探讨水环境监测中离子色谱的运用

张玲利

杭州高新（滨江）水质分析监测站有限公司

1 前言

近些年来，随着科学技术手段的进步，药物分析、食品分析、环境分析等不同学科都得到了高速的发展。与此同时，由于具备独特的分离机理，离子色谱在许多不同的专业领域内也得到了很高的关注度。距离子色谱检测方法被提出已有近50年的历史，在时代的巨轮不断地向前滚动的过程中，通过技术工作人员的持续优化手段，离子色谱在如今已经发展成为一种比较成熟的检测方法，在各个领域有着非常广泛地应用。并且伴随着当代人对生态环境问题的逐渐重视，人们对离子色谱技术的需求会越来越多，离子色谱技术也将会迎来更广阔的应用环境。

2 离子色谱技术的概述

2.1 现代离子色谱技术的原理

作为液相色谱技术中非常关键的一个组成部分，现代离子色谱技术又被称为高效离子色谱技术，与传统的离子交换色谱技术对环境的监测方面有所不同。现代离子色谱技术，从狭义上来说是以低交换容量的离子交换树脂为固定相对离子性物质进行分离，用电导检测器连续监测流出物电导变化的一种液相色谱方法。

2.2 离子色谱技术的优点

相对于以往的分析方法，离子色谱在阴阳离子的分析方面具有更大的优势。以阴阳离子的分析为例，在分析阳离子时，一般的化学分析法采用的是原子吸收法和光度法，一次只能分析一个元素，整个分析过程耗时比较多。在分析阴离子时，一般的化学分析法采用的是容量法、光度法和重量法，操作过程颇为繁琐，需要用到的检测药品比较多，耗费的时间也比较长。而离子色谱技术在操作过程、检测效率、分析时长等多方面都有了不可比拟的进步，有着以下几个优点：

第一，分析的速度更快，操作更加方便。对常见阳离子和阴离子的分析，离子色谱技术一般只要十分钟就可以完成。如果有高效分离柱的加持，那么速度会更快，三分钟左右就可以完成分析。第二，灵敏度超高，直接进样可达ppb级别，使用浓缩柱则可达ppt级别。第三，可以一次分析多种离子化合物。在仪器合适的情况下，离子色谱技术只需要在很短的时间内，就可以得到检测样品中阴、阳离子以及其他成分的全部信息。第四，更好的选择性，离子色谱技术的固定相成熟多样，检测器具备选择性，对分析的前处理要求不多，只需要过滤和稀释就行。第五，检测设备中分离柱的稳定性好、容量更高，苯乙烯和二乙烯基苯聚合物是最常用的柱填料，它们的性能对分离柱的稳定性有着非常大的帮助。这种树脂的高pH 稳定性允许用强酸或强碱作淋洗液，有利于扩大应用范围。高的pH稳定性和有机溶剂可匹配性以及高的柱容量，简化了样品前处理中的溶解、稀释、和过滤等手续。

2.3 离子色谱的分类及分离方式

一般来说，离子色谱可以分为离子交换色谱（HPIC）、离子排斥色谱（HPIEC）和离子对色谱（MPIC）这三种类型。离子交换色谱的工作原理是利用离子间的不同作用力，一般应用在有机和无机阳、阴离子的分离，是离子色谱中应用最广泛、最常用的一种形式。离子排斥色谱主要是根据Donnon膜的排挤效应，电离组分受排斥不被保留，但弱酸会有一定保留的原理。一般应用在有机酸和机弱酸的分离，以及醛类、醇类、糖类和氨基酸的分离。离子对色谱，其对色谱的保留机理目前还处于理论假设阶段，尚未完全弄清楚，但是关于分离机理存在3种不同的假说：离子对形成理论、离子相互作用理论和动态离子交换理论。

3 水环境监测中离子色谱的运用

离子色谱技术检测的主要是无机阴离子、阳离子和小分子竣酸这三类物质，主要分离模型是离子交换和排斥，分析的样品包括饮用水、江河湖泊水、雨水、地下水、电厂循环水、废水等。离子色谱在分析水质时，不仅可以快速分析水中常见的阴、阳离子，还可以准确定量地检测出饮用水中氯酸根、次氯酸根、亚氯酸根等消毒产物。

3.1 分析无机阳离子、阴离子

不同于传统的化学分析状况，离子色谱分析法借助一次进样和梯度淋洗的方式，可以在半小时的时间里完成对36中阴离子的分离，极大地缩短了分析时间，是饮用水水质分析最有用、最高效的手段。

