双系统离子色谱法同时检测蓝藻培养液中阴、阳离子（一）

近年来，双系色谱时检由于水体的统离富营养化，蓝藻时常爆发，法同产生的测蓝蓝藻毒素和异味等代谢产物严重影响了饮用水、景观等生态环境的藻培中阴安全，成为全球关注和研究的养液阳离焦点。研究结果表明，双系色谱时检水体中氮、统离磷等营养物质的法同浓度过高是蓝藻水华的成因之一，钙等阳离子在群体微囊藻和蓝藻浮渣形成过程中起重要作用。测蓝蓝藻水华沉降期间会引起沉积物和上覆水中阴、藻培中阴阳离子的养液阳离变化，因此研究蓝藻水华不同生长阶段水体中阴、双系色谱时检阳离子的统离浓度对蓝藻水华的成因分析和生长控制至关重要。

蓝藻生长过程中需要的法同阴离子包括磷酸盐（PO₄^3-）、硝酸盐(NO₃^-)、亚硝酸盐(NO₂^-)、硫酸盐(SO₄^2-)、氯离子(C_l^-)和氟离子(F^-)等，检测这些阴离子经常使用连续流动分析法、分光光度法和离子色谱法等；蓝藻生长需要的阳离子包括钠(Na⁺)、钾(K⁺)、镁(Mg²⁺)、钙(Ca²⁺)和铵根(NH⁴⁺)离子等，Na⁺、K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺通常采用电感耦合等离子体发射光谱法检测，NH₄+一般采用连续流动分析法和分光光度法检测。连续流动分析法和分光光度法每次只能检测一种离子；电感耦合等离子体发射光谱法不能检测氮的各种形态。阴、阳离子采用不同的方法检测，具有过程复杂、检测周期长、分析误差大等缺点，因此建立一种能够同时检测蓝藻生长过程中阴、阳离子的简单快速方法非常重要。

有报道使用配置光散射检测器的超临界流体色谱法同时检测几种阴、阳离子，但该法无法分离硝酸盐和亚硝酸盐。离子色谱法使用离子交换柱和电导检测器，具有分离度好、选择性强、灵敏度高及抗干扰能力强等优点，能够快速、高效、准确定量分析多种阴、阳离子，近年来广泛用于饮用水、污水、自然水体、酸雨、啤酒中多种阴、阳离子的同时检测。
笔者基于双系统离子色谱仪，采用等度淋洗的方式，建立了蓝藻培养液中7种阴离子和6种阳离子同时定量检测的分析方法，方法简便、快速，降低了实验成本。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

多功能离子色谱系统：ICS-5000+型，配置双泵DP模块、双电导检测器模块、KOHEGC500淋洗液罐、自动进样器AS模块和Chromeleon6.8色谱软件，美国赛默飞世尔科技公司。超纯水制备仪：Milli-Q型，电导率为18.2MΩ·cm，美国密理博公司。甲基磺酸：纯度不小于99.0%，美国Sigma公司。甲醇：色谱纯，美国赛默飞世尔科技公司。

阴离子混合标准储备液：F^–质量浓度为20mg/L，Cl^–、Br^–、NO₂^–、NO₃^–、SO₄^2–质量浓度均为100mg/L，PO₄^3-质量浓度为200mg/L，美国赛默飞世尔科技公司。

阳离子混合标准储备液：Ca²⁺质量浓度为500mg/L，NH₄⁺质量浓度为250mg/L，Mg²⁺、K⁺、Na⁺质量浓度均为200mg/L，Li⁺质量浓度为50mg/L，美国赛默飞世尔科技公司。

蓝藻藻种样品：铜绿微囊藻905和鱼害微囊藻1410，中国科学院水生生物研究所淡水藻种库。BG11培养基：具体配方见参考文献。蓝藻培养液：中国科学院水生生物研究所淡水藻种库（FACHB）。水相滤膜：SCAA–02型，13mm×0.22μm，上海安谱实验科技股份有限公司。IC–RP小柱：DionexOnGuardⅡRP型柱，容量为1mL，美国赛默飞世尔科技公司。

1.2 色谱条件

蓝藻培养液中阴、阳离子的离子色谱分析条件见表1。

1.3 样品处理

取蓝藻藻种样品，加入适量的BG11培养基，培养条件为pH7.1～7.2，温度25℃，光照强度25µmol/(m²·s)，光暗周期比12h∶12h，所有蓝藻培养至对数生长期后用于实验。

