离子色谱技术的应用及发展

蒋园园

（江苏省徐州环境监测中心 221000 江苏省生态环境地下水监测监控与污染 预警重点实验室 221000）

0 引言

离子色谱法（IC,Ion Chromatography）是高效液相色谱法的一种，1975 年由H.Small 等人提出用离子色谱法测定环境中的痕量阴、阳离子，至今已有四十多年的发展历程[1]。离子色谱主要分为离子交换色谱、离子对色谱、离子排斥色谱三种类别，应用最为广泛的为离子交换色谱。离子色谱法应用范围广，主要应用领域包括水、大气、土壤、食品、石油产品、制药、冶金、电气、生物、护肤品[2]、文物保护和修复[3]等。近年来，离子色谱法正是以分析速度快、灵敏度高、绿色友好、选择性好、进样体积少，多组分可同时分析、维护成本低、使用寿命长等优势被广泛应用。本文综述了离子色谱原理，并对离子色谱联用技术的发展做了一个简要的归纳和展望。

1 离子色谱的应用原理

离子色谱是根据离子交换原理，利用不同待测离子对固定相的离子交换能力的差别来实现分离，离子色谱的固定相可分为阳离子交换剂和阴离子交换剂。阳离子色谱中普遍采用带有磺酸离子交换官能团的阳离子交换树脂，而阴离子色谱常采用季铵盐离子官能团的阴离子交换树脂，流动相携带待测组分离子进入到带有离子交换树脂的色谱柱中，待测离子与离子交换树脂固定相上的带电荷基团发生可逆交换反应如下：

阳离子交换 R-SO3H+M+＝R-SO3M+H+

阴离子交换 R-NR4OH+X-＝R-NR4OH+OH-

根据待测离子和固定相中离子交换树脂亲和力的作用大小，待测离子先后被洗脱分离，待测离子经抑制器抑制，流入电导检测器被以电导率信号值表示。

2 离子色谱样品预处理方法

离子色谱分析洁净的自来水、地下水样品时，不需要样品前处理，有如下几种情况时需要进行预处理：①工业废水，生活污水，含有带有色度或浊度的地表水；②待测物含量较高或降低；③含有蓝藻或浊度的水体[4]；④样品类型是气体、固体；⑤待测离子之间浓度差别大。前处理方法大体分以下几种。

2.1 膜过滤法

膜过滤法是处理环境水质样品最通用的方法之一。按照滤膜孔径可分为0.45 微米和0.22 微米的滤膜或滤头，主要用途是去除水质样品中的颗粒物，有条件的实验室可配备超滤模块，对成分简单的样品可采用在线过滤分析，大大提高了实验室工作效率，延长了色谱柱的使用寿命。艾红晶[5]用0.22 微米滤膜过滤雨水，用离子色谱-抑制电导检测法同时分析酸雨中的9 种离子。

2.2 固相萃取法

固相萃取利用的是选择性保留的原理。固相萃取的过程包括平衡、保留、清洗、洗脱、再生。待测水样含有有机物及干扰离子时，固相萃取法是首要选择的方法，该方法去除有机污染物的同时也可除去基体的干扰，方法快速简便。实验室常用的有IC-C18、IC-RP、IC-H、IC-Ag、IC-Na、IC-OH 等。张蕾[6]采用固相萃取-离子色谱法检测分析环境水中吡啶离子液体阳离子，选取了Shodex IC YK-421 羧酸功能基团阳离子交换柱、甲烷磺酸和乙腈作为流动相，获取较高的回收率和富集因子。

2.3 超声浸出法

当样品的形式是土壤、气体吸收滤膜时，可选择超声浸出法提取待测组分，淋洗液或实验超纯水作为溶剂，最后样品要通过0.45 微米或0.22 微米滤膜或滤头，以除去溶剂中的颗粒物。石丁夫[7]用超声浸出和膜过滤法，从土壤中提取了草甘膦，运用离子色谱法分析土壤中草甘膦的残留量。HJ544-2016《固定污染源废气 硫酸雾的测定 离子色谱法》采用超声浸出法处理硫酸雾吸收滤膜，检测方法灵敏可靠。

