饮用水中离子色谱法检测的应用进展

李新红 李忠

离子色谱法不仅操作简单，而且能快速进行数据分析，除了能对无机离子进行有效分析，同时也能分析其他组织，在分析化学领域中，离子色谱法具有非常重要的作用[1]。饮用水不仅会直接影响人民群众的日常生活，同时也会对其生命健康与安全造成严重影响，居民生活与饮用水之间的关系非常密切，同时也是人民群众生命健康的保障。相关临床研究结果显示，大约有80%的患病居民与日常用水存在相关性，确保人民群众用水的安全性就成为现阶段的一个研究热点[2]。现阶段水环境污染越来越严重，全球气候正在逐渐变暖，同时水平面也在逐渐升高，全球各国也开始更加关注水资源的管理与分析。作为现阶段比较成熟的一种水质分析技术，通过离子色谱法对饮用水水质进行检测，并对检测结果进行分析，能充分保障其质量。

1 离子色谱法的介绍

在对水体中的负离子进行检测中，离子色谱法是现阶段最常用的一种检测方法，不但能对常见离子进行快速检测，包括了钙离子、镁离子、钾离子、氯离子等，而且也能准确检测各种消毒副产品，如溴酸根、次氯酸根以及亚氯酸根等，除此之外，离子色谱法也能分析各种有机酸、重金属以及硅、铬、氰化物等[3]。应用离子色谱法也能对水中的絮凝剂残留情况进行准确检测，如铁、铝等。但是需要注意的是，在实际的检测工作中，如果操作方法不正确，或者是未能定期进行保养和维护等，则会在一定程度上影响检测结果。

在全球范围内，离子色谱法现阶段的应用越来越广泛，发展前景比较好。选择离子色谱法检测和分析常见的硫酸盐、硝酸盐氮、氯化物以及氟化物等，不仅用时短，一般为20～25 min，而且具有较高的准确性和精密性，符合实验室的相关标准和要求[4]。在对水质进行测定时，选择离子色谱法不仅能快速获得检测结果，而且其准确、可靠。在实际的检测中，于树脂柱后合理安置好电导检测器，而该树脂柱的主要目的是实现离子交换，进行持续的、长期的检测，在电荷的相互作用下获得离子，对于电子分子来讲，其内部电荷并不相同，离子及其功能基团紧密结合、实时运动，进而实现分离。

2 饮用水中离子色谱法检测的应用价值

采用离子色谱法检测饮用水中的离子，并不需要进行复杂的预处理就能快速获得结果，而且敏感度好。科学技术的不断进步，也进一步拓宽了离子色谱法的检测范围。与传统化学检测方法相比较，离子色谱法的优势更加明显，能有效弥补前者的一些缺点。对饮用水水质进行了解和分析是环境分析的主要工作内容之一，现阶段我国越来越关注环保工作，因此深入研究饮用水的相关检测技术就显得非常重要。

传统化学检测方法只能测定阴离子，而且影响检测结果的因素较多，烦琐的检测操作也会降低检测工作的效率。作为应用比较广泛的一种高效液相色谱技术，离子色谱法是通过离子交换，以改变水中各成分的流动情况，进而来分离离子。无论是高效离子交换色谱法，抑或是离子排斥色谱法、离子对色谱法，均属于离子色谱法，其中高效离子交换色谱法则是最常用的一种离子色谱法，该方法能对饮用水阳离子进行准确测定，同时能对色谱进行合理分析，进而让检测质量显著提高[5]。离子色谱法作为新型研究方法之一，不仅能快速检测多种组分，而且检测结果准确、可靠，敏感度高。离子色谱法在饮用水卫生检测工作中的作用非常关键，不仅操作简单，而且检测时间短，能有效减轻工作量，提供准确性。

