韋杰

（上海市崇明區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，上海 崇明202150）

1 引言

根據(jù)現(xiàn)行環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境檢測(cè)中對(duì)大氣、水、土壤等涉及陰、陽(yáng)離子分析的項(xiàng)目中有不少還在使用或者同時(shí)使用一些經(jīng)典方法，比如分光光度法、電極法等。這些方法普遍涉及多種復(fù)雜化合物或強(qiáng)酸強(qiáng)堿，隨著環(huán)境監(jiān)測(cè)要求的日益提高，在保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)科學(xué)有效的前提下，改進(jìn)分析方法、減少實(shí)驗(yàn)室有毒有害試劑的消耗應(yīng)逐漸成為實(shí)驗(yàn)室的一大目標(biāo)。

離子色譜法（IC，Ion Chromatography）作為一種高效色譜方法，具有進(jìn)樣體積小、分析快速、靈敏度高、高選擇性、可同時(shí)分析多種目標(biāo)離子以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境友好、試劑污染小、維護(hù)簡(jiǎn)便等特性，在眾多水分析方法中具有巨大優(yōu)勢(shì)，因而廣泛應(yīng)用于飲用水、地表水、降水、工業(yè)廢水甚至空氣廢氣的分析檢測(cè)。

2 離子色譜法的概述

2.1 離子色譜法的基本原理

離子色譜法的基本原理主要是離子交換。作為固定相的離子交換樹(shù)脂中可離解的離子與流動(dòng)相中帶有同等電荷的溶質(zhì)離子之間發(fā)生可逆交換，不同的離子與樹(shù)脂有不同的結(jié)合能力，從而被分離并由檢測(cè)器檢測(cè)。

一般離子色譜的固定相可分為陽(yáng)離子交換劑和陰離子交換劑兩大類(lèi)。在陽(yáng)離子色譜中常用帶有磺酸離子交換官能團(tuán)的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；而在陰離子色譜中常用帶有季銨鹽離子官能團(tuán)的陰離子交換樹(shù)脂。分析樣品時(shí)淋洗液攜帶組分離子通過(guò)離子交換柱時(shí)，組分離子與樹(shù)脂中的可交換離子發(fā)生可逆交換并最終達(dá)到平衡：

陽(yáng)離子交換：RNH3+Y-+X-=RNH3+X-Y-

陽(yáng)離子交換：RSO3-Y++X+=RSO3-X+Y+

離子和固定相離子官能團(tuán)的結(jié)合力越弱，分配系數(shù)就越小，保留時(shí)間越短；反之則分配系數(shù)大，保留時(shí)間也長(zhǎng)，從而使不同目標(biāo)離子分離開(kāi)來(lái)。

2.2 離子色譜儀簡(jiǎn)介

環(huán)境樣品檢測(cè)中用到的離子色譜儀主要由淋洗液輸送模塊、自動(dòng)進(jìn)樣器模塊、色譜柱、抑制器、電導(dǎo)檢測(cè)池、數(shù)據(jù)記錄和處理模塊等組成。

分析樣品時(shí)，自動(dòng)進(jìn)樣器會(huì)采集水樣通過(guò)輸液泵勻速送入帶前置保護(hù)柱的色譜柱，各目標(biāo)組分被色譜柱分離，依次隨淋洗液進(jìn)入抑制器降低背景電導(dǎo)，隨后再依次送入電導(dǎo)池檢測(cè)，由數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄并處理形成最終報(bào)告。

3 離子色譜樣品的預(yù)處理方法

合適的樣品的前處理方法及其實(shí)施是保證待測(cè)試樣被準(zhǔn)確定性定量的關(guān)鍵，也是大大擴(kuò)展離子色譜應(yīng)用檢測(cè)范圍的關(guān)鍵。環(huán)境監(jiān)測(cè)中常見(jiàn)的離子檢測(cè)項(xiàng)目涉及水、氣、土壤等。離子色譜雖然高效靈敏，但其進(jìn)樣體系需為均質(zhì)水溶液、有較大的分離度且待測(cè)離子有較強(qiáng)響應(yīng)。如果試樣成分復(fù)雜、有較多干擾離子，比如工業(yè)廢水、土壤提取液、廢氣吸收液等體系，或者標(biāo)準(zhǔn)采樣采得的樣品待測(cè)組分含量過(guò)低，如某些金屬離子的檢測(cè)，這就需要針對(duì)不同的樣品作合適的前處理。

3.1 膜處理法

環(huán)境監(jiān)測(cè)中對(duì)離子色譜樣品的預(yù)處理中，濾膜過(guò)濾是最常用的方法。一般可用0.45μm 濾膜或?yàn)V頭直接過(guò)濾水樣消除不溶性顆粒物，儀器中如果有預(yù)處理模塊的也可在線處理。

3.2 固相萃取發(fā)

在對(duì)待測(cè)水樣中的有機(jī)污染物、干擾離子進(jìn)行處理時(shí)，可使用固相萃取法濃縮污染物去除基體干擾，便捷快速，準(zhǔn)確有效，并且萃取柱可重復(fù)使用。

3.3 浸出法

在處理土壤、氣體吸收濾膜等固體樣品時(shí)，可使用浸出法提取待測(cè)組分。操作中可以水、淋洗液等作為浸取溶劑，同時(shí)用磁力攪拌或超聲等方式提升浸取效率和速度。

