离子色谱法在环境监测中的应用

文_丁小娇 深圳市生态环境监测站大鹏分站

1 离子色谱法概述

1.1 主要原理

离子色谱是高效液相色谱的一种，因此又叫高效离子色谱或现代离子色谱，与传统的离子交换色谱有着一定的差异，主要表现在树脂具有很高的交联度和较低的交换容量，进样体积比较小，用柱塞泵输送淋洗液并对淋出液进行自动连续性电导检测。

一台离子色谱仪由6个系统组成，分别是淋洗液输送系统、进样系统、分离系统、抑制和衍生系统、检测系统、仪器控制和数据采集处理系统。以泵为淋洗液输送动力，通过离子交换分离，柱后连接抑制器来降低背景电导，提高灵敏度，电导检测器检测，以保留时间定性，峰高或峰面积定量。

离子色谱根据其分离机理可分为离子交换色谱、离子排斥色谱和离子对色谱。其中，离子交换色谱被广泛地应用于地表水中无机阴离子和阳离子含量的检测分析，根据样品中各待测离子与固定相带电荷基团之间的相互作用力不同，其在色谱柱中的保留时间不同，被淋洗液洗脱出来的时间不同，从而将样品中的待测离子逐一分离。离子排斥色谱与离子交换色谱相比，应用范围较窄，主要应用于分离测定弱离解的有机酸、无机酸及某些分子型样品。

1.2 主要性能特征

环境监测中采用离子色谱法可以对不同金属离子中的化学成分进行检测，以及对有机性阳离子、碱性重金属、重金属、有机酸化物、碱性稀土的轻金属及稀土的阳离子等进行检测。这样既可以对常量与微量进行分析，还可以与富集技术进行结合分析痕量与超痕量，可见其已经成为环境监测中的重要方法，同时，其检测精度、灵活性及选择性等相对较强，可以应用到大气质量检测、水资源保护监测及土壤污染监测等。其主要特征表现在：①应用范围相对较广。现阶段离子色谱法不仅被应用到环境监测方面同时也被应用到食品、医药等领域中。②实现离子与离子间的自由交换与配对。离子色谱技术是在高效液相色谱技术中发展而来的，所以其树脂都具有一定电荷，同时可以实现离子与离子间的交换与配对，将无机离子分离。在实现离子间交换剂配对后可以进行吸附与解吸平衡。

1.3 离子色谱仪

环境监测中使用离子色谱法必须充分应用离子色谱仪。离子色谱仪中主要包括淋洗液输送模块、色谱柱、自动进样器模块、电导检测池、抑制器、处理模块及数据记录等，在进行样品分析工作时可以采用自动进样器，利用其来采集水样并通过输入泵逐渐的将水输送到保护柱的色谱柱中，不同目标组可以被色谱柱分离然后均匀的被输送到抑制器中来降低背景导电现象，最后再输入到电导池中进行检测，被数据系统记录后形成可行性报告。

2 离子色谱法在环境监测中的应用

2.1 水环境监测中的应用

水环境监测过程中采用离子色谱法，可以同时分析水中的阴阳离子提升工作效率，同时提高监测结果的准确性。通常采用重量检测法与铬酸钡光度法检测水环境中硫酸盐含量，但这两种方法整体过程相对复杂，所需时间相对较长。在采用离子色谱法进行水环境监测后，即使水环境相对复杂，也只需要对样品进行过滤、稀释等简单处理后就可以在同一时间对不同种类的阳离子与阴离子进行检测，有效避免了二次污染。同时可以检查出痕量与超痕量，可以实现对工业及生活污水等水样的检测与分析。

2.2 大气环境监测中的应用

人们的日常生活与大气环境质量有着直接的关系，大气环境质量可以影响人们的身体健康，可见对大气环境进行监测的重要性。氯化氢是大气环境污染中比较常见的物质，假如生活的环境中有垃圾处理站点，当进行垃圾处理时塑料焚烧就会产生较多的氯化氢，当氯化氢含量超过相关标准后就会导致大气环境的污染，同时氯化氢的味道非常刺激，会给人们的呼吸道及粘膜带来损伤，严重的话会导致人体中毒，所以在进行大气环境监测时应重点关注氯化氢监测。如果采用传统监测技术进行大气环境监测无法准确的检测出氯化氢的具体含量，但在应用离子色谱法后却可以提升氯化氢检测准确性，从而保证大气环境监测质量，得到具体的氯化氢含量。我国在2016年就制定了相关标准对离子色谱法使用过程中所采用的仪器、材料、计算方式、表示方法、仪器精准度及计算准确性等进行了明确规定，更加提升了离子色谱法监测大气中氯化氢实际含量的准确性。

