張玲利

杭州高新（濱江）水質(zhì)分析監(jiān)測站有限公司

1 前言

近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)手段的進(jìn)步，藥物分析、食品分析、環(huán)境分析等不同學(xué)科都得到了高速的發(fā)展。與此同時，由于具備獨(dú)特的分離機(jī)理，離子色譜在許多不同的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也得到了很高的關(guān)注度。距離子色譜檢測方法被提出已有近50年的歷史，在時代的巨輪不斷地向前滾動的過程中，通過技術(shù)工作人員的持續(xù)優(yōu)化手段，離子色譜在如今已經(jīng)發(fā)展成為一種比較成熟的檢測方法，在各個領(lǐng)域有著非常廣泛地應(yīng)用。并且伴隨著當(dāng)代人對生態(tài)環(huán)境問題的逐漸重視，人們對離子色譜技術(shù)的需求會越來越多，離子色譜技術(shù)也將會迎來更廣闊的應(yīng)用環(huán)境。

2 離子色譜技術(shù)的概述

2.1 現(xiàn)代離子色譜技術(shù)的原理

作為液相色譜技術(shù)中非常關(guān)鍵的一個組成部分，現(xiàn)代離子色譜技術(shù)又被稱為高效離子色譜技術(shù)，與傳統(tǒng)的離子交換色譜技術(shù)對環(huán)境的監(jiān)測方面有所不同?，F(xiàn)代離子色譜技術(shù)，從狹義上來說是以低交換容量的離子交換樹脂為固定相對離子性物質(zhì)進(jìn)行分離，用電導(dǎo)檢測器連續(xù)監(jiān)測流出物電導(dǎo)變化的一種液相色譜方法。

2.2 離子色譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

相對于以往的分析方法，離子色譜在陰陽離子的分析方面具有更大的優(yōu)勢。以陰陽離子的分析為例，在分析陽離子時，一般的化學(xué)分析法采用的是原子吸收法和光度法，一次只能分析一個元素，整個分析過程耗時比較多。在分析陰離子時，一般的化學(xué)分析法采用的是容量法、光度法和重量法，操作過程頗為繁瑣，需要用到的檢測藥品比較多，耗費(fèi)的時間也比較長。而離子色譜技術(shù)在操作過程、檢測效率、分析時長等多方面都有了不可比擬的進(jìn)步，有著以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

第一，分析的速度更快，操作更加方便。對常見陽離子和陰離子的分析，離子色譜技術(shù)一般只要十分鐘就可以完成。如果有高效分離柱的加持，那么速度會更快，三分鐘左右就可以完成分析。第二，靈敏度超高，直接進(jìn)樣可達(dá)ppb級別，使用濃縮柱則可達(dá)ppt級別。第三，可以一次分析多種離子化合物。在儀器合適的情況下，離子色譜技術(shù)只需要在很短的時間內(nèi)，就可以得到檢測樣品中陰、陽離子以及其他成分的全部信息。第四，更好的選擇性，離子色譜技術(shù)的固定相成熟多樣，檢測器具備選擇性，對分析的前處理要求不多，只需要過濾和稀釋就行。第五，檢測設(shè)備中分離柱的穩(wěn)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，它們的性能對分離柱的穩(wěn)定性有著非常大的幫助。這種樹脂的高pH 穩(wěn)定性允許用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿作淋洗液，有利于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。高的pH穩(wěn)定性和有機(jī)溶劑可匹配性以及高的柱容量，簡化了樣品前處理中的溶解、稀釋、和過濾等手續(xù)。

