地下水水质检测中离子色谱仪技术运用研究
发布时间：2023-03-21作者：小编来源：点击：次
我国属于水资源紧缺国家，随着工业、农业的不断发展，以及城市用水需求的不断提升，国家对水资源保护的力度也在不断增强。通过科学的水质检测技术，能够帮助相关部门了解地下水的实际情况，便于其根据检测结果制定相应的应对措施，从而进一步加强对环境的保护。当前水质检测技术类型较多，离子色谱技术的使用较为广泛，能合理分析水体中污染物的类型和含量，同时有效控制检测成本，是一种较为理想的检测技术。相关人员应结合实际需求选择恰当的检测技术手段，优化实际检测质量。
1 离子色谱技术概述
1.1 原理
离子色谱技术利用离子交换原理，将阴离子和阳离子有效分离，对离子进行定性和定量，有效实现分离检测效果。该技术属于高效液相色谱法（HPLC）的一种，在实际的应用过程中，使用强电解质帮助加强离子的分离效果。其中阳离子交换时，需要使用盐酸溶液作为淋洗液，同时自分离柱中填充低容量的阳离子交换树脂，如图1。
离子色谱技术在进行离子交换和分离的过程中主要包含三种分离方式：高效离子交换色谱（HPIC）、离子对色谱（MPIC）以及离子排斥色谱（HPIEC）。在离子分离时，使用相应的分离柱填料，但填料的实际作用方式不同，因此在进行分离时，其分离原理存在差异，且各有优缺点。其中HPIC的使用较为广泛，并且操作简单，能够在短时间内给出相应的检测结果。但其缺点同样较为明显，其在强酸和强碱环境中无法使用，适用范围为p H 2～8。HPIEC技术的主要原理为膜排斥效应，在检测时能够保护弱酸根，因此适用于分离有机酸和无机酸根。MPIC技术的固定相为有机溶剂水溶液，因此能用于分离疏水阴离子和金属络合物。三种技术的侧重点不同，在测量地下水水质时，可以结合实际需求进行合理选择。
图1 色谱柱中离子交换分离过程
1.2 优势
离子色谱技术在水体质量检测中的应用较为广泛，在测量水质时能够体现出技术的优势。具体表现为：其一，检测效率高。离子色谱技术与传统的检测技术相比，其技术水平相对较高，检测时能够识别不同的离子成分，对较为复杂的水体样本进行多种离子的分离与筛查，且分离效果较为理想，能够在短时间内实现有效检测[1]。其二，灵敏度高。离子色谱技术在检测时对检测的水环境要求不严格，不仅能够同时检测不同离子，还能借助离子之间的相互作用力实现有效的分离，准确识别不同的离子类型，因此检测效果较为准确。其三，选择性强。在进行离子检测时，能够根据不同的技术原理检测对应的目标，如检测金属和非金属离子、有机物和无机物、表面活性物质和金属络合物等，按照实际需求选择相应的检测技术实施方案，有选择性地进行检测应用。
2 地下水水质检测项目
2.1 检测内容
地下水水质检测主要是对水中有害物质的种类及含量进行检测，进一步分析地下水水质情况和污染变化的趋势。在检测时主要的项目包括：亚硝氮、氨氮、硝氮、硬度、p H值、氯离子、金属离子、半挥发性有机物、挥发性有机物、微生物等。用于饮用的地下水检测时，需要检测其中的碘含量。为确保地下水质量在控制范围内，一般每年检测3～6次，分别在地下水的枯水期、平水期和丰水期进行采样检测，以更加准确地了解实际的水质情况。通过科学的检测技术手段，了解地下水水质具体情况，有利于提高预警效果，了解污染物含量变化趋势，有效制定风险应对策略，同时能够针对地下水污染情况制定相应的应对措施，保护水资源不受影响。
2.2 地下水污染来源
随着社会发展速度不断加快，城市污水、工业和农业废水渗透到地下，逐渐对地下水造成污染。城市污水主要来源于城市生活废水和生活垃圾与雨水混合，污染雨水后渗透到地下，进而对地下水资源造成影响[2]。工业废水中含有大量的重金属污染物，直接对水产生污染，工业废渣深埋地下后，逐渐对土壤和地下水造成影响。此外，工业废气容易引发酸雨，在降雨时参与水循环，进而对地下水水质产生破坏。农业污染主要来源于化肥和农药的过量使用，在施肥和喷药时，仅有少部分能够被作物吸收，大量化肥农药渗透到地下，影响地下水水质。地下水污染来源较多，且影响较大，随着国家对环境保护的重视程度不断加强，应重视地下水水质检测工作，通过严格的检测流程，得到地下水水质变化情况，便于对其进行优化，从而有效提高地下水使用效果，强化对环境的保护力度。