3 运用离子色谱法检测无机离子

现阶段在检测饮用水水质卫生情况时，离子色谱法是最常用的检测技术之一[6]。有研究分别测定了某矿泉水、某小区饮用水、某高校饮用水的无机阴离子种类及含量，结果发现硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子以及氟离子的回收率为97.9%～106.1%，方法检出限（method detection limit，MDL）为0.150 00～0.434 40 μg/mL，而相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）则为0.71%～2.41%；结果发现，无论是某矿泉水，亦或者是某小区饮用水，或者是某高校的饮用水，其负离子均不符合国家相关标准，长时间饮用会严重危害人体健康，如导致高氯血症、肾衰竭等[7]。另外有研究发现，在对饮用水阴离子进行检测时，选择理化检验法，50 min只能检测出某一种阴离子；而采用离子色谱法只需10 min就能检测出4种常见的阴离子；因此采用离子色谱法能让检测时间明显缩短，同时其检测成本也非常低。另外在氯离子以及氟离子的MDL方面，离子色谱法明显低于理化检测[8]。上述分析结果显示，在检测和分析饮用水时，离子色谱法是较为理想的检测方法之一。

有研究分别选择离子色谱法、乙二胺四乙酸二钠（disodium ethylenediamine tetraacetate，EDTA-2Na）滴定法对饮用水硬度数据进行检测，结果发现，在钙离子、镁离子的MDL方面，与离子色谱法相比较，EDTA-2Na滴定法明显更高，但是在其他检测结果方面，2种检测方法的差异并不明显[9]。除此之外，采用离子色谱法也能对过度金属离子进行检测，有学者同时测定饮用水中的镉、镍、钴、铅、铜、锌等离子，MDL检测结果为1.97～3.09 ng/mL[10]。

4 离子色谱法在消毒副产物检测中的应用

现阶段常用臭氧消毒、紫外线消毒、氧化消毒以及二氧化氯消毒等方法对饮用水进行消毒处理，消毒剂不但能将病原体有效杀灭，而且还能改善凝结、除味和除色，让过滤效率显著提高，减少藻类生长[11]。在进行消毒时，消毒剂会与水中的富里酸、腐殖酸、藻类等天然有机物发生取代、加成以及氧化反应，进而生成各种消毒副产物。如选择臭氧对饮用水进行消毒处理，生成的消毒副产物包括了溴酸银、溴酸钾以及溴酸钠等，均属于潜在的致癌物质。通过离子色谱法定量、定性分析水体中的消毒副产物，不仅操作简单、具有较好的选择性和敏感度，试样用量少，而且能对不同化合价态进行分析，开展多组分测定[12]。

溴酸盐是一种2B级的潜在致癌物，是采用臭氧消毒饮用水后由溴化物形成的一种副产物。除此之外，采用二氧化氯对饮用水进行消毒处理也可能会产生溴酸根离子特别是当消毒工作是在光照条件下开展时，除此之外，采用次氯酸盐对饮用水进行消毒也可能会形成BrO3-副产物。无论是我国的生活饮用水卫生标准，抑或是欧盟饮用水水质指令，或是美国环境保护署（Environmental Protection Agency，EPA）饮用水标准，有关溴酸盐的限制均为10 μg/L。有关消毒副产物，相关标准作出了明确规定，当采用离子色谱-电导检测器开展相关的检测工作时，在直接进样分别为500 μL（氢氧根系统淋洗液）、40 μg/L（碳酸盐系统淋洗液）时，最低检测质量浓度均为5 μg/L，并没有出现变化[13]。其中当采用氢氧根系统淋洗液时，导电率背景值低，无水负峰，产物为水，能明显提升分析结果的敏感度；而当采用碳酸盐系统淋洗液时，电导率背景值高，碳酸产物的获得是利用抑制器完成的[13]。在对EPA317.0进行分析时，选择紫外/电导检测器，采用离子色谱法，将邻二甲氧基联苯胺盐酸盐作为柱后衍生剂，检出限为0.5 μg/L。比较上述2种检测方法可知，采用柱后衍生离子色谱法需要用到比较复杂的装置设备，操作烦琐，衍生条件也无法有效控制，有些衍生剂还会对人体健康造成威胁，虽然其检测的敏感度较高；电导检测器则会受到氯离子的明显干扰。