2.3 土壤环境监测中的应用

以土壤中的阴离子为例，如果要用离子色谱技术对其进行监测，首先监测土壤随淋洗液（NaHCO3和NaCO3）进入分离柱的变化情况，土壤中的阴离子与分离柱的交换树脂（R-HCO3）通过离子交换，完成分离。随后，分离后的阴离子进入抑制柱（R-H），发生如下反应：

式中，X为试样土壤中的F-、Cl-等阴离子。相应的阴离子与对应的盐NaX生成相应的酸性物质，由于其具有较高的电导率，可用电导检测器检测分离物电导变化，转化为相应的峰值。最后，根据峰高，通过比较标准溶液曲线进行定量。

3 离子色谱仪器应用过程中的问题

3.1 监测水中亚硝酸盐中氮含量的问题

水中的亚硝酸盐氮主要来源于水中的含氮有机物的初始污染，经微生物作用后分解而来。亚硝酸盐氮是含氮化合物分解的中间产物，会受到温度、pH值等影响，在一定的条件下可氧化成硝酸盐，也可被还原成氨，给监测工作带来一定难度，影响监测结果的准确性。因此，监测水中亚硝酸盐中氮含量需在取样后尽快监测，同时选择合适的峰高，保证峰高定量选择的合理性。

3.2 测量水环境中氟离子含量

检测氟离子含量是水环境监测中的重点，但氟离子易受乙酸、甲酸或水电导的影响，导致氟离子含量检测出现偏差。因此在环境监测中应严格控制水中离子与电导，首先可以利用纯度相对较高的去离子水作为流动相；其次在进行实验时应将电导放到最低，从而保证水环境中电导的统一性，保证电导中的标准曲线与待检测样本的一致性。最后应保证标准曲线绘制的准确性及氟离子锋面积积分的准确性，避免峰面积给曲线所带来的影响，提升水中氟离子检测结果的准确度。

3.3 抑制器使用状态给监测结果带来的影响

在使用离子色谱仪进行监测时会因抑制器使用状态导致监测结果出现偏差。若抑制器长时间不使用其中的水分会挥发导致微膜水分减少出现破裂现象，此时抑制器就会出现漏液、抑制能力降低或电导上升等情况，影响抑制器使用效果。此外，在实际使用过程中抑制器中也会因有机大分子、重金属离子等受到污染，快速降低抑制器容量，影响峰面积与峰高。

3.4 分离度下降后会影响到保留时间

在环境监测的实际应用中，离子色谱色谱柱的分离性能会随着时间和样品分析量的增加而逐渐降低，影响待测组分定量的准确性。针对这种现象，监测人员应加强对色谱柱的日常维护，加大对样品的处理力度，并定期用高浓度的淋洗液来冲洗色谱柱，进而有效提高色谱柱的有效性和监测的准确性。

4 充分做好日常保养及维护工作

环境监测中使用的离子色谱仪属于大型精密仪器，因此在使用时应充分做好日常养护与维护工作，从而保证精准性，延长其使用年限。在进行日常养护与维护工作时可以使用冲洗液冲洗离子色谱仪柱，有效避免导管堵塞及监测过程中产生大气泡，保证仪器的清洁度。但在进行清洗的过程中应采用分离清洗的方式，按照流程进行，满足相关指标要求，根据品牌、型号、规格等选择具体的方法，从而保证日常养护与维护效果。

5 结语

现阶段离子色谱法已经成为环境监测中的主要技术之一，可为环境监测中的各项工作提供更大的发展空间，对环境监测工作有着指导性作用。在科学技术不断发展、生态环境保护工作要求不断提升的过程中离子色谱法也不断被优化，所得到的监测结果也更加准确，在未来离子色谱法将会得到更广泛的应用。