水质分析中离子色谱法的应用探究

水质分析中离子色谱法的应用探究

李艳红

山西平朔煤矸石发电有限责任公司山西朔州036800

摘要：近些年来离子色谱法已经成为土壤、水质以及大气等生态环境监测的重要方式，可以对离子型化合物以及离子进行准确的测定和分析。地面水、工业废水、生活用水以及海水等的监测中都需要进行水质分析，离子色谱法凭借较高的灵敏度和较弱的干扰性在水质分析中得到了广泛的应用。本文就离子色谱法的分离原理以及该技术在水质分析中的具体应用进行了探究。

关键词：水质分析；离子色谱法；应用

一、离子色谱法概述

离子色谱法于上世纪七十年代中期出现，我国从上世纪八十年代开始进行离子色谱法的应用研究。作为高效液相色谱的一种，离子色谱法也被称作现代离子色谱法、高效离子色谱法。经过几十年的不断发展和完善，离子色谱法日渐成熟，其应用范围也越来越广泛，已经成为一个独立的大类。与传统的化学检测技术相比，离子色谱法的检测步骤较少，因而耗时较短，同时具有出色的选择性、抗干扰性、多组分同时测定以及高灵敏度等优势，被视作分析化学的一大突破。目前离子色谱法已经广泛应用于环境科学、医药等领域，技术日渐成熟普及程度也越来越高。

水质分析作为环境分析的重要内容，随着可持续发展理念的提出和践行，社会对于水质分析提出了更高的要求。离子色谱法在饮用水、生活用水、工业废水、海水以及地面水等样品分析中都可以应用。不同于经典的湿化学分析法，离子色谱法解决了一种测定方法只能测定一种阴离子的限制，且测定结果的灵敏度显著提高，试验步骤也得到的缩减，因而也受到了越来越多专业人士的青睐。近些年来离子色谱技术取得了令人欣喜的进展和突破，解决了分析化学多组分无法同时测定的难题。将离子色谱法应用于水质分析中可以有效提高离子测定的效率和准确性。

二、离子色谱法的分离机理

物质在离子交换柱上迁移的差异是离子色谱法进行物质分离的基础，离子色谱法作为高效液相色谱的一种需要借助光学或者是电化学检测器进行检测和分析。离子色谱法又可以进一步分为离子排斥色谱、离子对色谱和高效离子交换色谱。其中离子排斥色谱是基于离子排斥进行分离的，离子对色谱的理论基础为吸附和离子对的形成，而高效离子交换色谱的主要分离机理为离子的交换。其中离子交换是离子色谱法水质分析中主要分离分析方法，可以用来分析亲水性的阴离子和阳离子。

阴离子交换色谱中，季胺基是分离柱填充树脂的离子交换功能基因，磺酸基则是阳离子交换色谱中的交换功能基。利用离子色谱法进行物质分离时，需要淋洗液的辅助，淋洗液中有一定量与树脂离子电荷相反的平衡离子。标准阴离子色谱中碳酸氢离子和碳酸离子为平衡离子，而标准阳离子色谱中钾离子为平衡离子。再利用离子色谱法对水质进行分析时，水样中的被测离子进入分离柱后与树脂交换功能基内的平衡离子争夺交换位置，形成离子对。水样离子与固定相电荷之间库仑力的存在使得离子可以暂时被固定相所保留。不同离子与固定相电荷之间的亲和力是不同，因而固定相对离子保留的时间也就存在差别，淋洗液将离子分离出来所需要的时间不同，根据该特点可以对样品中的离子进行分离可以用下面的式子表示样品中阴阳离子与树脂离子的交换平衡。

该式中K表示选择性系数，[A-]s和[A-]m分别表示所测离子在固定相S和流动相m中的浓度。选择性系数K的大小直接关系着样品中的离子被固定相所保留的时间。选择性系数可以视作离子半径、离子电荷、树脂种类和淋洗液种类的函数，离子的价位和离子半径为正比例关系，随着离子半径和离子价位的增加，离子与树脂间的亲和力也越来越大，被固定相所保留的时间随之增加。离子色谱法测定中阴离子的保留时间顺序一般为：F->Cl->Br->NO3->SO42，阳离子为Li+>Na+>NH4+>K+>Mg2+>Ca2+。

