离子色谱仪法在饮用水水质分析中的应用
发布时间：2023-03-21作者：小编来源：点击：次
离子色谱技术是研究一种实现高分析、高计算灵敏度、高光谱选择性分析的科学方法。离子色谱法研究具有计算快速、准确、高谱选择性分析和测量高的灵敏度等一系列优点，以其独特的优点迅速发展成为水环境监测中的一种新技术。《饮用水卫生标准》要求对饮用水中的F-、Cl-、NO3-、SO4-进行离子色谱分析。在酸性饮用的水中，氟化物、氯化物、硝酸盐类和硫酸盐类是中毒最普遍的[1]。其中含有大量的氟化物，会引起皮肤烧伤、皮炎、气道发炎、物质代谢失调、骨头脆弱性等问题；过量的氯化物会加重肾脏的负担，对胃粘膜有直接的损害；硝化菌可以将硝酸盐转化为亚硝酸盐，然后与胺基生成亚硝胺，具有很强的致癌性；过多的硫酸会影响到身体对钙的吸收。目前我国饮用水使用的是液氯、二氧化氯，氯化物会在水中产生ClO2、ClO3-等，引起溶血性贫血。对居民饮水质量进行监测，对保证人民群众的身体健康非常重要。
1 离子色谱法技术综述
1.1 离子色谱法技术的基本概念
离子色谱法是H.Small等人于1975年提出的一种HPLC（高效液相色谱法），现在已有30多年的发展历史，因其用途广泛，已逐步形成一个单独的大类别。1980年以来，我国高校就已开始重视离子色谱技术问题的调查研究，它主要具有测定简便、快速、选择性效果好、干扰损失小、灵敏度极高、能同时保证能测定出多组分化合物等特点，因此在人们的日常生活中广泛使用，特别是在医药、环境科学、水质分析等领域，它已经越来越广泛地被人们所熟知。水质分析是环境质量评价的重要内容。离子色谱技术近年来分别在各类天然饮用水、地表水、工业废水、生活有机用水、海水的处理及中氯含量分析的各种分离纯化检测的系统应用中均得到了十分之广泛与可靠高效的应用。传统的湿法对阴离子的检测往往采用多种方法进行单一的检测，存在敏感性差、干扰多、操作繁琐等缺点。近年以来，离子色谱技术尤其是阴离子的分析纯化技术已经取得了一项重大科技突破，它基本上克服了一系列长期以来困扰着中国分析与化学实验室的一些难题，如多元素组分离子的同时质谱检测。
1.2 离子色谱法的基本理论
离子色谱法应用原理较主要应用的领域有：离子交换色谱、排斥离子交换色谱、相应离子比对与交换离子色谱系统应用等。离子排斥色谱法其作用特点是离子将会在色谱其表层上与其离子排斥于色谱层表面上从而进行相互交换，并依据其有关原理，在此基础上生成离子。在实际工业和生产实践中，使用频率较多见的技术是离子交换。在工业废水中中，离子色谱法可以根据磺酸的形式，用柱填的形式进行分离，但在阴离子交换中，离子色谱的作用就像是季氨基。水样中的离子经后期的分离，可以起到交换作用，在被测离子之间进行交换，从而形成一对离子。而且，在我们使用离子色谱检测的整个过程中，虽然也可以直接将这些被探测到的离子全部保留记录下来，但是其中也有另一个检测时限，那就是可以用离子冲洗液去冲洗，将几乎所有的有害离子都一并给检测分离出来，这样就完全可以去更好的实验室进行离子水质分析了。
离子色谱法的应用相对来说比较简便，有多种选择，可快速检测，而且可以根据不同的离子，对环境没有任何的负面影响。在水质监测中，离子色谱是一种非常有效的方法，它具有很强的流动性和多样性，包括海水、淡水、工业等，它的水的种类也是千差万别，所以在分析的过程中，采用色谱技术，可以避免传统的化学方法带来的资源浪费[2]。目前有很多种方法可以测定水质中的农药残留量，如液相色谱、气相色谱、离子色谱等，由于其操作简便，对环境造成的不良影响较小，因此可以广泛应用。
