探究离子色谱在地表水环境监测中的应用

林晓青

【摘要】：离子色谱作为一种高科技环境监测技术，在地表水的环境监测中具有非常广泛的应用。本文简要概述了离子色谱的发展历史及原理，对离子色谱法在地表水环境监测的应用进行探究，并以测定某河流中总氮、总磷为例，简述离子色谱法的测定步骤，结果表明，离子色谱法满足地表水中总氮、总磷的监测要求。

【关键词】：离子色谱；环境监测；应用；分析

【引言】：

近年来，随着社会的飞速发展，我国地表水受污染现象越来越严重，为此，加强对地表水环境的监测显得十分重要。而离子色谱法作为一种分析技术，具有操作简便、精确度高、测定时间短、可同时测定多个目标离子、经济高效等诸多优势，当前这一技术已被广泛应用到地表水环境监测工作中，并发挥着重要的作用。基于此，本文就离子色谱在地表水环境监测中的应用进行探究，以期能够促进环境工作的进一步开展。

1.离子色谱概述

离子色谱的概念起始于1975年，Small等人提出了离子交换的概念，将强电解质作为流动相来去除目标离子中的反离子，极大的提高了检测灵敏度。离子色谱技术（ionchromatography，IC）是利用目标离子的离子性来分离离子和检测离子的一种液相色谱法（以液体作为流动相，固定相可以是多种形式），是一类分离、分析技术，目前主要被用来检测阴离子、阳离子、蛋白质等大分子物质。

2.离子色谱法在地表水环境监测的应用

由于重经济轻环境观念的影响，在过去很长一段时间内，大量污染物被排入河流、湖泊使地表水环境急剧恶化。随着人们观念的改善，生态环境保护受到了越来越多的重视，地表水环境质量有所改善，但劣五类水体还有相当一部分比例。地表水环境监测能动态监控地表水环境质量变化，对地表水环境质量的巩固及改善至关重要，离子色谱高准确度、高精度以及快捷方便的特点使其在地表水环境的监测中发挥了重要作用。

2.1检测地表水中的阴离子

地表水中，主要检测的阴离子为F-、Cl-、NO-2、NO-3、SO2-4、Br-、PO3-4等，相比于传统方法，离子色谱测定地表水中的阴离子更便捷高效，准确度高，因此受到了越来越多的研究者青睐。2016年10月1日，中国环保部出台的《水质无机阴离子（F-、Cl-、NO-2、Br-、NO-3、PO3-4、SO32-、SO2-4）的测定离子色谱法》（HJ84-2016）正式生效，表明离子色谱法得到了认可。为更好的将离子色谱用于水质中阴离子的检测，近年来大量研究成果相继被发表出来。

2.2检测地表水中的阳离子

随着离子色谱法的发展，离子色谱法测定范围逐渐扩宽，目前已经可以对阳离子进行检测。离子色谱法测定水中的金属离子也被多个学者研究证实。有学者采用单柱非抑制型离子色谱法，同时测定矿泉水中的Li+、Sr2+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+，在13min内就可以理想的分离效果将这6种离子检出，表明离子色谱法准确高效，同时比ICP-MS等检测方法的成本低。此外，也有学者研究证明离子色谱法可用于直接检测饮用水中Li+、Sr2+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Ru+、NH+4、Cs+等10种无机阳离子，检测灵敏度高、结果准确。

2.3检测地表水中的有机酸

由于化学工业中诸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等有机酸的运用，难免会使含有机酸废水进入河流等地表水体，造成污染，因此，检测地表水中的有机酸对地表水保护至关重要。在有机酸的测定中，一般采用气相色谱法，该方法有操作复杂、成本高和时间长的缺点。运用离子色谱法测定水中的有机酸操作简便、经济高效。有学者将离子色谱电导法应用于甲酸、乙酸、丙烯酸和氯乙酸的分析中，测定结果准确度高，相比于气相色谱法，成本较低，测定时间短。

3.实验分析

国家标准方法测定总氮、总磷先用碱性过硫酸钾氧化样品中的总氮总磷，再用紫外分光光度法/钼酸铵分光光度法分别进行测定，该方法存在操作繁琐、分析时间长、空白值偏高的缺点。相较于国家标准，离子色谱法用于氮磷的检测具有操作便捷、稳定性好、检出限低，不受硫酸根离子影响的优势。文中以测定某河流中总氮、总磷为例，简述离子色谱法的测定步骤。

3.1实验仪器及试剂

3.1.1实验仪器

DionexICS-900离子色谱仪；YXQ-LS-50S11型立式压力蒸汽灭菌锅；0.45um微孔滤膜过滤接头；具塞玻璃磨口比色管（25mL）。

3.1.2实验试剂

过硫酸钾（优纯级）、氢氧化钠及碳酸氢钠（优纯级）；碳酸钠为基准试剂；去离子水；总氮标准储备液（1000mg·L-1）；总磷标准储备液（1000mg·L-1）。

3.2测定条件

IonPacAS23柱（分离柱）；AG23柱（保护柱）；ASRS-300型自动再生抑制器；碳酸钠-碳酸氢钠（4.5mmol/L～0.8mmol/L）混合溶液为淋洗液，流量为1.0mL/min；抑制电流为25mA；进样量为25uL。