三、水质分析中离子色谱法的应用

3.1阴离子分析

应用离子色谱法进行水质分析可以在15min以内进行连续的测定，确定水中的阴阳离子种类和含量，因而目前已经有很多国家将离子色谱法作为水质标准分析法，对水质中的氯离子、硫酸离子、钾离子、钙离子以及镁离子等进行测定。目前我国的《饮用天然矿泉水标准检验方法》中也加入了离子色谱法。离子色谱法可以对水样中的F-、Cl-、Br-、NO-以及SO42-等阴离子进行测定。水质分析中过程中采用1.8mmol/LNa2CO3~1.7mmol/LNaHCO3作为淋洗液，流动相流速以每分钟1.5ml为宜。这五种离子在各自量程的测定线性范围较广，相关系数r>0.9990，相对标准差不超过0.005%，与国家相关标准中所规定的经典测定方法相比，两种方法测定值的相对偏差在3.5%以下。水样中溴和碘也可以采用离子色谱法进行测定，淋洗液选择2.3mmoI/LNαNO3～1.9mmol/LNaHCO3，淋洗流速为每分钟1.2ml，利用电导检测器进行测定，水样中溴和碘的最低检出浓度分别为0.2mg/L和0.1mg/L，相对标准偏差均在5%以下。为了提高水质检测的精确性，对于存在氟干扰的水样可以对淋洗液的流速进行适当的降低，促使碘离子和氟离子峰值的分离。

3.2阳离子分析

当利用离子色谱法对水样中的阳离子进行测定时，淋洗液可以选择80mmol/L的盐酸，淋洗液的流速为每分钟1ml，于此同时阳离子测定还需要相应的再生液，常见的100mmol/L的四甲基氢氧化铵，测定方法的相关系数r在0.997以上。镁离子和钙离子的相对偏差分别为3.5%和2.7%，其他阳离子的相对偏差需要控制在1%以下。采用同样的测定手段还可以对水样以及液体状化妆品种的Na+、NH4+、Li+以及K+等阳离子进行测定，其中淋洗液为20mmol/L的甲烷磺酸，淋洗液流速为每分钟0.9ml，相关系数r>0.990，离子测定的相对偏差要控制的1.6%以下。样品加标回收率一般为92%~108%。通过对水样阴阳离子总量和离子平衡的分析可以对单项分析结果的正确性进行检验，因而离子色谱法还具有对其他水质分析指标进行检验的作用。但是目前采用的离子色谱法测定F-、NO3-、SO42-等阴离子和Li+、Na+、K+等阳离子的分析方法存在一些问题，导致阴阳离子平衡测定结果的准确性难以保证。针对于此可以采用DIONEXIonpacCS-12阳离子分离柱和AS4A阴离子分离柱加以辅助，水样收集后及时进行监测和分析，同时利用容量法对水样中的碳酸氢阴离子含量进行测定，通过对五种饮用矿泉水离子总量和离子平衡的检验计算结果显示，离子平衡的误差可以控制在0.02以下。

四、结论

将离子色谱法应用于水质分析中，可以对水中多种阴离子进行同时的测定，且该技术检测灵敏性较高，结果准确，检测耗时较短，这也是分析化学领域的一大突破。随着色谱技术的不断进步，离子色谱法技术的应用也将日将成熟。因而离子色谱法在水质分析中具有广阔的应用前景，加强离子色谱法的推广应用对于我国生态环境监测水平的提高也有着积极的推动作用。

参考文献：

[1]曾林.离子色谱法测定水中8种无机阴离子的氢氧根体系方法探讨研究[J].四川环境，2017（03）

[2]郑镇平.离子色谱法和导数原子吸收光谱法在水质分析中的应用研究[J].化工管理，2017（02）