2 水质分析中的离子色谱应注意的问题
采用离子色谱法进行水质分析时，应注意：①对样品进行过滤。为了避免进入管道中的微粒，在进入离子色谱前，需要先用0.45微米的滤膜对样品进行过滤。②稀释水样品。对于成分复杂的样品，若要测定的离子与树脂之间的亲和性有很大差别，需要进行多次的进样，另外还需要用不同的浓度或强度的淋洗溶液。在采用离子色谱法测定阴离子时，一般建议最大进样量为30%的柱容[3]。若样本浓度过高，则需进行稀释，否则会使色谱峰变得更宽、更长。③温度的调控。若采用离子色谱法进行水质分析时，若不能保持温度的稳定，将会使操作过程中的液相压力变化过大，从而引起液位变化、检测分析结果数据的高度可保持重复性和基线稳定性。所以，在离子色谱操作时，应保证室温下的稳定性。在户外安装取暖设备时，请千万不要轻易将采暖设备安装与屋顶空调机组相邻，也注意要经常在室内窗户玻璃前安装一台必要时的恒温箱，以随时保证室外柱子内的房间温度均匀稳定。在采样作业完毕后，应避免立即开始进样，将全部试样先放在一个自动的进样加热装置柱中，等各试样的试样温度都和装置柱温值大致接近相同时，再进行进样。
3 离子色谱技术在饮用水质量监测中的重要作用
与传统的分析方法相比，本方法操作简单，操作方便，减少了实验人员的工作压力，提高了检测结果的准确性。与传统的化学方法相比，采用离子色谱法能对水质进行科学的分析，从而大大缩短了分析时间，提高了分析的精度。离子色谱法是一种基于离子交换的液相色谱技术，它可以通过改变水中不同成分的流动状况，从而达到有效的分离目的。离子色谱技术主要分为流动、高效和离子排斥三种。其中，离子色谱法是目前应用最广泛的一种分析方法，可以很准确地快速测定出饮用水中溶解的各种阳离子，并能自动进行各种合理浓度的定量色谱对比分析。离子色谱技术已经在组织分析的化学机理研究方法中一直占有十分重要的地位，它本身既能迅速有效定量分析出无机离子，还能被用于其他领域组织生化分析，其数据和分析运算速度快，选择性能好，操作简单。在全球气候变暖、水平面急剧上升、水环境污染突出等水质问题已日趋严峻的时代背景作用下，水资源监测分析方法与水管理实践越来越广泛，受到当前世界各国公众的日益关注。离子色谱技术已经是国内外一种应用比较普遍成熟高效的一种水质在线分析监测技术，它能实时对各种水质样品进行分析检测，从而改善水质的质量，加强对水质的分析，对加强水的质量分析具有重要的实际作用。
4 应用于饮用水中的水质分析
4.1 离子色谱法与紫外分光光度计水质分析对比
随着对水质的分析日益受到重视，各种方法的应用也日益广泛。离子色谱技术是分析化学领域的一个重要突破，长期以来一直采用UV分光光度计进行水质检测。兰静的试验结果与离子色谱法比较，结果表明：紫外分光光度计和离子色谱法是可行的。离子色谱：制备抑制柱的再生液：50毫摩尔/升的硫酸溶液。在超纯水中抽取5毫升浓硫酸，定容到1000毫升。紫外光谱法：制备1 mol/L的盐酸溶液，制备硝态氮的标准储存溶液：1 mg/L (NO3-N),10 mg/L。试验条件：TU1901紫外分光光度计的光源是钨氘灯，不需要选用任何光源。结果：采用离子色谱分析方法，其标准值分别为5.56%～30.55%、1.24%～1.89%。结果表明，UV法的相对标准偏差在7.82%～19.3%之间，相对误差在1.23%～2.78%之间。采用离子色谱技术对其进行了分析，其回收率可达104%～106%.用UV光谱法对样品进行了分析，样品的回收率在102%～108%之间.结论：两种方法都满足了测定的条件，但由于紫外分光光度法对反应条件的要求高、操作难度大、精度低、生产成本高等诸多限制；相反，离子色谱技术具有操作简便、分析快速、结果准确等优点。因此，用离子色谱技术进行水质分析具有较好的优越性。