3 离子色谱技术在地下水水质检测中的具体应用
3.1 地下水中氟、氯、硝酸根、硫酸根的检测
3.1.1 实验原理
地下水水样进入检测设备中，其内部的阴离子随着淋洗液进入到交换系统中，利用离子与色谱柱之间亲和度的不同，分离不同离子，在离子经过电导检测设备中，得到离子组分及相关信息，利用其分离时间和峰面积进行定量计算，整合所有信息后得到水样中阴离子的浓度情况。
3.1.2 实验准备
准备仪器和试剂。仪器选择ICS-1100型离子色谱仪，以及电导检测器、纯水系统等，设备结构如图2。试剂主要包括：氢氧化钠、纯水、水样阴离子标准溶液以及氟化钠等标准物质，高纯度氮气等。
图2 离子色谱仪-电导检测结构
图2 离子色谱仪-电导检测结构 下载原图
3.1.3 检测过程
首先，取样。在特定时间段进行采样，使用标准采样方法，将待测区域地下水样品存入硬质玻璃容器中，以标准方式储存，并在2天内检测完毕，避免时间过长影响水样含量变化。在使用离子色谱法前，需要对水样进行初步处理，使用过滤膜，将水中固体杂质去除，避免影响检测效果，或造成设备损坏。
其次，色谱条件调整。调整离子色谱仪，使用250 mm×4 mm的分离柱，使用标准溶液配制试样，并进行手动测试，确保设备能够正常使用。
再次，配制淋洗液和阴离子标准曲线。准备淋洗液和阴离子标准溶液：(1)配制氢氧化钠标准溶液时，使用优级纯氢氧化钠200 g，加入少量水搅拌至溶解后冷却，继续加水至400 m L，混匀混合溶液。(2)氯离子标准液。标准液的浓度为1 000 mg/L，使用1.648 5 g氯化钠标准物质，加纯水稀释到1 000 m L。(3)氟离子标准溶液制备时，使用干燥后的氟化钠0.221 g，加水溶解并稀释至1 000 m L，搅拌均匀后转移到聚乙烯塑料瓶中。(4)硫酸根标准液制备。使用硫酸钾标准物质进行混合制备。(5)硝酸根离子制备时，采取同样方法，计算硝酸钾标准溶液浓度，并测量制备，定量到1 L。(6)混合阴离子融合试液时，与上述制备方法相应，计算相应的离子标准液添加量，并定量至1 L，溶液搅拌均匀后储存备用。
最后，检测和记录。使用色谱检测仪分别进行测量，并记录相应的数据，试验后进行分析。根据不同浓度下，阴离子在色谱柱上的出峰时间变化情况分析离子的活跃度，同时观察阴离子色谱峰的分离情况。
3.1.4 结果分析
为确保实际的检测结果更加准确，分析结果时，应先对实验条件进行优化，分析实验中存在的影响因素。其一，淋洗液配制浓度影响。制备10 mmol/L、20 mmol/L、30 mmol/L、40 mmol/L等浓度的淋洗液，使用不同浓度的淋洗液对标准溶液进行测试，观察其中阴离子色谱变化情况。通过实验观察，氟离子、氯离子、硝酸根离子、硫酸根离子的分离速度受浓度变化影响较大，浓度越大，分离速度越快。其中在浓度为30 mmol/L时，四种阴离子能够在6 min内完成分离，因此，在进行检测时，可以调整淋洗液浓度，确保符合检测结果。
其二，淋洗液浓度影响。选择浓度为30 mmol/L的淋洗液，设置流速为：1.10 m L/min、1.20 m L/min、1.30 m L/min、1.40 m L/min、1.50 m L/min。控制流速的情况下，观察阴离子出峰时间，分析不同流速的影响情况。通过实验观察，不同流速下，柱压以及检测器电流受到影响，因此阴离子的出峰时间发生变化。流速越快的情况下，出峰时间越短，综合分析下，在速度为1.4 m L/min时，出峰效果最佳。
通过对相关影响因素的分析，调整实验过程，从而使结果更加准确。在标准环境下进行实验分析，检测水样中不同阴离子的含量。在得到检测结果后，可以与标准的水质情况进行对比，全面了解地下水中相关离子的具体含量。
3.2 地下水中碘离子检测方法分析
3.2.1 碘离子检测的必要性