3.4 氧化消解法

離子色譜法在測(cè)定某些特定項(xiàng)目，比如總磷、總氮、硫化物、二氧化硫、氮氧化物時(shí)，需要對(duì)水樣進(jìn)行氧化消解，將待測(cè)組分轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的穩(wěn)定離子后再進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)室中可用過(guò)硫酸鉀高溫高壓消解，也可用紫外光-過(guò)氧化氫體系消解，制得的樣品體系簡(jiǎn)單且回收率高。

4 離子色譜在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

20 世紀(jì)70 年代，Small 等人[1]開(kāi)創(chuàng)了離子色譜法測(cè)定環(huán)境中痕量陰、陽(yáng)離子之后，憑借其低檢測(cè)限、高靈敏度、高選擇性以及快速的特點(diǎn)，其重要性比肩高效液相色譜法、氣相色譜法和毛細(xì)管電泳法。在環(huán)境檢測(cè)中，離子色譜法還具有低污染、易維護(hù)的特點(diǎn)，堪稱實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法的首選。

4.1 離子色譜在環(huán)境水質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

環(huán)境水質(zhì)特別是地表水常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，離子色譜是應(yīng)用最廣泛的儀器之一，可對(duì)氟化物、氯化物、硫酸根、硝酸根等大部分無(wú)機(jī)陰離子、大部分堿金屬、堿土金屬以及銨根離子直接進(jìn)行分析。此外，對(duì)水樣以適當(dāng)方式消解后（如紫外雙氧水消解、過(guò)硫酸鉀消解等），可測(cè)定總磷和總氮；對(duì)硫化物可經(jīng)酸化氮吹吸收、過(guò)氧化氫氧化為硫酸根后測(cè)定；氰化物酸化蒸出后可直接測(cè)定氰根離子[2]。

4.2 離子色譜在環(huán)境土壤檢測(cè)中的應(yīng)用

土壤中的無(wú)機(jī)陰陽(yáng)離子含量是環(huán)境監(jiān)測(cè)中的一類(lèi)重要指標(biāo)，不僅關(guān)系水體質(zhì)量、農(nóng)業(yè)安全，還與癌癥以及地方病有所關(guān)聯(lián)[3]。由于土壤成分復(fù)雜，ICP 只能檢測(cè)金屬陽(yáng)離子，AAS、AES、SP 等方法一次只能測(cè)定一個(gè)元素或一種離子，尤其是分光光度法，不僅效率低、步驟多、干擾大，還產(chǎn)生大量廢液，給環(huán)境造成額外負(fù)擔(dān)。只有離子色譜法，可在土壤樣品以合適方法提取后，直接對(duì)提取水樣進(jìn)樣檢測(cè)，同時(shí)得到一系列陰離子或陽(yáng)離子數(shù)據(jù)。

4.3 離子色譜在環(huán)境空氣檢測(cè)中的應(yīng)用

隨著社會(huì)發(fā)展以及人們對(duì)空氣質(zhì)量的日益重視，環(huán)境空氣的各檢測(cè)項(xiàng)目重要性也日益體現(xiàn)。在實(shí)際的監(jiān)測(cè)工作中，大氣中的氟化物、硫酸鹽化速率、二氧化硫、氮氧化物、鹽酸霧、硫酸霧、硫化氫、氨氣等是常規(guī)的檢測(cè)項(xiàng)目，選擇合適的提取方法、相應(yīng)的吸收試劑，就能直接或間接地進(jìn)行測(cè)定，簡(jiǎn)便可靠，靈敏度高。

5 離子色譜法與其他常用檢測(cè)方法的比較

在環(huán)境樣品的監(jiān)測(cè)分析過(guò)程中，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)對(duì)陰、陽(yáng)離子的監(jiān)測(cè)方法有多種，常見(jiàn)的有滴定法、碘量法、電極法、分光光度法以及ICP、AAS 等。表1 是常見(jiàn)幾種陰離子常規(guī)方法所涉及的主要試劑，從中可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典方法使用的試劑復(fù)雜多樣，既有酸堿，也有有機(jī)試劑、重金屬試劑等，且操作步驟繁多系統(tǒng)誤差大，這也是離子色譜最大的優(yōu)勢(shì)所在。

表1 常見(jiàn)陰離子常規(guī)方法的主要試劑

6 結(jié)論

綜上，通過(guò)離子色譜技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的廣泛應(yīng)用，可高效準(zhǔn)確地對(duì)水環(huán)境、大氣環(huán)境和土壤環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提供詳實(shí)可信的數(shù)據(jù)信息。離子色譜儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，維護(hù)簡(jiǎn)便，色譜柱選擇豐富，而且相對(duì)于其他常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)方法，離子色譜無(wú)須煩瑣的試樣準(zhǔn)備過(guò)程，無(wú)須配制各種成分復(fù)雜的試劑，產(chǎn)生的廢液組分簡(jiǎn)單可控，對(duì)環(huán)境友好，二次污染小，這在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境要求日益嚴(yán)格的今天尤為可貴。有條件的實(shí)驗(yàn)室還可增加梯度淋洗模塊和淋洗液在線生成模塊，以得到更穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)。因此，在國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)日趨重視的今天，以離子色譜技術(shù)統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)室對(duì)環(huán)境中離子的檢測(cè)是十分必要和迫切的。