4.2 在无机离子分析中的应用
应用色谱法分析测定各种饮用水中含的各类无机离子，能更好地定量了解各类水中存在的微量无机离子。基本参数采用离子色谱新技术对水体离子中存在的大量无机离子进行大量测定，发现了水体阴离子中含有的无机阴离子多以阴、氮元素为主，而无机阳离子多数为钙、铵根。随着技术的进步，离子色谱技术也得到了进一步的发展，它可以使水质测试更加科学。可以利用淋洗液进行科学的检测，例如将微量NaCO3/NaHCO3溶液添加到各种饮用类水中，通过离子色谱技术可对饮水中含有的多种无机金属阴离子含量进行定量科学定性的准确分类，保证净化饮水质源中所有的各类无机阴离子溶液的质量。
4.3 高氯酸盐的用途研究
高氯酸盐是一种环境残留物质，美国许多州的饮用水和地表水都含有高氯酸盐，但是大多数的污染区域都集中在美国西部、军事区和工业发达的地方。由于这种高氯酸根负离子对全世界人类水的安全健康环境构成了重大的危险，尽管EPA (美国环保署)目前尚未见出台任何关于饮用水中的高氢氯酸根含量限制的强制性标准，但各省已制定了相应的标准。高氯酸根的含量不能高于4微克/升。如果水质超出了该标准，美国加州环境卫生局法案(CDHS)也有很大可能会终止对饮用水资源的供应。高氟氯酸盐广泛应用在航空航天、农业、制造业等方面。但高氯酸根对人体有很强的杀伤力，即使它的浓度很低，也会造成儿童的生长和发育不良。采用离子色谱法快速测定高氯酸盐离子的含量，是一种目前研究最有效直接的方法。
为使HCG技术更好地用于水质分析，必须根据水质的检测结果，对高氯酸盐进行准确的检测。该方法操作流程相对简单，要求试验人员具有一定的职业素质，以确保高氯酸根的检测结果的准确性，同时提高其安全性。在检测高氯酸根的时候，要根据各种仪器的操作状况，选择合适的检测指标，并根据检测过程中出现的问题，采取适当的措施，确保检测结果的准确性[4]。
4.4 复杂样品与消毒副产物的监测
随着离子色谱技术的不断发展，有机酸、离子物质、氟离子物质的有机分离已经成为一种新的研究热点。另外，采用柱离子色谱技术，可以对水中样品中的F-,Cl-,Br-,NO2-,NO3-,P043-,S042-,Li+,NH4+,Na+等，用EDTA的淋洗液，与Ca2+发生化学反应，形成有机酸和阴阳离子。而对于净化水中的消毒副产物，也能够采用离子色谱法进行准确检测，并及时进行处理与分离，达到净化、二次消毒的功能，有效减少消毒副产物对水质的影响，保证人畜机体健康。
5 结语
随着我国物理和化学领域技术的不断更新发展，对于饮用水分析的技术也取得了卓越的成就，离子色谱技术经过多次的实验和长时间的实践应用已经发展得相当成熟，具有使用便捷、成本节约、操作性强的特点，在无机离子分析、消毒副产物监测、高氯酸根监测中都能得到较大的改善。身为试验者，必须持续改进自身的监测技术，以保证对饮用水质量的监测存在的问题，并据此采取最优的措施来提高监测的准确性。