碘对维持人体内部平衡和新陈代谢等具有重要的作用，人体主要依赖食物和饮水来达到每日碘的摄入标准。水中碘含量小于10μg/L时，将会影响人体内部碘的摄入量，进而不利于人体健康，极有可能出现甲状腺功能减退。在水中碘含量过大时，将会使人体碘摄入量增大，从而易造成甲状腺肿大等情况，不利于人体健康[3]。因此，应对作为饮用的地下水进行碘含量检测，以更好地选择恰当的饮用水区域。
使用离子色谱技术检测碘离子含量，能够有效避免前期的大量处理工作，同时相关设备的操作较为简单，且灵敏度高，能够在短时间内进行有效识别样品中碘离子含量，因此，可以选择使用离子色谱技术进行实验检测。
3.2.2 实验过程
首先，准备仪器和设备。使用离子色谱仪以及电导检测器等设备。准备纯度在99.8%以上的丙酮溶液，以及碘离子标准溶液。同时准备去离子水。其次，准备色谱条件，使用阴离子分析柱和保护柱，并制备3.2 mmol/L的碳酸钠溶液作为淋洗液，控制检测器温度为50℃。再次，处理样品。使用标准方法对区域范围内的地下水进行采样，随后过滤储存，储存温度为0～4℃。配制碘离子标准中间液、使用液、工作液。制备碳酸盐淋洗液，利用碳酸钠和碳酸氢钠制备淋洗液，控制其浓度为3.2 mmol/L。
3.2.3 分析实验结果
为提高实验检测的精准性，在实际的检测实验过程中，应分析并控制影响因素。(1)为避免仪器设备受到固体杂质影响，应对样品进行过滤。(2)为避免淋洗液浓度对检测结果产生影响，应制备不同浓度的淋洗液，分别进行实验，分析实验结果后，选择最为恰当的淋洗液浓度。同时应通过控制变量的方式，对丙酮含量、淋洗液流速以及进样体积等相关数据进行分别控制和管理。同时结合实际的需求，进行合理设计和控制，以降低外界因素的影响，提升整体的实验精准性。
4 离子色谱技术运用过程中的注意事项
使用离子色谱技术对地下水水质情况进行检测时，可能受到不同因素的影响，从而对实验过程和实验结果产生影响。为进一步消除误差影响，提高检测的精准度，应结合实际情况提高环境检测管理力度，保障整体监管效果。
4.1 地下水采样
样品采集质量对检测结果同样存在较大的影响，为保障整体检测效果，应使用标准采样方式完成相关操作。首先，选择采样地点。地下水存在于地下土层和石缝中，不同深度的地下水内污染物含量可能存在差异。因此在采样时，应做好相应的规划，明确采集点和采集深度，以确保样品具有代表性。其次，控制采集速度。在地下水采集过程中，会造成地下水中流速出现变化，进而可能对样品采集的质量和污染物含量产生影响，使样品不具有代表性[4]。最后，设置采样频率。在不同季节和时期中，地下水含量存在一定变化，如存在丰水期和枯水期，不同时期中污染物的含量不同，在进行采集时，为保障样品能够代表地下水的整体污染情况，应在不同时期的相同时间、相同地点以及相同深度进行样品采集，对不同时期的相同区域样品进行对比，进一步了解地下水水质变化情况。
4.2 输液系统操作控制
输液系统的控制管理直接影响整体检测精准度。在实际操控过程中，由于操控误差，导致其中可能存在大量气泡，进而影响内部运行稳定性，使检测结果受到影响。在输液系统内部压力不稳定时，会对色谱柱产生破坏作用，同时容易使内部出现杂质，进而破坏检测质量。为避免输液系统操作不合理而引起结果准确度不足的情况，一方面，应严格按照标准操作步骤和要求操作，同时做好设备调控工作，避免出现压力问题和气泡情况。另一方面，应加强对样品和检测液的处理。在样品进入输液系统前，应进行过滤，去除其中的固体杂质，避免杂质使设备出现堵塞和污染等情况，影响实际的检测效果，从而提高检测的严格性。
5 结论
综上所述，通过对地下水水质污染情况的检测，能够进一步掌握地下水质量变化情况，明确污染来源，并制定恰当的应对措施，避免污染进一步加剧，有效保护水资源。借助离子色谱技术能够对地下水中污染物离子进行分离和检测，准确了解不同污染物的类型与含量。为提高检测准确性，需对实验过程中的影响因素进行有效控制，为实验提供良好环境，同时严格规范检测操作，全面加强检测精准度，为相关部门提供地下水水质实际情况。
