楊柳

（甘肅省平?jīng)錾鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，甘肅 平?jīng)?744000）

水環(huán)境監(jiān)測主要運(yùn)用物理、化學(xué)或生物技術(shù)手段，對水環(huán)境的組成部分及水中污染物進(jìn)行綜合、系統(tǒng)地分析，以此判斷水質(zhì)情況。水環(huán)境監(jiān)測過程科學(xué)精確，數(shù)據(jù)完整可靠，對水環(huán)境質(zhì)量及污染發(fā)展趨勢具有準(zhǔn)確的考量和判斷。近年來，離子色譜技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水環(huán)境的監(jiān)測分析，在當(dāng)前的水環(huán)境監(jiān)測過程中具有重要作用。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對水資源中無機(jī)陽離子、陰離子等物質(zhì)的深入分析，并能監(jiān)測出水資源使用過程中存在的問題，因而可有效避免水污染現(xiàn)象，提高整體水資源利用率。但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一些問題，文中分析了問題所在，并提出改善策略，以利于離子色譜技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

1 離子色譜技術(shù)相關(guān)概述

1.1 離子色譜技術(shù)的概念

離子色譜概念于1975年被提出，是高效液相色譜的一種，故又稱為高效離子色譜（HPIC）或現(xiàn)代離子色譜。離子色譜法是根據(jù)樣品陰陽離子在離子交換劑（固相）和淋洗液（液相）之間的擴(kuò)散系數(shù)有所不同，進(jìn)而使預(yù)測成分與干擾多組分分離出來的一種固-液分離法。離子色譜技術(shù)主要通過離子色譜儀來完成檢測工作[1]，離子色譜儀由輸送系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等構(gòu)成（見圖1）。

圖1 離子色譜儀構(gòu)成系統(tǒng)

1.2 離子色譜技術(shù)的優(yōu)勢

1.2.1 程序簡單

不同于其他的監(jiān)測體系和監(jiān)測儀器，離子色譜監(jiān)測主要通過離子色譜儀完成，程序大同小異，操作流程簡便。主要程序（見圖2）為：先對淋洗液系統(tǒng)進(jìn)行必要檢查，打開氣瓶開關(guān)，打開淋洗液系統(tǒng)氣源裝置，調(diào)節(jié)減壓閥。然后打開外接設(shè)備，如電腦、打印機(jī)等，并對設(shè)備進(jìn)行上電操作，并進(jìn)入系統(tǒng)操作面板。接著打開泵，待泵壓力穩(wěn)定后再打開抑制器電源，在進(jìn)入色譜柱之前通過進(jìn)樣器將樣品導(dǎo)入，流動相將樣品帶入色譜柱，在色譜柱中各組分被分離，并依次隨流動相流至檢測器。檢測器檢測到的信號傳至數(shù)據(jù)系統(tǒng)，利用操作界面做完樣品后，選擇檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理、打印或者保存等操作，最后操作關(guān)機(jī)。系統(tǒng)關(guān)機(jī)時，需要根據(jù)檢測樣品的不同選擇不同的關(guān)機(jī)步驟。

圖2 離子色譜儀主要操作程序

1.2.2 效率高

傳統(tǒng)監(jiān)測方法和監(jiān)測儀器工作過程繁瑣，操作復(fù)雜，耗費(fèi)人力物力。相比之下，離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測過程中，從監(jiān)測開始到數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在10分鐘內(nèi)即可完成，且數(shù)據(jù)科學(xué)精準(zhǔn)，可信度高。其次，離子色譜技術(shù)在分析過程中呈現(xiàn)出PPb級別、PPt級別的分析敏度，縮短了分析時間，提高了工作效率[2]。與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，其高效率主要體現(xiàn)在即使水樣主體復(fù)雜多變，面對不同的水樣，離子色譜只需經(jīng)過濾、稀釋等簡單的前處理，即可快速、準(zhǔn)確地完成監(jiān)測。其中，出廠水、自來水直接進(jìn)樣；地下水，井水稀釋10倍；河水稀釋50倍；污水不進(jìn)樣，且一次進(jìn)樣可同時測定多種陰或陽離子，因而可成倍提高監(jiān)測效率。

