离子色谱分析法在水质分析中的应用

周　振，姚吉伦，庞治邦，刘　波

(后勤工程学院 国家救灾应急装备工程技术研究中心，重庆　401311)



离子色谱分析法在水质分析中的应用

周振，姚吉伦，庞治邦，刘波

(后勤工程学院 国家救灾应急装备工程技术研究中心，重庆401311)

摘要:离子色谱分析法因其快速、简便、选择性好、灵敏度高与能实现多组分同时分离等特点而得到迅速发展。首先详细介绍了离子色谱分析法的概念、原理、分类、组成和基本工作流程；其次从分析水中无机阴离子、无机阳离子和消毒副产物3个方面，论述了离子色谱分析法在水质分析中的研究现状；最后从微型化、自动化、连续监测和多机联用方面对离子色谱分析法的发展趋势提出展望。

关键词：离子色谱；水质分析；DBPs；THMs；HAAs

1离子色谱分析法概述

水质分析可划分为简分析、专项分析以及全分析3种类型，是采用物理以及化学的方法对水体中的各种化学成分含量进行逐一测定的方法[1]。自1903年Tswett[2]开创色谱法以来，色谱法在水质分析中占据着举足轻重的地位，特别是离子色谱分析法可同时测定多种阴离子和阳离子，其特性明显优于电化学法和原子吸收法，使其在水质分析领域取得了长足发展[3]。

1.1离子色谱的概念

作为一种高效液相色谱，离子色谱又称为高效离子色谱(HPIC)或者现代离子色谱[4]，是利用电导检测器对水体中的阴离子以及阳离子混合物进行痕量和常量分析的色谱法，在分析的过程之中，将一根抑制柱接在分离柱的后面，以抑制水质中电解质的背景导电率[1]。与传统离子交换色谱柱的区别主要体现为树脂具有很高的交联度和较低的交换容量，进样体积很小，用柱塞泵输送淋洗液，通常对淋出液进行在线自动连续电导检测。

1.2离子色谱分析法分离原理

离子色谱分析法是通过带电的溶质分子与离子交换固定相上可交换的离子进行交换而达到分离目的的方法。该方法主要依赖电荷间的交互作用，利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离，具有较高的分离容量[5]。其实质是分析样品水质中的离子、离子交换官能团以及移动相三者之间的联系[1]。适用于亲水性阴、阳离子的分离。

1.3离子色谱分析法的分类

离子色谱分析法分析法，依据分离机理的不同主要有5种分离模式：离子对色谱法、离子交换色谱法、离子排斥色谱法、静电离子色谱法和金属配位离子色谱法[6]。

1.4离子色谱的组成

流动相容器、进样器、色谱柱、高压输液泵、检测器和数据处理系统是离子色谱的主要构成部件。根据实际情况还可添置流动相在线脱气装置、自动进样系统、流动相抑制系统、柱后反应系统和全自动控制系统等。

1.5离子色谱分析法基本工作流程

如图1所示，流动相通过高压输液泵以恒定的压力或者稳定的流速运送到分析体系，在样品在色谱柱之前途经进样器导入，跟随流动相进入色谱柱，在色谱柱中由于各组分的特性不同而被分离，并且顺次随流动相到达检测器。对于抑制型离子色谱则在电导检测器之前增设一个抑制系统，即再生液用另一个高压输液泵输送到抑制器。流动相背景电导在抑制器中被降低，之后把流动出物导入电导池，数据处理系统将传输来的检测信号进行处理、记录和保存。不需要抑制器和输送再生液高压泵的非抑制型离子色谱仪，结构相对比较简单，价格也相对比较便宜。

图1　离子色谱基本工作流程

2离子色谱分析法在水质分析中的应用

离子色谱分析法的使用领域不仅仅局限于物质的分离[7-9]，元素形态与价态的分析[10-12]等方面，还广泛应用于水质分析之中。各类水样中各种无机阴阳离子和有机酸均可用离子色谱分析法测定。离子色谱分析法可用于地下水、饮用水、生活污水、工业废水和海水等样品的分析[6]。国外已将离子色谱分析法作为测定水和废水的标准分析方法。基于离子色谱分析法的饮用水标准检测方法在我国也有使用，对于饮用水中主要阴阳离子的分析十分便捷[13]。

2.1水中无机阴离子的分析

魏远隆[5]以整体材料基质及灌注色谱填料基质的离子交换固定相为研究重点，研制了GMA.EDMA有机聚合物固定相基质，该中基质含有双峰特征孔构造，将表面环氧官能团进行改性，得到了新型阴阳离子交换灌注色谱柱及阴离子交换整体柱，系统考察了其性能，并进行了实际应用。

2.2水中无机阳离子的分析

除了常见阴离子的分析外，离子色谱分析法还能快速、方便地同时测定饮用水中铵离子、碱金属及碱土金属。传统的饮用水硬度测定方法是采用EDTA-2Na法测定，而利用离子色谱分析法测定，结果与EDTA-2Na法相较无显著差异，但离子色谱分析法对Mg2+和Ca2+检出限大大低于EDTA-2Na法[16]。