2.4 氧化消解法

氧化消解主要是利用氧化剂将待测离子氧化成稳定离子后再进行检测，适用于水体中总磷、总氮、氮氧化物、二氧化硫等项目的检测。该前处理方法操作简单、待测样品组分回收率高。刘肖[8]采用臭氧将处理水氧化预处理，采用离子色谱-串联四级杆质谱监测水中的卤代乙酸。

2.5 活性炭吸附法

活性炭吸附是另外一种消除有机物的方法，主要针对样品中含有胶体或染料。黄朝颜[9]建立了活性炭吸附-固相萃取-离子色谱法快速测定垃圾渗滤液中F–，Cl-，5 种阴离子的方法，该方法简便快捷，回收率高，有机物测定结果准确可靠。

3 离子色谱法的检测应用技术

离子色谱联用技术是离子色谱发展的一个方向。关于离子色谱仪配合多种仪器的使用报道已有不少，如离子色谱仪串联四级杆质谱仪（IC-MS）、IC-ICP/MS、IC 与检测器联用等。IC-MS、IC-ICP/MS与离子色谱联用的优点主要有：①获取定性或定量信息；②检测单一分子或原子；③检测分子碎片；④去除基体干扰；⑤选择性、灵敏度高。缺点就是仪器昂贵，操作成本高，目前还不能大规模普及。

3.1 IC-MS(离子色谱-质谱联用)

质谱仪不断创新，从单杆、三重四级杆、离子肼、磁质谱、高分辨质谱再到离子色谱-质谱联用。IC-MS广泛应用于化学、环境、医药、运动医学、刑事科学技术，生命科学，材料等各个领域。刘肖[8]等人采用离子色谱-串联四级杆质谱法直接进样测定自来水中的ng/L 级有害卤代乙酸离子，该方法省去繁冗的衍生处理及预浓缩处理，大大提高了检测方法的灵敏度和可操作性，结果令人满意。霍宗利[10]运用离子色谱—质谱法测定生活饮用水中草甘膦和氨甲基磷酸，本次试验采用挥发性的甲胺溶液作为流动相，在联用技术上实现了草甘膦和氨甲基磷酸的快速分离技术，该方法简单、快速、灵敏，值得大范围推广和使用。

3.2 IC-ICP/MS(离子色谱-电感耦合等离子质谱联用)

IC-ICP/MS 技术成熟，主要应用于环境、医学、生物、食品、化工等多个领域。文献报道陈达峰[11]等人采用IC-ICP/MS 联用技术检测皮革中六价铬含量，该方法的检出限为10µg/kg，与国内、国际标准方法相比，该方法省去了样品显色、衍生等步骤，操作过程简单、准确，环保，适用于皮革及皮革制品中六价铬的测定。徐万帮[12]利用IC-ICP/MS 技术直接检测了沉香化气丸中六种不同的砷和铬（Ⅵ），该方法准确度高、灵敏度好，是分离沉香化气丸中不同形态砷和铬（Ⅵ）的最有效的方法。

4 总结与展望

离子色谱法目前在各领域中已经发挥了不可代替的作用，未来离子色谱的发展方向一方面是改进离子色谱技术升级，如研发更多的检测器种类、更多的色谱柱固定相等，解决实际应用中的各种问题；另一方面，离子色谱与其它仪器的联用技术发展是未来离子色谱发展的一大趋势，目前文献中多报道离子色谱与质谱、荧光、电感耦合等离子体、电导检测器、电化学检测器、UV/VIS检测器联用等，检测分离效果也较令人满意。综上所述，离子色谱在未来各领域的发展将会有一个更广阔的空间。