离子色谱技术及其在水环境检测中的应用

龙梅芬

（贵州省松桃苗族自治县环境监测站，贵州 松桃554100）

1 引言

当前，离子色谱分析方法已经成为理论成熟、相关硬件先进的技术，其无机阴离子、阳离子分析，有机酸、有机碱等的分析技术也表现出了巨大的前景。离子色谱分析技术能很快地检测水中的多种离子，对各种水质有独到的检测优点。

2 离子色谱技术的硬件组成及分离方式

离子色谱技术系统主要由四部分构成：色谱分离柱、检测器、传送装置、数据处理装置[1]。

色谱分离柱是很重要的部件，它是本系统的核心。由于检测液体存在强酸或强碱成分，分离柱一般不是金属的。

检测器一般采用抑制型检测器，在分离柱之后安装一个抑制柱，将极大地提高被测离子的检测灵敏度。

传送装置主要负责将各液相流体运送到分离柱、检测器等仪器中及样品的简单处理，主要包括液体贮罐、泵、定量环进样器等。

数据处理装置主要为计算机系统。

离子色谱的分离原理是离子交换，这是整个技术的理论核心。离子交换有三种分离方式：离子交换色谱（HPIC）、离子排斥色谱（HPIEC）、离子对色谱（MPIC）。三种分离方式的树胶的离子交换能力及容量各不相同。

3 离子色谱技术在水环境检测中的应用

离子色谱技术的应用范围十分广泛，可以用于大气检测、土壤质量检测、生物体污染检测及水质监测等几十种方向。

运用离子色谱技术能分析各种环境下采集的水样，包括水库、江、河、湖、地下水、大气降水、废水、工厂污水等各类水样，主要检测水中无机阴、阳离子、有机酸、有机碱、弱电离物质、极性分子、复杂样品中的常见阴阳离子[2]。

3.1 化学性质的分析

3.1.1 无机阴、阳离子的分析

直到20世纪70年代，无机阴、阳离子的化学分析方法还一直沿用从前的陈旧方法，不仅分析时间长，且一次只能进行单种离子的分析[3]。离子色谱技术的出现，大大地提高了离子分析的效率，将从前的25min只能分析一种离子的效率，提高到7min内分析出36种离子[4]。可以说，离子色谱技术的出现是化学分析这一学科发展的里程碑。

3.1.2 有机酸、有机碱的分析

有机酸、有机碱的分析常常用到离子色谱技术[5]。含有空基和取代基的各种控酸和多基酸，如酒酸、乳酸、柠檬酸、丁二酸等不能通过反应生成各种挥发组分，因此无法用气相色谱法分析，但是离子色谱技术能很好地解决这个问题，并能分析出各液相中的有机酸与有机碱组分[6]。

3.2 物理性质的分析

前文详细介绍了离子色谱技术对无机阴、阳离子、有机酸、有机碱的分析及可行性。在物理性质方面，离子色谱技术也有独到的分析作用[7]。

通过安装不同作用的检测器，离子色谱技术可以对水体不同物理性质进行检测。

（1）安装电导检测器，测量溶液中离子的电导率，离子在双铂电极板之间迁移。应该注意的是，为了避免溶液中组分的改变及双电层现象的产生，必须采用交流电。

式中：R为电阻（Ω）；Kc为电导池常数（1/cm）；k为电导（1/Ω）。

离子的电导与离子的浓度及电导率有关，换算公式如下：

式中：Λi为当量电荷率，Zi为电荷，ci为浓度。

（2）安装安培检测器，通过反推，对氧化还原物质进行检测，测量氧化还原电位。

（3）安装紫外/可见检测器，变相测量紫外吸收度值。

4 离子色谱技术在水环境检测时的优点

水环境检测手段极其繁多，包括化学法（重量法、分光光度法）、电化学法、离子选择电极法、离子色谱法、气相色谱法等十余种方法，各种方法各有自己的优点。相比其他水环境检测手段，离子色谱技术能很好地对溶液进行化学分析及物理分析。离子色谱技术具体优点分析如下。

（1）离子色谱技术的操作较为简单且分析快速。对常见阴离子和阳离子的平均分析时间不到5min，操作过程简单，仅需将样品准备妥当，放入仪器便能在记录仪上快速得到分析结果。

（2）离子色谱技术具有很强的离子选择性。对复杂样品的分析过程中，离子色谱技术能快速准确地分离出各种阴、阳离子，且如果采用适当的方法（双柱法），还能进一步提高离子分离的速度。

（3）灵敏度高。离子色谱技术能分辨出水样中含量极其微小的离子成分，最低可检测到0.02mg/L。

（4）可同时分析多种离子化合物。与光度法、原子吸收法相比，离子色谱技术具有多倍分析效率。

（5）离子色谱技术的检测设备均由塑料及玻璃制成，对强酸、强碱等高腐蚀液体有很好的免疫作用，极大地提高了仪器的使用寿命。

（6）对样品要求低。仅需对样品做简单处理，如稀释、过滤即可。

5 离子色谱技术的发展现状

经过多年的发展，离子色谱技术已经成为国内外化学分析领域常用的分析方法。自20世纪80年代以来，离子色谱技术从分析简单无机阴、阳离子，到如今多成分、多样品地同时分析，充分说明了它的实用性。但离子色谱技术依旧存在许多不足之处，需要对其进行完善，比如硅质填料对pH值的不稳定性及高聚物离子对有机溶剂的不匹配性。对于洗脱液的选择，是本技术发展的主要方向，不同洗脱液有不同的作用，特别在分离那些结构、性质相似的离子成分时，洗脱液的作用尤为明显。

6 结语

离子色谱技术具有快速、高效、便捷、准确等许多分析优点，是当代化学分析方法中很有发展前景的分析方法。它在无机阴、阳离子、有机酸、有机碱及复杂样品的分析中都显现出巨大的实用性，对7种常见阴离子及6种常见阳离子的检测快速准确，在50多种溶于水中的有机酸中能识别出36种，通过添加洗脱液EDTA还能有效地分析碱金属与碱土金属元素。在水环境检测中，能快速地识别水中所含物质并定量各种离子的含量，为水质分析提供准确的资料。

[1]叶明立，施青红，王一琦.离子色谱样品预处理技术[J].现代科学仪器，2004（2）：49～53.

[2]蒋如东.浅谈离子色谱在水质检测中的应用体会[J].江苏水利，2011（9）：44～45.

[3]肖超广.论离子色谱在水质检测中的应用[J].医药前沿，2012，2（9）.

[4]刘耀华.离子色谱法测定水样中的氯化物[J].化学分析计量，2008，17（5）：39～40.

[5]佟朝阳.离子色谱检测在水质中的应用[J].黑龙江水利科技，2005，33（4）：104.

[6]黄明元，甘 露，贺东秀，等.离子色谱法测定纯净水中痕量亚硝酸根[J].中国卫生检验杂志，2005，15（10）：1189～1190.

[7]孙博思，赵丽娇，任 婷，等.水环境中重金属检测方法研究进展[J].环境科学与技术，2012，35（7）：157～162.