徐继明[6]将离子色谱分析法应用于电化学检测研究之中，采用单柱离子色谱分析法，在15 min内分离了9种金属离子，从理论上探讨了流动相的组成和浓度的变化对9种金属离子保留时间的影响，建立了一套单柱离子色谱分离电导，检测分析多价金属阳离子的新方法。

2.3水中消毒副产物的分析

水处理中的消毒工艺能有效降低饮用水中的致病微生物，减少介水传染病的发生。氯消毒作为一种廉价的消毒剂能够有效消灭水体中的大量病原体，但消毒过程中水中的有机物和无机颗粒与消毒剂反应可能产生三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)等消毒副产物(DBPs)，长期摄入所带来的危害不容忽视[18]。

刘金燕[19]通过气相色谱和离子色谱两种分析方法，研究了水体中卤乙酸的生成特征与降解方法，建立了卤乙酸的分析检测方法，结果表明：检出限和回收率均符合美国EPA规定的要求。在最佳色谱条件下，离子色谱测定HAAs的回收率为71.70%～100.19%，检出限为12.58～14.16 μg/L，气相色谱法回收率在86.92%～108.00%之间，检出限在0.80～0.62 μg/L之间[20]。

Uansiri等[21]采用IonPac AS11-HC抑制型离子色谱，以KOH为流动相，使用两种方法优化了梯度系统，可直接进样，不需试验制备，可一次性检测水样中二氯乙酸(DCA)、二溴乙酸(DBA)、三溴乙酸(TBA)等9种卤乙酸，线性范围广，可重复性好，相对标准偏差为0.90%～4.57%。

Garcia-Villanova等[22]考虑离子色谱测定水中的卤乙酸多以KOH作为洗脱液，直接进样，尝试采用Na2CO3/NaHCO3缓冲液梯度洗脱，取代KOH淋洗液，结果表明：该方法能同时测定一氯乙酸(MCA)、一溴乙酸(MBA)、二溴一氯乙酸(CDBA)、一溴二氯乙酸(DCBA)等9种卤乙酸和溴酸盐、氯酸盐以及亚氯酸盐，检出限可达到μg/L；而且此种洗脱液碱性小，可在较低温度下检测，能够有效防止分析过程中氯乙酸的分解，适于给水处理中消毒副产物的监测。

3结论与展望

离子色谱分析法是目前能够同时测定饮用水中多种阴离子的一种理想方法，具备准确、快捷等优点[16]。随着各种新型色谱柱、分离方法的出现和现有色谱柱填料表面的化学再修饰，以及新的检测手段的开发，将扩大离子色谱分析法的运用领域，提高其检测灵敏度，离子色谱分析法在水质检测中发展前景将愈发广阔。

面向未来，离子色谱分析法的发展趋势：

1) 基于系统分析法，运用双机、多机联用技术，多种色谱技术组合和多维色谱技术(如离子色谱与质谱等各类分析仪器的联用)，进一步提高检测的灵敏度、选择性、分辨力和信息丰富程度，扩大检测范围；

2) 建立完善各物种的标准离子色谱分析方法；

3) 研制和开发微型化、自动化、连续监测的离子色谱。

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(责任编辑唐定国)

本文引用格式：周振，姚吉伦，庞治邦，等.离子色谱分析法在水质分析中的应用[J].兵器装备工程学报，2016(4):140-142.

Citation format:ZHOU Zhen, YAO Ji-lun, PANG Zhi-bang,et al.Application of Ion Chromatography Analysis Method to Water Quality Analysis[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(4):140-142.

Application of Ion Chromatography Analysis Method to Water Quality Analysis

ZHOU Zhen, YAO Ji-lun, PANG Zhi-bang, LIU Bo

(Engineering and Technological Research Center of National Disaster Relief Equipment,Logistical Engineering University of PLA, Chongqing 401311, China)

Abstract:Ion chromatography analysis method is one of the fastest developing analytical methods due to its characteristics of speediness, convenience, good selectivity, high sensitivity and can realize multicomponent separation at the same time and so on. First, the concept, principle, classification, composition and working process of ion chromatography analysis method were introduced in detail. Then, the present application of ion chromatography analysis method in water quality was analyzed from inorganic anions, inorganic cations and disinfection by-products. Finally, future research directions in microminiaturization, automatization, continuous monitoring and multi-machine combination were outlined.

Key words:ion chromatography; water quality analysis; DBPs; THMs; HAAs

文章编号：1006-0707(2016)04-0140-03

中图分类号：X703

文献标识码：A

doi:10.11809/scbgxb2016.04.034

作者简介：周振(1990—)，男，硕士研究生，主要从事水处理技术与装备研究。通讯作者：姚吉伦(1966—)，男，高级工程师，主要从事水处理技术与装备研究。

基金项目：国家科技支撑计划(2012BAK05B00)

收稿日期：2015-10-20；修回日期：2015-11-25

【基础理论与应用研究】