1.2.3 檢測能力高

1.2.4 設(shè)備損壞率低

離子色譜儀多數(shù)是由特殊材質(zhì)制成的，如玻璃、塑料等，即使被測樣本復(fù)雜，污染程度高，也絲毫不會影響設(shè)備的運(yùn)行，不會對設(shè)備的質(zhì)量造成損壞。只要科研人員和離子色譜儀操作人員正常使用、科學(xué)操作，儀器腐蝕、損壞等現(xiàn)象基本不會發(fā)生。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，離子色譜儀各核心部件已經(jīng)全面升級，智能啟動、智能維護(hù)、智能關(guān)機(jī)等，多數(shù)儀器具有自動泵后沖洗、智能切換維護(hù)、在線氣液分離、漏液自動報(bào)警等功能，真正實(shí)現(xiàn)了自主可控、性能穩(wěn)定、智能化高，且實(shí)現(xiàn)了各通道同時獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾。隨著技術(shù)智能化的加入，設(shè)備的功能更加豐富，同時降低了損壞和維修的速度。

1.2.5 應(yīng)用范圍廣

離子色譜技術(shù)不僅應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測中，還因其精確、簡易、高效、穩(wěn)定，也被廣泛應(yīng)用于對大氣、土壤的監(jiān)測?，F(xiàn)階段，離子色譜技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，形成了自己的監(jiān)測體系和產(chǎn)品。其范圍包括實(shí)驗(yàn)室離子色譜、便攜離子色譜、在線離子色譜、離子色譜輔助設(shè)備、離子色譜聯(lián)用系統(tǒng)、專用離子色譜系統(tǒng)等內(nèi)容，在環(huán)境、飲用水、食品、半導(dǎo)體、鋰電池、醫(yī)療等行業(yè)，可提供全面和專業(yè)的離子監(jiān)測解決方案，并提供監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)。

2 水環(huán)境監(jiān)測中離子色譜技術(shù)應(yīng)用存在的問題及處理方法

離子色譜技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，有完善的監(jiān)測機(jī)制和運(yùn)行程序。然而，在對水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測的實(shí)際應(yīng)用中，由于各種原因，離子色譜技術(shù)監(jiān)測程序中會出現(xiàn)應(yīng)用問題，從而影響監(jiān)測工作。

2.1 平流泵流路中頻繁產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象

因過濾頭平時未置于水中，干燥后吸附的氣體會產(chǎn)生氣泡，解決的方法是，在通水情況下，打開平流泵排氣旋鈕，同時要不斷振動濾頭，直至將氣體排干凈。若因室內(nèi)溫度過高，去離子水脫氣不干凈，分析過程中所用的淋洗液必須用脫氣的去離子水配制。如不進(jìn)行脫氣，由于實(shí)驗(yàn)用水長期置于空氣中，其內(nèi)部的氣體已經(jīng)處于飽和狀態(tài)，在，而碳酸鹽體系淋洗液的抑制產(chǎn)物為H2CO3，在壓力低的情況下（柱出口處）容易析出CO2氣體，并形成氣泡混雜在流路中進(jìn)入電導(dǎo)池，造成基線的劇烈波動，特別是在室溫較高時尤其要進(jìn)行脫氣。因?yàn)V頭堵塞，吸水時會造成負(fù)壓，產(chǎn)生氣泡，所認(rèn)此時應(yīng)該將濾頭取下，放入1 moL/L硝酸對甲醇1：1溶液的燒杯中，用超聲波清洗。

根據(jù)分析的結(jié)論，求得上述各市州的農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效率交叉平均值。因此各個市州的農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效率值優(yōu)劣順序分別為，鄂州(0.97)、武漢(0.91)、宜昌(0.78)、黃石(0.72)、十堰(0.62)、咸寧(0.61)、黃岡(0.55)、孝感(0.54)、襄陽(0.49)、隨州(0.46)、荊門(0.41)、荊州(0.38)。

