样品浓度的情况下，应根据样品来源、样品物理性质(色度、浊度、PH值、电导率等)判断样品浓度，先做高倍数稀释后再上机检测，防止色谱柱被侵蚀污染。

2.2 样品前处理

样品中一般存在杂质和不溶于水的颗粒物，离子色谱相关方法规程中基本要求水样过0.45μm水系微孔滤膜过滤后可上机检测。但在实际检测中选用0.22μm水系微孔滤膜过滤可更大程度降低杂质、颗粒物对色谱柱污染，也可降低管线通道的堵塞几率。同时应该注意通过微孔滤膜的水样应直接打入样品管中，立即压上样品瓶盖待测，防止空气中其他颗粒或毛絮污染样品，造成管路堵塞。

2.3 淋洗液选择

离子色谱淋洗液无论是自配型淋洗液还是自动发生淋洗液系统，都应关注所用超纯水是否符合要求，一般用水必须为离子电导率小于0.06μs，TOC含量<10ppb去离子水二次超纯水。若仪器稳定30min后背景电导率仍过高，可考虑实验室超纯水制备系统存在问题导致水质不达标，及时更换淋洗液所用超纯水。同时还需关注淋洗液自动发生系统溶液浓度，当浓度小于20mmol/L时淋洗液发生系统会停止工作，表现为谱图不出峰，此时应及时更换淋洗液，浓度重新设置为100mmol/L。

3 离子色谱检测中故障及处理方法

3.1 泵压力不足的情况

离子色谱泵压力不足在日常使用中有两种情况，一种是开泵后压力不稳，压力上升一段又回落，反复升高回落，压力值低，压力达不到正常使用范围(1700psi～2300psi)，最后泵停止工作。这种情况多是单向阀附着颗粒物导致堵塞[7]，需要取下单向阀进行5min超声波清洗后再重新开机运行；另一种情况是测样过程中泵突然停止工作，并显示错误为“泵没有注满”。原因是没有进行排气处理。每次开机或更换超纯水后应旋松废液阀，排气3min左右，观察管路气泡均排出，时间不宜太短或太长。需要注意排气时应关闭抑制器，旋转泵头废液阀也不宜太松，否则会导致漏液，损坏抑制器。

3.2 周期性噪声

离子色谱在进样时出现周期性噪声，同时伴随系统压力值不稳或过高。有时可继续检测，严重时进样失败并停止检测，由于堵塞导致。一种情况是线路堵塞，需细心查看每条管路及接口处，反向冲洗疏通，堵塞严重时可切除管路末端0.5cm或更换管路。二是进样阀堵塞，需要将进定子(六通阀)、转子取下，超声波清洗5min左右，用细毛管疏通定子(六通阀)上六个细孔后重新组装后再运行检测[8]。

3.3 系统背景值过高，基线不稳

检测样品时若从某一样品开始色谱图显示各个离子峰出现分离度差，系统背景值过高，压力过高，基线不稳的情况。说明色谱柱被样品污染造成干扰。此类情况可检测几个空白样品，用十倍淋洗液浓度冲洗[9]，直到背景电导值降至2μs以下，基线平稳后可恢复正常检测。

若出现以上情况，同时发生漏液或色谱柱附近有晶体析出，这是由于样品浓度过高或盐分过高导致的，此类情况对色谱柱污染较为严重。应立即停止检测，对色谱柱和分析柱进行反向串联冲洗。根据长期检测经验，反向连接冲洗方法是首先将自动淋洗液系统超纯水换为100mmol/L柠檬酸溶液，该溶液用氨水调节PH至4。反向连接色谱柱、分析柱及管路，管路末端不连接进样器，将冲洗废液排除。关闭抑制器EGC，打开泵，冲洗2小时以上。再将淋洗液系统再换回超纯水，正向连接色谱柱、分析柱及管路，管路末端不连接进样器，将冲洗废液排除。打开抑制器EGC，打开泵，继续冲洗20分钟。最后连接好检测时的正常管路，排除气泡，监视基线直至背景电导值降至2μs以下，基线平稳后可恢复正常检测。

4 仪器日常维护

仪器使用过程中要防止水样带有的细菌导致柱压力过高，降低色谱柱活性。导致离子峰发生拖尾，影响检测灵敏度。主要解决方法：一是样品打入样品管后应当天检测，避免细菌滋生；二是在样品检测开机、关机时应检测2个空白样品冲洗仪器和管路，冲洗所用空白样品可用纯净水效果较好；三是使用后的样品管和样品塞及时用超纯水浸泡后用毛刷清洗，晾晒干燥，避免样品遗留物质滋生细菌。