2.3 離子色譜的分類及分離方式

一般來說，離子色譜可以分為離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜（HPIEC）和離子對色譜（MPIC）這三種類型。離子交換色譜的工作原理是利用離子間的不同作用力，一般應(yīng)用在有機(jī)和無機(jī)陽、陰離子的分離，是離子色譜中應(yīng)用最廣泛、最常用的一種形式。離子排斥色譜主要是根據(jù)Donnon膜的排擠效應(yīng)，電離組分受排斥不被保留，但弱酸會有一定保留的原理。一般應(yīng)用在有機(jī)酸和機(jī)弱酸的分離，以及醛類、醇類、糖類和氨基酸的分離。離子對色譜，其對色譜的保留機(jī)理目前還處于理論假設(shè)階段，尚未完全弄清楚，但是關(guān)于分離機(jī)理存在3種不同的假說：離子對形成理論、離子相互作用理論和動態(tài)離子交換理論。

3 水環(huán)境監(jiān)測中離子色譜的運(yùn)用

離子色譜技術(shù)檢測的主要是無機(jī)陰離子、陽離子和小分子竣酸這三類物質(zhì)，主要分離模型是離子交換和排斥，分析的樣品包括飲用水、江河湖泊水、雨水、地下水、電廠循環(huán)水、廢水等。離子色譜在分析水質(zhì)時，不僅可以快速分析水中常見的陰、陽離子，還可以準(zhǔn)確定量地檢測出飲用水中氯酸根、次氯酸根、亞氯酸根等消毒產(chǎn)物。

3.1 分析無機(jī)陽離子、陰離子

不同于傳統(tǒng)的化學(xué)分析狀況，離子色譜分析法借助一次進(jìn)樣和梯度淋洗的方式，可以在半小時的時間里完成對36中陰離子的分離，極大地縮短了分析時間，是飲用水水質(zhì)分析最有用、最高效的手段。

抑制型離子色譜通過使用二肢基丙酸和鹽酸作為淋洗劑，可以分析出多種陽離子，將陽離子交換固定相在苯乙烯聚合物表面與磺酸基陽離子交換乳膠進(jìn)行聚合，堿金屬離子的親和力小于堿土，通過等濃度淋洗一次進(jìn)樣，很難同時分離兩組離子。然而使用新型的分離柱能夠改變陽離子的交換位置或其選擇性以及密度，同樣采取等濃度淋洗一次進(jìn)行的方法，在15min內(nèi)就可以將堿土離子和堿金屬離子分離。

3.2 分析有機(jī)酸、堿

離子色譜技術(shù)也常常應(yīng)用到有機(jī)酸與有機(jī)堿的分析中。在傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法中，取代基、帶控基的多元酸、控酸等經(jīng)過衍生反應(yīng)后，難以生存可揮發(fā)組分，無法利用氣相色譜進(jìn)行分析。而離子色譜技術(shù)解決了這一問題，新型的排斥柱離子填料，包含普通排斥柱的陽離子交換基團(tuán)，起基代替OH基能和位于填料弱離子交換處的co基產(chǎn)生氫基，使琵基酸的分離選擇性增強(qiáng)。通過離子排斥的分離模式，可以測定出50種水中的可溶性有機(jī)酸，找出了定量分析36種有機(jī)酸的條件，在多樣品分析方面有非常顯著的成效。

3.3 復(fù)雜樣品的分析

離子色譜分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，使無機(jī)陽離子和陰離子、有機(jī)酸、離子物質(zhì)和費(fèi)離子物質(zhì)的同時分離得到實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際水質(zhì)的監(jiān)測工作中，經(jīng)常會出現(xiàn)水樣本同時含有無機(jī)陽離子、陰離子和其他有機(jī)物質(zhì)。以往的分析技術(shù)很難對其成分進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和科學(xué)的測定。而離子色譜檢測方法則不同，它實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜水體樣品的監(jiān)測，通過分離水環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)，檢測水中的導(dǎo)電成分，從而達(dá)到提高水環(huán)境檢查的準(zhǔn)確度與精度的效果。通過單株離子色譜法，能夠?qū)λ畼颖局胁菟?、Cl-、Ca+的含量進(jìn)行測定。此外，用EDTA溶液作為洗脫液，還可以和鈣離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成陰離子配合物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對有機(jī)酸和陰陽離子的同時檢測。