2.2 輸液系統(tǒng)的壓力過高

在使用離子色譜儀之前，首先需要設(shè)定好其高壓極限壓力，范圍一般在15 MPa左右，當(dāng)設(shè)備的壓力升至高壓極時會自動關(guān)閉，當(dāng)壓力超過了正常壓力的30%時，即為壓力過高[4]。壓力高主要是因?yàn)楫?dāng)有機(jī)溶劑與水混合時，由于溶液的黏度、密度變化，壓力也會升高；當(dāng)流速超過正常壓力0.7 mL/min時，壓力也會升高；某段管子堵塞造成系統(tǒng)壓力突然升高，此時應(yīng)檢查離子色譜儀各個接頭是否已經(jīng)擰緊，如有松動，請立即擰緊。另外還要安裝穩(wěn)壓器，盡量避免其他強(qiáng)磁性儀器在附近產(chǎn)生干擾。

2.3 離子分離度不好

淋洗液濃度選擇不當(dāng)或樣品濃度過高，都會導(dǎo)致離子分離度不好。在具體操作過程中，當(dāng)淋洗液的濃度過高時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)淋洗液的比例；樣品濃度太高時，還應(yīng)該在適當(dāng)?shù)叵♂寴悠泛笤龠M(jìn)行分析；當(dāng)色譜柱被污染和柱效下降時，應(yīng)清洗或者更換新的分離柱；如果系統(tǒng)有慢性泄漏使分離度降低時，應(yīng)及時進(jìn)行維修。

2.4 離子色譜儀常見的錯誤操作

離子色譜儀的程序簡單，但如不科學(xué)正確地操作，易出現(xiàn)故障。當(dāng)淋洗液基體中有高電導(dǎo)物質(zhì)時，應(yīng)及時更換配液水或者試劑。通常進(jìn)樣閥的堵塞，需在開泵狀態(tài)下卸開每一個孔路，然后觀察流液情況并進(jìn)行確定和相應(yīng)的沖洗處理。樣品、淋洗液中的雜質(zhì)累積會造成色譜柱污染，出現(xiàn)分離度變差、保留時間改變、峰不對稱等情況。如果色譜柱被污染，可以使用高濃度的有機(jī)溶劑如丙酮進(jìn)行清洗，清洗完后用較稀的淋洗液置換。如果量程選擇不對也會對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生影響。在對陽離子進(jìn)行分析時，因淋洗液的背景電導(dǎo)過高，較低的量程檔位會造成過高的電導(dǎo)值顯示，此時需要重新選擇量程。當(dāng)壓力指示異常時，離子色譜流泵單向閥就會被污染，如果淋洗液或水中有少量的固體雜質(zhì)，單向閥污染后會產(chǎn)生壓力不穩(wěn)定，甚至壓力為0的現(xiàn)象，解決的方法是更換單向閥或?qū)蜗蜷y取下后清洗后再裝上。如果儀器出現(xiàn)接地不良情況時，要保持良好的接地線。

3 水環(huán)境監(jiān)測中離子色譜技術(shù)的改善策略

3.1 改善原則

3.1.1 科學(xué)性原則

在水環(huán)境監(jiān)測過程中，應(yīng)注意離子色譜儀的科學(xué)操作，并制定有實(shí)際效果的設(shè)計(jì)使用方案，通過科學(xué)調(diào)整離子色譜儀參數(shù)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)有效。在檢測過程中，技術(shù)人員和操作人員應(yīng)該注重使用規(guī)范，科學(xué)操作，謹(jǐn)防技術(shù)盲區(qū)，杜絕因操作不當(dāng)造成的數(shù)據(jù)誤差。此外，要定期、定時對離子色譜儀進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，以減少其損壞率。隨著科術(shù)的不斷發(fā)展，離子色譜儀使用了更精密的電機(jī)，因而更加可靠耐用、科學(xué)有效，在實(shí)現(xiàn)自動化、智能化的同時，更具有科技感，所以使離子色譜技術(shù)的應(yīng)用更具有科學(xué)性。

3.1.2 實(shí)用性原則

水環(huán)境監(jiān)測中離子色譜技術(shù)的實(shí)用性較高，主要用于實(shí)時監(jiān)測和預(yù)測現(xiàn)有水質(zhì)問題，因此，在檢測過程中要實(shí)時關(guān)注數(shù)據(jù)結(jié)果，完善監(jiān)測應(yīng)用程序，并與環(huán)境監(jiān)測進(jìn)行有效地結(jié)合，形成科學(xué)的使用體系，提高監(jiān)測效率。

