非抑制性离子色谱测定蓝藻培养液中碳酸氢根含量

王鑫 ，徐凯 ，法芸

（1.山东省核工业二四八地质大队分析测试中心，山东青岛266041；2.山东中烟工业有限责任公司，青岛卷烟厂卷包车间，山东青岛266100；3.中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物基材料重点实验室，山东青岛266101）

1 前言

水体中可溶性无机碳（DIC）存在 四 种 形 式 ：CO2、HCO3-、H2CO3、CO32-，它们之间可以相互转化，且主要受水体PH值的影响。但是生活在水体中的微藻只能吸收利用CO2和HCO3-[1]。二氧化碳可以自由扩散进入细胞进而为微藻细胞的光合作用所利用；碳酸氢根离子既可以直接转运也可间接转运到细胞中为微藻细胞所利用[2]。

HCO3-对水体中生物有重要的作用，窦艳艳等[3]研究了碳酸氢根缓解高营养负荷下苦草(Vallisneria natans)胁迫的作用，证明了水体HCO3——DIC增加可以缓解富营养化对沉水植物的胁迫作用。Maberly等学者的研究显示，大多数沉水植物可以适应低CO2环境的原因，是由于其可以利用HCO3——DIC，典型沉水植物苦草、菹草(Potamogeton crispus)和马来眼子菜(Potamogeton malaianus)等[4]。

目前，碳酸氢根的测定方法主要有滴定法[5]、比色法[6]、色谱法[7]、电极法[8]以及其他方法[9]。目前的测定方法虽有一定的应用范围，但是对于其快速灵敏的定量测定仍有一定的差距，为此我们提出了一种非抑制性快速定量测定蓝藻培养液中碳酸氢根的离子色谱法。

一般情况下，离子色谱在测定阴离子方法中都需要抑制器对其进行抑制。而测定碳酸氢根离子，淋洗出来的HCO3-离子与H+结合产生H2CO3由于其挥发性，不能进行定量测定。虽然之前有用阴离子色谱柱（AS15、AS16、AS17）对其进行检测，但都不能进行定量。基于此原因，采用非抑制性离子色谱，探索性地采用OptimixC18/SCX阳离子交换柱，用稀释1000倍除碳酸氢钠的母液作为淋洗液，从而扣除基体的干扰，成功实现了定量检测蓝藻培养中碳酸氢根的测定，结果表明：该方法前处理简单、选择性好、灵敏度高，适用于藻类细胞培养液中碳酸氢根的测定。

表1 标准溶液的质量浓度（单位：mg/L）

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

离子色谱仪：ICS-5000型多功能离子色谱系统，包括双泵(DP)模块、电导检测器（CD）/色谱(DC)模块、自动进样器(AS)模块；Chromeleon 6.8色谱软件操作，美国Thermo Scientific公司；

Milli-Q Advantage A10超纯水制备仪；

碳酸氢钠（GR，天津市科密欧试剂有限公司）。

2.2 样品处理

盐胁迫后每隔24 h取样2 mL蓝藻培养液，以6000 r/min速度离心5分钟，取上清液。将上清液稀释5倍后取约3 mL溶液用0.22 μm水相滤膜过滤。

2.3 色谱条件

色谱柱：Optimix C18/SCX；流动相：5.0 mM甲基磺酸。流速为0.2 mL/min，等度洗脱；进样体积：50 μL，柱温：30 ℃；电导检测。

2.4 标准曲线的绘制

用稀释1000倍除碳酸氢钠的蓝藻母液配制500 mg/L碳酸氢钠标准储备液，然后用其配成表2中不同浓度标准溶液，按2.3节的色谱条件进样分析，以峰面积y(nC×min)为纵坐标，以质量浓度x(mg/L)为横坐标，绘制标准曲线。

2.5 重复性和回收率实验

取配制好的 20、100、500 mg/L 的碳酸氢钠标准溶液4 mL于三支4 mL离心管中，先各取1.5 mL进行色谱分析，各重复8次进样。

将剩余的碳酸氢钠标准溶液以6000 r/min速度离心5分钟，取上清液。将上清液稀释5倍后取约3 mL溶液用0.22 μm水相滤膜过滤后，取滤液进行色谱分析。

3 结果与讨论

3.1 色谱柱的选择

碳酸氢根和碳酸根离子的电导率在无机阴离子中属于最低的，所以我们用强背景电导的淋洗液，用Optimix C18/SCX强阳离子交换柱让其产生负的色谱峰，选择完全基线分离的柱子进行进一步的检测和定量。

选择用Optimix C18/SCX强阳离子交换柱色谱柱分离，5.0 mM甲基磺酸作淋洗液，用电导检测，碳酸氢钠基线分离。如图1所示。

3.2 方法的评价

图1 碳酸氢钠的色谱图（1-葡萄糖，2-葡萄糖酸）

图2 标准混合物和四种样品的色谱图。

表2 方法的评价数据

将表1所列混合标准溶液依次进样，以峰面积Y为纵坐标、标准溶液的质量浓度X(mg/L)为横坐标进行线性回归，测得的线性相关系数为0.99946。选择表1中4、6、10号标准溶液连续进样8次，测得相对标准偏差均小于1.00%。将浓度为 4、6、10号标准液加入样品，按照2.2样品处理方法平行处理，测得平均回收率范围是101.15%-111.10%。上述实验所得线性回归方程、相关系数、相对标准偏差、回收率、检测限等均列于表2。

3.3 实际样品分析

将4个不同反应时间蓝藻培养液样品按照2.2所述方法进行前处理，样品中碳酸氢钠得到了较好分离，峰形尖锐。图2为测定4个实际样品的离子色谱图。

4 结论

本文建立了非抑制性阳离子色谱法测定蓝藻培养液中碳酸氢根的含量。该方法操作简单，灵敏度较高，重现性和相关性好。为不同体系中碳酸氢根的研究提供了有效的分析方法。