离子色谱技术在环境监测中的应用

1 引言

离子色谱作为高效液相色谱的离色一个重要分支，在公认的谱技四大色谱技术中排列第三位，是术环由美国Small等发展起来的一项新的液相色谱技术，距今已有近五十年的境监发展历程。经过多年发展，测中离子色谱已逐步成为一项成熟的离色化学技术，被广泛运用至环境监测、谱技卫生检疫、术环石油化工、境监食品检验、测中制药等领域。离色本文讨论了离子色谱的谱技原理、特点、术环应用，境监分析了使用中易出现的测中问题及解决方法，并对其未来发展进行简要总结。

2 原理

离子色谱主要分为离子交换色谱（HPIC）、离子排斥色谱（HPICE）、离子对色谱（MPIC）三种类型。待测离子通过交换树脂，因树脂具有不同的亲和力从而被先后洗脱达到分离效果，经电导检测器检测，保留时间定性，峰高或峰面积定量。这三种类型的离子色谱分离原理有些许区别。

2.1 离子交换色谱（HPIC)

离子交换色谱采用低容量离子交换树脂，利用离子间的不同作用力达到分离效果，一般应用于有机和无机的阳阴离子的分离。

2.2 离子排斥色谱（HPICE)

离子排斥色谱采用高容量树脂，主要利用Donnon膜的排挤效应，排斥电离组分使其不被保留，但弱酸会有一定保留。因此一般应用于有机弱酸、醛类、醇类、糖类和氨基酸的分离。

2.3 离子对色谱（MPIC)

离子对色谱则采用不含有离子交换基团的多孔树脂，作用原理主要基于吸附和离子对的形成。主要应用于表面活性阳离子、阴离子以及过渡金属络及物的分离领域。

3 特点

(1）分析速度快。通常能在10min内完成对常规阴离子或阳离子的检测，且进样量少，一般只需10μL～50μL。若可梯度淋洗则分析效率更高。

(2）同时分析多种离子。与阴离子及阳离子的其他常用分析方法如分光光度法、原子吸收光谱法等相比，离子色谱法能一次性分析多种组分，分析效率更高。

(3）灵敏度高。离子色谱的分析浓度一般为mg/L甚至可达μg/L。通过直接进样可达ppb级，采用浓缩柱可达ppt级。

(4）检测选择性较好。离子色谱法的固定相发展较成熟，检测器也多种多样且具有较好的选择性。

(5）前处理操作简单。常通用0.45μm过滤器过滤后进样，若浓度过高则经稀释进样，一般无须其他前处理。

(6）检测成本低。离子色谱常用淋洗液为碳酸钠及碳酸氢钠体系，可直接购买也可实验人员配制，其余耗材如进样管等价格也相对较低，因此检测成本较低。

(7）分离柱稳定性好、容量高。苯乙烯和二乙烯本的聚合物是离子色谱常用的分离柱填料，是一种具有高p H稳定性的树脂，可允许强酸或强碱作淋洗液。

4 应用

4.1 离子色谱在水质监测中的应用

4.1.1 水中无机阴离子的分析

离子色谱最常用便是分析水质中的无机阴离子，如F-、Cl-、NO3-、SO42-等。水质中的无机阴离子的一般分析方法包括分光光度法和离子选择电极法等，这些方法操作步骤烦琐，灵敏度较低。而离子色谱法操作简单，且能同时测定多种组分，方便快捷。刘冰冰等建立离子色谱法同时测定地下水中F–、Cl–、NO2–、Br–、NO3–、HPO42–、SO32–、SO42–8种无机阴离子的方法。8种阴离子线性关系良好，相关系数均不小于0.999，方法检出限为0.003mg/L～0.049mg/L。该方法检出限低，精密度高，准确性好，简便快速，满足地下水中常规阴离子的检测要求。葛德峰利用离子色谱仪建立同时测定生活饮用水中F–、Cl–、NO3–、SO42–的方法，水样经处理后进行色谱柱分离，电导检测器检测，保留时间定性，峰高或峰面积定量。各物质的检出限为0.0029mg/L～0.0722mg/L；各物质的相对标准偏差为2.19%～4.24%，回收率为97.0%～104.8%。该方法操作简单、灵敏度高、精密度高，样品回收率高，具有较高的推广价值。

4.1.2 水中无机阳离子的分析

除了分析水中常见的阴离子外，离子色谱法还能便捷快速的同时测定水中的无机阳离子，如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等。常用的阳离子分析方法包括容量法、重量法、分光光度法、等离子体发射光谱法、原子吸收光谱法等。这些方法很多都容易受基体干扰，某些方法一次只能测定单组分，操作较为烦琐。而相比之下离子色谱法操作简便，前处理简单，能同时测定多种组分，方便快捷。林红梅等建立了利用离子色谱精密分析海水阳离子的方法，以36mmol/L甲烷磺酸为淋洗液，流速为1m L/min，分析Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+，方法检出限低，线性良好，精密度高。孙志刚等阐述了离子色谱法测定酸雨中的钠、铵、钾、镁、钙含量的方法和步骤，经实验，各元素的检出限均低于0.02mg/L，加标回收率为90%～110%，相对标准偏差均低于1%，结果令人满意。该方法可同时测定酸雨中的5种阳离子,并且操作便捷,值得推广与应用。