3.2 改善方法

離子色譜監(jiān)測技術(shù)主要是離子色譜儀的應(yīng)用，在實(shí)際操作過程中，雖然有各種各樣的具體問題，但工作人員需更加關(guān)注普遍問題，總結(jié)普遍規(guī)律，提出普遍性的改善策略，從而提高離子色譜儀的監(jiān)測效率，促進(jìn)離子色譜技術(shù)水平的提高。

3.2.1 選擇工具時應(yīng)注意水體過濾效率

在水環(huán)境監(jiān)測過程中，過濾膜尤為重要，決定著水體的過濾效率。選好待測樣本后開始過濾，過濾膜應(yīng)厚度適宜，才能可有效阻擋樣本中的大顆粒物質(zhì)，避免管道堵塞，提高過濾效果。

3.2.2 前期準(zhǔn)備時應(yīng)注意水體成分的復(fù)雜性

水環(huán)境復(fù)雜多樣，在對其進(jìn)行監(jiān)測時，多以工業(yè)用水 和污染水體為主，因而成分較為復(fù)雜。所認(rèn)無論是出于科研需要，還是社會發(fā)展需要，相關(guān)人員都要注重水體成分的復(fù)雜性，這既是對儀器的保護(hù)，也有利于提高監(jiān)測效率，減小誤差。對于成分復(fù)雜的水樣，如有必要，可以應(yīng)用淋洗液先對水樣稀釋 后再進(jìn)行分析測定。

3.2.3 具體操作時應(yīng)注意穩(wěn)定溫度

離子色譜技術(shù)在監(jiān)測過程中，不僅要 重視前期的準(zhǔn)備工作，在使用過程中還要時刻注意監(jiān)測的準(zhǔn)確度。其中，監(jiān)測環(huán)境的溫度對監(jiān)測結(jié)果影響較大，且影 響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此在監(jiān)測過程中，要時刻保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定，關(guān)注溫度的變化，必要時還應(yīng)利用溫度可控設(shè)備或儀器保證環(huán)境溫度的穩(wěn)定。

3.2.4 監(jiān)測完成后應(yīng)注意離子色譜儀的定期維護(hù)

離子色譜儀雖然操作簡單便捷，但具有較高的精密性，不僅在使用前要注意樣品的預(yù)處理，在使用后尤其要注意對儀器進(jìn)行定期保養(yǎng)和維護(hù)。為了確保儀器管路和分離柱的暢通，工作人員需要定期使用淋洗液對色譜柱進(jìn)行清洗或更換。此外，在每次工作完成后，最好用高濃度淋洗液沖洗整個管路系統(tǒng)，謹(jǐn)防堵塞。相關(guān)人員在操作時，一定要嚴(yán)格按照操作指示進(jìn)行，因其具有較高的精密度，極小的失誤就可能使儀器損壞，造成損失，因而定期對設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)核查，注重日常維護(hù)，可確保監(jiān)測的準(zhǔn)確度。

4 結(jié)語

當(dāng)代環(huán)境建設(shè)尤其重視生態(tài)，其理念是在保護(hù)中發(fā)展，在發(fā)展中保護(hù)。綠水青山就是金山銀山。水環(huán)境監(jiān)測對于環(huán)境建設(shè)、人類用水條件和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[5]。水環(huán)境監(jiān)測集民生和實(shí)用為一體，是現(xiàn)階段發(fā)展環(huán)境和美化生活的重要舉措。離子色譜技術(shù)作為水環(huán)境監(jiān)測的重要技術(shù)手段和關(guān)鍵程序，因其操作簡單、效率高且投資少而被廣泛應(yīng)用。隨著時代發(fā)展需要，相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)加大離子色譜技術(shù)的研發(fā)力度，并結(jié)合水環(huán)境監(jiān)測的多重需求，加大技術(shù)、資金的支持，不斷進(jìn)行科技創(chuàng)新，逐步完善監(jiān)測體系，使離子色譜技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用。