取蓝藻培养液10mL于离心管中，以15000r/min转速离心5min。取上清液过0.22μm水相滤膜，初步除去悬浮颗粒物。采用IC–RP小柱进行进一步净化，除去蓝藻培养液中的有机物等杂质，净化后的样品溶液稀释到合适浓度后取样5mL，上机检测。

IC–RP小柱净化方法：依次加入10mL甲醇、20mL水对小柱进行充分活化，再加过滤后的蓝藻培养液到活化后的小柱内，弃去前3mL初滤液，收集续滤液备用。

2 结果与讨论

2.1 阴离子分离条件的优化

常用的阴离子淋洗液体系主要有碳酸盐和氢氧化物两种。与碳酸盐体系相比，氢氧化物体系对强保留的阴离子具有更强的洗脱能力，氢氧化物体系中以KOH溶液作为淋洗液，具有背景电导率低、噪声小、灵敏度高和无水负峰等特点，因此选择使用KOH溶液作为7种阴离子分离的淋洗液。分别选择淋洗液流量为0.8、1.0、1.2、1.4mL/min进行试验，结果表明，淋洗液流量过大会使系统压力显著增大，各离子的保留时间明显提前，也会降低色谱柱的使用寿命；若淋洗液流量过小，如当流量为0.8mL/min时，多个阴离子峰出现严重的展宽现象，导致灵敏度下降。综合考虑各离子的分离度和响应灵敏度，最终选择阴离子淋洗液流量为1.2mL/min。在进行色谱柱型号选择时，试验比较了美国赛默飞世尔科技公司的DionexIonPacAS11–HC型和DionexIonPacAS15型两种色谱柱的分离效果（两种色谱柱规格均为250mm×4mm）。这两种色谱柱均可以实现7种阴离子的完全分离，但使用AS15型色谱柱时，各离子的保留时间较长，分析时间过长；且检测同等浓度的标准溶液，使用AS15型色谱柱的响应值明显低于AS11–HC型色谱柱；另外，AS15型色谱柱的柱容量（225μmol）明显低于AS11–HC型色谱柱的柱容量（290μmol）。AS11–HC型色谱柱用于分离7种阴离子有明显优势，故本实验选择使用AS11–HC型色谱柱。

通过对阴离子分离的淋洗液、流量及色谱柱型号的优化，最终选择的分离条件：以23mmol/LKOH溶液为淋洗液，淋洗液流量为1.2mL/min，色谱柱为DionexIonPacAS11–HC型柱（250mm×4mm，美国赛默飞世尔科技公司）。在优化的色谱条件下，7种阴离子（0.2mg/LF^–，1.0mg/LCl^–，1.0mg/LNO₂^–，1.0mg/LSO₄^2–，1.0mg/LBr^–，1.0mg/LNO₃^–，2.0mg/LPO₄^3–）的混合标准溶液色谱图如图1所示。由图1可知，各阴离子分离良好。

2.2 阳离子分离条件的优化

常用的阳离子淋洗液主要有硫酸溶液和甲基磺酸溶液。由于硫酸具有较强的腐蚀毒性，故选择较为安全的甲基磺酸溶液作为阳离子分离的淋洗液。分别选择淋洗液流量为0.6、0.8、1.0、1.2mL/min进行试验，结果表明，若淋洗液流量过大则分析时间会缩短，但Na⁺与NH₄⁺的分离度大幅降低；若淋洗液流量过小，如当流量为0.6mL/min时，Mg²⁺、Ca²⁺峰出现展宽现象，导致分析灵敏度下降。最终选择阳离子淋洗液流量为0.8mL/min。试验比较了美国赛默飞世尔科技公司的DionexIonPacCS12A型和CS15型（规格均为250mm×4mm）两种色谱柱，结果表明前者比后者分离度好，响应值高。因此选择CS12A型色谱柱作为阳离子分离柱。

通过对阳离子分离的淋洗液、流量及色谱柱型号的优化，最终选择的分离条件：以20mmol/L甲基磺酸溶液为淋洗液，淋洗液流量为0.8mL/min，色谱柱为DionexIonPacCS12A型柱。在优化后的色谱条件下，6种阳离子（0.5mg/LLi⁺、2.0mg/LNa⁺、2.5mg/LNH₄⁺、5.0mg/LK⁺、2.5mg/LMg²⁺、5.0mg/LC^a2+）的混合标准溶液色谱图如图2所示。由图2可知，各阳离子分离良好。

相关链接：甲基磺酸，硫酸，微囊藻，甲醇

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