离子色谱技术在环境监测中的应用

孙小平 张士光

（山东省聊城生态环境监测中心，山东 聊城 252000）

在水污染、空气污染等较为严重的当下，如何对环境进行有效监测，自然成为社会各界所关注的焦点。要想使环境监测发挥出应有功能，不仅要对有机物进行分离并监测，还要将无机物纳入测定范畴。而对离子色谱加以应用，可使上述难题迎刃而解，通过高效分离并准确监测阴阳离子含量的方式，为环保决策的制定提供支持，围绕该技术展开讨论很有必要。

1 离子色谱监测原理及特征

1.1 监测原理

作为一种高效液相色谱，离子色谱和交换色谱的区别如下：离子色谱所用树脂的交联度较高且交换容量偏低，其进样体积往往可因此而得到有效压缩[1]。若以分离机理为依据，可将离子色谱划分成对色谱、交换色谱还有排斥色谱，经过交换树脂的离子，在树脂所具有亲和力的影响下，通常会在不同时间节点被洗脱，进而达到分离的目的。对色谱所依托多孔树脂的特点是无离子交换基团存在，通过吸附的方式，保证所形成离子对数量可达到预期。对色谱的应用方向，主要是对过渡金属和活性离子进行分离。交换色谱所采用交换树脂的容量相对较小，强调以离子所存在作用力为依托，保证分离效果达到预期，通常被用来分离阴阳离子。排斥色谱所采用树脂的容量较大，基于排挤效应对电力组分进行排斥，同时保留少量弱酸，这也决定其更适合被用来分离糖类、有机弱酸以及氨基酸。

1.2 技术特征

在环境监测环节对离子色谱加以应用，可做到准确测定各类金属离子所含有化学成分，另外，该技术还可被用来对稀土阳离子、有机阳离子等元素进行高效检测，真正做到以分析微量和常量为前提，结合富集技术对痕量还有超痕量进行分析。测定流程如图1 所示[2]。

图1 离子色谱仪运行流程

在图1 中，1 指代洗脱液。2 和6 指代低压泵。3 指代注射阀。4 指代分离柱。5 指代混合器。7 指代反应试剂。8 指代反应盘管。9 指代流通池。10 指代检测器。11 指代计算器。该方法所具有技术特征可被概括如下：一是具有较为广泛的应用范围，既能够被用来监测环境，在医药和食品检测过程中，同样发挥着重要作用。二是为离子提供自由配对以及交换的平台。由于离子色谱的前身为高效液相色谱，这决定其树脂普遍带有电荷，可被用来为离子配对与交换提供支持，在分离无机离子的前提下，通过吸附还有解吸的方式，使离子呈现出相对平衡的状态。

2 基于离子色谱的环境监测分析

2.1 水质监测技术的应用

2.1.1 无机阳离子

该技术可被用来对水体所含K+、Mg2+等无机阳离子进行测定，测定结果如表1 所示。事实证明，离子色谱的优势主要体现在便于操作方面，通常只需要进行简单的预处理，便可对不同组分进行同步测定。我国的林红梅等学者提出了基于离子色谱对海水阳离子进行高精度分析的方法，强调将甲烷磺酸作为淋洗液，在将流速控制在每分钟1mL 左右的前提下，对海水常见阳离子进行分析，该方法的检出限相对较低，在精密度还有线性方面均具有突出表现。

表1 水体无机阳离子测定结果

实验证明，利用不同浓度淋洗液对水溶性离子进行分离，其分离效果往往有所不同，具体情况如图2 所示。

图2 不同浓度萃取剂对各离子进行分离的情况

随着技术的发展，对水体进行测定时，可供技术人员选用的萃取剂类型也有所增加，既有常规的水，还有甲醇和乙醇，不同萃取剂对应不同萃取效率，相关数值见表2。

表2 不同萃取剂对应萃取效率

2.1.2 无机阴离子

现阶段，离子色谱主要被用来对水体所含F-和Cl-等无机阴离子进行测定。传统测定法以离子选择电极、分光光度为主，上述方法均有较为明显的不足存在，例如，无法保证灵敏度、测定流程相对繁琐等，用对测定流程进行了简化的离子色谱替代传统方法是大势所趋。我国学者先后利用该方法对地下水、饮用水进行了测定，最终结果表明，该技术可在降低检出限的基础上，对准确度还有精密度进行提高。另外，对饮用水进行测定的样品回收率较传统方法有明显改善，这表明对其进行推广很有必要。

2.2 土壤监测技术的应用

对土壤环境进行监测的流程如下：第一步，随机对监测土壤进行取样；第二步，根据条件选择溶液浸取或超声波，对样本离子进行准确提取；第三步，通过分析提取所得样本离子的方式，得出最终结论[3]。实验流程如图3 所示。在此过程中，离子色谱的作用，主要是对土壤消解液、提取液所含离子的相关信息进行有效测定，完成HPLC 及GC 技术所无法完成的高难度分析。

图3 离子色谱测定土壤环境的流程

对土壤硫浓度进行计算的公式为：

在该公式中，C 指代硫浓度，单位是mg/kg。V 指代硫酸根浓度，单位是mg//L。ρ 指代样品溶液体积，单位是ml。D 指代稀释倍数。m 指代样品质量，单位是g。另外，在离子色谱持续发展的当下，可被用来监测土壤环境的技术也逐渐趋于完善，监测范围较之前具有明显扩展。现阶段，基于离子色谱对土壤进行监测已成为大势所趋，相关技术的测定对象，逐渐由早期的单一电解质向糖类和维生素进行延伸，不仅监测工作更加全面，测定所得结果的可靠性、科学性也因此而得到了有力保证。以阴离子的测定为例，对离子色谱加以应用的步骤如下：先对分离柱内淋洗液、土壤含量及其变化幅度进行监测，再以离子为载体，对分离柱所含交换树脂、土壤所含阴离子进行交换。待分离完毕，阴离子将被尽数送往抑制柱。这一环节所发生反应可用以下化学式进行描述：

在上述化学式中，X 指代样品所含阴离子。阴离子和盐发生反应，通常有酸性物质生成，由于酸性物质的电导率相对较高，只需凭借电导检测仪，便可对电导变化进行精准检测，通过将检测值向峰值进行转化的方式，参照标准曲线完成定量操作。

2.3 大气监测技术的应用

事实证明，利用该技术对原有技术进行替代，一方面可突破环境制约，使操作流程得到简化，另一方面能够减少测定工作所需药品的种类与数量，使测定成本得到有效控制，此外，测定灵敏度也可最大程度接近理想水平，分析浓度往往能够达到mg/L，如果条件理想，还有可能达到 μg/L。

3 结论

现阶段，离子色谱已被广泛应用于环境监测相关领域，作为液相色谱分支之一，该技术的优势有目共睹。要想基于离子色谱使环境得到全方位保护，关键是要对日常维护引起重视，通过认真分析监测所得各项数据的方式，保证环保决策的制定有据可循。未来该技术的主要发展方向是和大型设备联用，相关人员应对此引起重视。