3.3实验方法

3.3.1标准曲线绘制

将总氮和总磷标准储备溶液，用去离子水配成为100mg·L-1的混合标准溶液。移取100mg·L-1混合标准溶液0、0.50、2.00、6.00、10.00、15.00mL至100mL容量瓶中，并用去离子水定容至100mL，形成0、0.50、2.00、6.00、10.0、15.0mg·L-1的混合标准溶液。混合标准溶液按前述方法处理后进行测定，以总氮、总磷质量浓度为横坐标，相应的色谱峰高响应值为纵坐标绘制标准曲线如图1所示。

3.3.2样品测定

将采集后的水样用0.45um微孔滤膜过滤，过滤后保存于清洁的玻璃瓶中，水样应即采即用，若不能及时分析，则应置于40℃下低温保存。若水样浓度较高应稀释后再进行消解。取10mL原水或稀釋后的水样于玻璃比色管中，加人5mL碱性过硫酸钾溶液（溶液浓度：40g/L），塞紧磨口塞，用胶布条密封管口以防弹出。将准备好的玻璃比色管放置在压力蒸汽消毒锅内进行样品消解，消解条件设置为：压力：1.1～1.3kg/cm2，温度：122℃，加热时间40min。消解完成后，取出比色管，使其自然冷却至室温后加入（1+9）盐酸1mL，用去离子水稀释至标线，混合均匀后经0.45um微孔滤膜过滤。过滤后的样品进行离子色谱测定。

3.4结果与讨论

3.4.1测定条件的选择

（1）淋洗液浓度。淋洗液浓度的大小影响被测组分的洗脱时间，低浓度淋洗液使被测离子保留时间增加，被测离子不易洗脱；高浓度淋洗液可缩短被测离子的保留时间，提高分析效率，但磷酸根和硫酸根峰不易区分。为探究最适宜的淋洗液浓度，配置了4-1.0、4-0.8、4-1.2、4.5-1.0、4.5-0.8、4.5-1.2mmol/L系列碳酸钠-碳酸氢钠配比浓度的淋洗液，分别用来淋洗总氮、总磷标样，观察在不同浓度淋洗液下标样离子的出峰时间、峰面积及分离度。观察结果表明，在4.5-0.8mmol/L的淋洗液浓度下，能获得较好的分离效果，同时分析时间也较快。因此，该研究选择了4.5-0.8mmol/L的碳酸钠-碳酸氢钠溶液为淋洗液。

（2）抑制电流。抑制电流对氢离子或氢氧根离子的浓度产生影响，抑制电流小，氢离子或氢氧根离子浓度低，抑制效果差，基线不稳定；抑制电流大，氢离子浓度高，大量氢气产生大量气泡，造成基线有噪音，影响检出下限。该实验选取了15、20、25、30、35mA的抑制电流，观察其对总氮、总磷检测灵敏度的影响，实验结果表明，在抑制电流为25mA时，可抑制背景电导同时到较好的灵敏度。

3.4.2检测结果分析

（1）空白值测定。该实验以去离子水定容样品，因此选用实验中所用的去离子水进行空白实验。实验结果为未检出。因此样品测定值不受空白影响。

（2）精密度检测。配置0.5mg·L-1总氮和总磷标准样品按照前述实验方法平行测定6次，计算其标准偏差。测定总氮标准偏差RSD总氮=0.59%，总磷标准偏差RSD总磷=0.64%，表明该测定方法精密度良好，具有较好的重现性。

（3）方法检出限确定。以进样量25uL，产生3倍于噪声水平的信号所代表的等测组分最小浓度来计算检出限。则计算得总氮、总磷的方法检出限分别为0.008mg/L，0.009mg/L。

4.小结

综上所述，离子色谱在地表水环境监测中的应用，能较为科学准确的分析出环境中各种离子和化学成分，其对于地表水环境中污染成分的鉴定等具有重要的作用。实验结果表明，离子色谱测定地表水中的总氮、總磷具有回收率高、重复性好、省时经济等优点，能够满足地表水中总氮、总磷的监测要求。在今后的工作中，应当加大对该方法的研究力度，在现有的基础上进行逐步改进和完善，使其能够更好地为环境监测提供服务。

【参考文献】：

[1] 史凤， 刘宪斌， 门娟. 分析离子色谱在环境监测中的应用[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2013（19）.

[2] 张宏美. 地表水环境监测中离子色谱法的应用分析[J]. 环境与发展， 2017， 29（4）：123-123.

[3] 吴章艳. 离子色谱法在地表水环境监测中的应用[J]. 大科技， 2017（24）.