抑制型离子色谱通过使用二肢基丙酸和盐酸作为淋洗剂，可以分析出多种阳离子，将阳离子交换固定相在苯乙烯聚合物表面与磺酸基阳离子交换乳胶进行聚合，碱金属离子的亲和力小于碱土，通过等浓度淋洗一次进样，很难同时分离两组离子。然而使用新型的分离柱能够改变阳离子的交换位置或其选择性以及密度，同样采取等浓度淋洗一次进行的方法，在15min内就可以将碱土离子和碱金属离子分离。

3.2 分析有机酸、碱

离子色谱技术也常常应用到有机酸与有机碱的分析中。在传统的化学分析方法中，取代基、带控基的多元酸、控酸等经过衍生反应后，难以生存可挥发组分，无法利用气相色谱进行分析。而离子色谱技术解决了这一问题，新型的排斥柱离子填料，包含普通排斥柱的阳离子交换基团，起基代替OH基能和位于填料弱离子交换处的co基产生氢基，使琵基酸的分离选择性增强。通过离子排斥的分离模式，可以测定出50种水中的可溶性有机酸，找出了定量分析36种有机酸的条件，在多样品分析方面有非常显著的成效。

3.3 复杂样品的分析

离子色谱分析技术的不断进步，使无机阳离子和阴离子、有机酸、离子物质和费离子物质的同时分离得到实现。

实际水质的监测工作中，经常会出现水样本同时含有无机阳离子、阴离子和其他有机物质。以往的分析技术很难对其成分进行准确的分析和科学的测定。而离子色谱检测方法则不同，它实现了对复杂水体样品的监测，通过分离水环境中的有机物质和无机物质，检测水中的导电成分，从而达到提高水环境检查的准确度与精度的效果。通过单株离子色谱法，能够对水样本中草酸、Cl-、Ca+的含量进行测定。此外，用EDTA溶液作为洗脱液，还可以和钙离子发生化学反应生成阴离子配合物，进而实现对有机酸和阴阳离子的同时检测。

通过上述内容可以看出，离子色谱检测方法对于复杂样品的应用，可以在很大程度上减少因为无效操作浪费的时间，同时还能减少检测成本。

4 离子色谱技术在水环境监测中的注意事项

4.1 水样的过滤处理

水质监测时，首先要对需要检测的水样进行抽滤，这样可以避免水样中的颗粒物在进入离子色谱后堵塞管路。

4.2 水样的稀释处理

在使用离子色谱技术进行检测时，如果等待检测的离子对树脂的亲和力相差比较大，就需要使用不同强度或浓度的淋洗液进行稀释，使离子浓度符合检测标准，否则检测效果就会受到影响。

4.3 对检测环境温度的控制

通过研究发现，温度对离子色谱检测结果有着很大程度的影响，不稳定的温度可能导致检测结果出现偏差。因此，在进行离子色谱检测的过程中，一定要保持检测环境温度的稳定。基于此，可以从以下三个方面保证温度的稳定性：首先，检测环境内空调、窗户等温度变化大的物体要与检测仪器保持一定距离。其次，为了保证离子色谱中柱子的温度稳定，需要安装配套的柱温箱。最后在样品进入检测前，需要把样品在自动进样器中放置一段时间，等样品的温度与柱温几乎一致后再开始检测。

5 离子色谱技术运用在水环境监测中的未来发展方向

综上所述，离子色谱技术对水环境的监测和水污染的治理有着非常重要的作用。因此，为了更好地提高离子色谱技术的应用效果，需要从以下几个方面着手：首先，要更加重视离子色谱检测技术，为离子色谱技术创建更好的监测环境，形成更完整的离子色谱检测理论，逐渐减少检测的成本使检测能更大范围地被运用。其次，在信息时代当然要重视信息技术手段的进步，检测人员要对大数据技术与离子色谱检测技术的结合施加更多关注，利用数据挖掘技术，提升离子色谱技术的监测深度，综合分析历史数据信息，更加全面地检测水环境中阴离子的来源，借助数据清洗技术，对测得的数据进行重复数据分析，最终实现离子色谱技术检测的高准确度和高覆盖面。

6 结语

从本文的分析可知，离子色谱技术具有操作便捷、检测迅速、结果准确、选择性好、分离柱稳定性好、容量高、可以同时检测分析多种离子化合物等特点。由于它检测成本较低、检测类别较多、经济适应性和环境适应性比较良好，离子色谱技术在水环境监测领域有着非常广泛的应用。因此，对于检测技术人员来说，要更加关注离子色谱技术的发展，增强对离子色谱的伦伦知识学习，在实践过程中根据现状实行技术改造与升级，朝着优化离子色谱检测方法的方向努力。