4.2 大气环境监测中的应用

离子色谱还可应用于大气环境监测中。严飞利用离子色谱法同时测定大气中二氧化硫和氮氧化物。将空气中的二氧化硫吸收在三乙醇胺和过氧化氢中，二氧化硫与过氧化氢反应生成亚硫酸，亚硫酸可以应用离子色谱法来定量检测，即可通过化学反应公式计算二氧化硫的浓度；NO2在Na2CO3-Na HCO3吸收液的作用下会转化为NO2和NO3。从实验情况来看离子色谱法测定大气中二氧化硫和氮氧化物操作简单、无毒无害无污染，是一种新型大气质量测定方式，具有重要的推广和应用意义。李娜采用离子色谱法测定环境空气中的氯化氢，探讨了理论最优测定条件，并实际进行了样品采集和实验分析，分析了工作曲线、检出限值、精密度及干扰性评估。

总结了离子色谱法测定环境空气中氯化氢的优点：对测定过程的环境限制较小，操作简单易行，所需淋洗液品类单一，在简化测定流程的同时节约药品使用和损耗所带来的检测成本，与传统的硫氰酸汞分光光度法相比，具有较高的灵敏度。吴香姣用离子色谱法测定废气中的硫酸雾，采用玻璃纤维滤筒进行等速采样，用水浸取，利用预处理柱除去金属阳离子，将待测样品注入离子色谱仪进行测定，克服了传统方法如氯化钡比浊分光光度法、二乙胺比色法、铬酸钡分光光度法的实验过程耗时很长、方法检出限高、实验试剂消耗量大等缺点，具有前处理过程简单、灵敏度高、测定范围广、实用性强等优势。2016年我国出台了有关离子色谱法测定氯化氢和硫酸雾的环境监测行业标准，为采用离子色谱法测定氯化氢和硫酸雾提供了科学依据，提高了测定结果的准确性。

4.3 土壤环境监测中的应用

陈静等采样离子色谱法对土壤中有效氟进行测定，选用30mmol/L氢氧化钾溶液作为淋洗液，流速1.20m L/min，峰高定量准确测定有效态（可提取态）氟含量。方法加标回收率为95%～108%，精密度好，检出限低，操作简单，对环境无污染，适合于土壤污染状况的调查。张涛等建立了超声辅助提取离子色谱法测定铬污染场地中铬（Ⅵ）的方法。实验表明0.3mol/L的KCl溶液提取效率最高，提取时间为20min最适宜，线性关系良好，检出限低，精密度高，加标回收率良好，说明离子色谱法可作为铬（Ⅵ）的定量检测方法。

5 注意事项

5.1 温度对离子色谱分析结果的影响

经实验发现温度对离子色谱的分析结果有较大影响。若温度不稳定，则会导致基线不稳，影响分析结果，对仪器性能也会产生一定影响。为避免此情况，需要在恒温条件下进行实验分析，进样前就应打开空调使仪器在适宜温度下优化稳定；另外，离子色谱的分析项目一般冷藏保存，在分析之前尽量使水样温度达到与实验室温度一致再开始分析，避免因温度导致实验结果出现偏差。

5.2 输液系统混入气泡

若离子色谱的输液系统混入气泡，则会使基线波动，在检测离子出峰时影响其峰型，进而影响其峰高或峰面积，导致检测结果不准确。因此在实验分析过程中务必保证检测结果不受气泡的干扰和影响。常用的清除气泡方法有以下两种：一是排除淋洗液中的气泡，一方面可以经常更换淋洗液，另一方面要对稀释淋洗液的纯水进行脱气处理以免将气泡带入输液系统；二是若气泡出现在输液系统，则需要进行排气处理，打开废液阀，系统压力降低，3min～4min后液体排出并带走气泡，再旋紧废液阀进行正常实验操作。

6 发展

离子色谱在环境监测等许多领域都有着广泛的应用，经过四十余年，应用技术已飞速发展。从早期的等梯度淋洗到如今的梯度淋洗，提高了分析效率和待测组分的灵敏度；从最初的人工配制淋洗液到现在应用“在线发生系统”，方便快捷，且能很好消除水负峰，谱图出峰清晰无干扰。

未来离子色谱一大发展趋势即离子色谱与其他大型仪器的联用技术，许多文献已有相关实验分析，如离子色谱与电感耦合等离子体质谱、原子荧光光谱、原子吸收光谱法等联用，测定砷、硒、铬等，前处理简单、操作简便、灵敏度高。由此可见离子色谱技术在未来将会有更广泛的应用。

声明：本文所用图片、文字来源《绿色环保建材》，版权归原作者所有。如涉及作品内容、版权等问题，请与本网联系删除。

相关链接：离子色谱，树脂，阴离子