通過上述內(nèi)容可以看出，離子色譜檢測方法對于復(fù)雜樣品的應(yīng)用，可以在很大程度上減少因?yàn)闊o效操作浪費(fèi)的時間，同時還能減少檢測成本。

4 離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的注意事項(xiàng)

4.1 水樣的過濾處理

水質(zhì)監(jiān)測時，首先要對需要檢測的水樣進(jìn)行抽濾，這樣可以避免水樣中的顆粒物在進(jìn)入離子色譜后堵塞管路。

4.2 水樣的稀釋處理

在使用離子色譜技術(shù)進(jìn)行檢測時，如果等待檢測的離子對樹脂的親和力相差比較大，就需要使用不同強(qiáng)度或濃度的淋洗液進(jìn)行稀釋，使離子濃度符合檢測標(biāo)準(zhǔn)，否則檢測效果就會受到影響。

4.3 對檢測環(huán)境溫度的控制

通過研究發(fā)現(xiàn)，溫度對離子色譜檢測結(jié)果有著很大程度的影響，不穩(wěn)定的溫度可能導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差。因此，在進(jìn)行離子色譜檢測的過程中，一定要保持檢測環(huán)境溫度的穩(wěn)定?；诖?，可以從以下三個方面保證溫度的穩(wěn)定性：首先，檢測環(huán)境內(nèi)空調(diào)、窗戶等溫度變化大的物體要與檢測儀器保持一定距離。其次，為了保證離子色譜中柱子的溫度穩(wěn)定，需要安裝配套的柱溫箱。最后在樣品進(jìn)入檢測前，需要把樣品在自動進(jìn)樣器中放置一段時間，等樣品的溫度與柱溫幾乎一致后再開始檢測。

5 離子色譜技術(shù)運(yùn)用在水環(huán)境監(jiān)測中的未來發(fā)展方向

綜上所述，離子色譜技術(shù)對水環(huán)境的監(jiān)測和水污染的治理有著非常重要的作用。因此，為了更好地提高離子色譜技術(shù)的應(yīng)用效果，需要從以下幾個方面著手：首先，要更加重視離子色譜檢測技術(shù)，為離子色譜技術(shù)創(chuàng)建更好的監(jiān)測環(huán)境，形成更完整的離子色譜檢測理論，逐漸減少檢測的成本使檢測能更大范圍地被運(yùn)用。其次，在信息時代當(dāng)然要重視信息技術(shù)手段的進(jìn)步，檢測人員要對大數(shù)據(jù)技術(shù)與離子色譜檢測技術(shù)的結(jié)合施加更多關(guān)注，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提升離子色譜技術(shù)的監(jiān)測深度，綜合分析歷史數(shù)據(jù)信息，更加全面地檢測水環(huán)境中陰離子的來源，借助數(shù)據(jù)清洗技術(shù)，對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)數(shù)據(jù)分析，最終實(shí)現(xiàn)離子色譜技術(shù)檢測的高準(zhǔn)確度和高覆蓋面。

6 結(jié)語

從本文的分析可知，離子色譜技術(shù)具有操作便捷、檢測迅速、結(jié)果準(zhǔn)確、選擇性好、分離柱穩(wěn)定性好、容量高、可以同時檢測分析多種離子化合物等特點(diǎn)。由于它檢測成本較低、檢測類別較多、經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性和環(huán)境適應(yīng)性比較良好，離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。因此，對于檢測技術(shù)人員來說，要更加關(guān)注離子色譜技術(shù)的發(fā)展，增強(qiáng)對離子色譜的倫倫知識學(xué)習(xí)，在實(shí)踐過程中根據(jù)現(xiàn)狀實(shí)行技術(shù)改造與升級，朝著優(yōu)化離子色譜檢測方法的方向努力。