在对饮用水进行氯化消毒时会出现各种消毒副产物，而其中较为常见的就是卤乙酸，现已发现的一共有9种，而EPA限量规定的卤乙酸有5种，二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸的总量不能超过30 μg/L；EPA552.3以及EPA557分别采用不同的方法，具有较高的定性及大量准确性，但是该方法的仪器设备比较昂贵，进而对其推广应用造成一定限制[14]。二氯乙酸、三氯乙酸均可能致癌，相关研究采用液液萃取衍生气相色谱法来检测三氯乙酸和二氯乙酸，其中三氯乙酸的限量为0.1 mg/L，而二氯乙酸的限量则为0.05 mg/L；但是该方法需要的甲醇、甲基叔丁醚等有机试剂较多，而且样品前处理比较烦琐，会对人体造成比较严重的危害[15]。卤代乙酸具有比较好的亲水性，当饮用水的pH值＞6时，则会导致卤代乙酸彻底离解，采用离子色谱法进行测定，前处理过程比较简单。

选择离子色谱-电导检测器对亚氯酸盐、氯酸盐进行直接测定，一般选择阴离子色谱柱，因为其具有较强的亲水性和较高的容量，高氯酸盐、氯酸盐以及亚氯酸盐的最低检出限为5 μg/L，浓度范围为0.015～1.000 mg/L[16]。无论是在分离效果方面，抑或是在分析时间方面，lonPac AS20阴离子色谱柱均比lonPac AS16以及lonPac AS19阴离子色谱柱更佳。在对亚氯酸进行测定时，检测结果可能会受到有机酸的影响，而离子色谱-质谱联用技术则满足标准限制的相关要求[17]。

有研究选择离子色谱法分析了饮用水当中的消毒副产物，如C3HCL3O2、C2H2CL2O2、KCLO3、KBrO3以及NaClO2等，首先需要净化处理水样品，去除氯离子，然后淋洗采用浓度为8 mmol/L的氢氧化钠溶液，分别采用IonPac AS19阴离子分析柱及戴安Ionpac AG19 Guard column保护柱；选择45 mmol/L氢氧化钠溶液进行淋洗；选择8 mmol/L氢氧化钠溶液进行淋洗，柱温设置为25 ℃，流速设置为1 mL/min[18]。在检测选择抑制型电导，进样量设置为500 μL。结果发现淋洗液采用OH-，不仅具有较高的精密度和敏感度，而且MDL低，具有比较理想的线性范围[19]。在测定水中CLO3-、BrO3-以及CLO2-时，有学者选择氢氧化钾梯度淋洗离子色谱法，结果显示消毒副产物与阴离子的分离度比较理想；在50～1 000 μg/L线性范围内，其中CLO3-的检出限为7.6 μg/L，P值为98.0%～111.2%，RSD为2.5%～4.8%；而BrO3-的检出限为8.9 μg/L，P值为90.3%～94.8%，RSD为4.1%～5.4%；CLO2-的检出限为5.2 μg/L，P值为93.7%～96.5%，RSD为2.1%～5.5%；研究结果显示，该方法不仅操作简单方便，而且具有较高的敏感度、准确度和选择性，对于相关的检测需求能充分满足[20]。

5 离子色谱法在高氯酸根检测中的应用

在对饮用水高氯酸进行检测时，从20世纪70年代开始，有学者分别选择电导法、交换色谱柱[21]。针对生活饮用水的检测，EPA采用戴安IonPac AS16阴离子交换色谱柱来检测饮用水，也就是314号标准方法，当饮用水中的高氯酸盐浓度＞2 mg/mL时，314号标准方法的准确性较高[22]。有研究通过微波博纳高度离子色谱法对饮用水中的高氯酸根离子进行检测，通过微波加热对水样品进行15 min的处理，大约浓缩10倍，高氯酸根离子回收率为94.37%，采用戴安IonPac AS16阴离子交换色谱柱进行分离，进样量140 μL，选择抑制点带检测，检出限为0.20 μg/L[23]。

现关于检测饮用水高氯酸污染情况我国还缺乏相关的研究报道；在检测饮用水高氯酸根离子时，有学者采用微波浓度离子色谱法，对水样进行20倍的浓缩，检出限依然维持在0.20 μg/L[24]。除此之外，为了能让水样中其他常规离子的影响有效减少，有研究选择离子色谱法和质谱技术，发现检测结果具有更高的敏感度和准确性[25]。

现阶段，在对饮用水进行检测时采用离子色谱法能同时检测不同阴离子，已得到了广泛应用，能有效保障水质质量及人民群众的生命安全。而各种新型色柱、新型分离方法的出现也将进一步拓宽离子色谱法的应用范围，充分凸显其作用。