水环境监测中离子色谱技术刍议
摘要
关键词
水环境监测;离子色谱;水溶性离子
正文
引言:水环境监测就是运用生物、化学、物理等技术措施,对水环境物质组成、污染物组成等进行定性、定量、系统地测量分析,从而得到相应水环境质量变化规律。利用水环境监测,可有效预测水环境污染发生趋势,因此需要其监测数据具有较高的重复性、准确性、完整性、对比性等。
一、离子色谱技术发展现状
简单来说,离子色谱就是一种高效的液相色谱,用来分离、监测、分析阴离子与阳离子性质。其基本交换机制可分为高效离子交换色谱、离子对色谱、离子排斥色谱三种类型,是目前水环境监测中被广泛应用的重要监测技术之一。
而目前,经过长时间实际应用、改良发展,离子色谱技术可支持更多的监测器类型,如直流安培化学监测器、积分安培化学监测器、抑制电导监测器等。同时,还可与电感耦合、二次质谱等离子质谱仪与质谱连用,极大限度地扩展了离子分析领域,且更具实际使用优势。如,经过离子色谱-质谱(IC-MS)分析,可无需衍生化直接进样,有效降低样品制备环境所需实践次数,且分离过程中无需使用改良剂[1]。
二、离子色谱技术原理与应用
(一)离子色谱技术基本原理
离子色谱技术原理主要是离子交换,但是由于柱填料树脂骨架树脂离子交换功能基与其容量各不相同,因而衍生出三种分离方式。
高效离子交换色谱-HPIC主要原理是离子交换,在离子色谱技术应用中最为常见。其中,使用季胺型强碱性阴离子交换树脂的优点在于其再生处理、使用寿命较长,单机械强度较差,且会受有机物污染。或可使用化学交换剂,提升柱效、机械强度,不过只能应用在pH2-8的范围内。
离子对色谱-MPIC是以和离子对吸附原理为基础,利用固定相为疏水型的中性填料,进行相应检测。主要用于金属络合物、表面活性阳离子等的分离检测。
离子排斥色谱-HPIEC,主要应用Donnon膜排斥效应而形成,使用的是高交换容磺化H型阳离子树脂为填充料,通常用于弱有机、有机酸等分离。
(二)离子色谱技术主要应用
第一,化学性分析。应用离子色谱技术可对水库、江河湖海、地下水、大气降水、污水废水等水样,进行阴离子、阳离子、有机酸等分析,从而达到水环境监测的目的。尤其是针对无法通过物理或化学反应挥发的酒酸、乳酸等,都需要利用离子色谱技术,直接分析液相中有机酸与有机碱,简化监测流程,提升整体水环境监测效率。
第二,物理性分析。离子色谱技术不仅可以进行化学性分析,还可借助不同的监测仪器,进行物理性分析。如,赛默飞世尔科技与德克萨斯大学共同研发的离子色谱电荷监测器,同时还采用了膜技术,可根据待测电荷、浓度等进行监测,尤其适用于水环境监测工作。
第三。综合性、复杂性分析。科技与经济飞速发展导致目前实际的水环境监测水样成分极为复杂,单一的监测手法无法满足对其检验、分析的需求。因此,还可使用EDTA(乙二胺四乙酸)作为淋洗液,充分与Ca2+结合络合物,对阴离子、阳离子、有机酸等物质一次性进行监测、分析。
(三)离子色谱技术实际应用要点
1.离子色谱应用前要点
首先,进行监测水环境样品之前,应使用0.45μm滤膜对待测水样先进行抽滤措施,防止样品中过大的颗粒物沉积、堵塞离子色谱仪器的管路,减少仪器使用寿命。
其次,水样往往成分较为复杂,其中待测样品离子对于树脂的亲和力彼此间液存有较大差异。因此,需要使用浓度不同的淋洗液进样,并稀释样品浓度,确保进样量保持在最大柱容量30%以下,有效防治由于样品浓度过高,导致色谱峰拖尾、过宽,影响最后监测结果。
最后,在进行水样监测分析时,如果温度过于波动,会引起色谱柱压力波动,导致色谱基线不稳、时间偏移等问题,造成监测结果重现性差异。因此,在进行样品监测前,应控制好室温,将监测仪器放置于室内温度相对较低的位置,如窗台、空调等。同时,应安装柱温箱,在取样后放入箱内片刻,等待温度与柱温持平后再进样[2]。
2.离子色谱应用后要点
一方面,当使用离子色谱仪器进行样品监测,并完成进样后,应让设备继续运行1-2小时再关停,避免降低设备使用寿命。并且,在关停时应先关闭抑制器,等待1-2分钟后再按照操作规范关停其他设备。
另一方面,若长时间不适用离子色谱仪器,且之前已经使用过,则要进行定期维护与检修。通常以周、月为维护周期,制定相应的设备管理制度,提升设备利用效率与使用周期。如,使用再生液、淋洗液进行维护时,可选择5-7天进行以此,并在维护时运行设备,保证管路不会干涸,避免后续使用效果不良的问题。
(四)离子色谱技术应用注意事项
第一,在使用离子色谱技术设备进行水环境监测时,进行更换淋洗液、再生液过程中可能会出现气泡混入,导致监测结果出现偏差,甚至损耗设备。因此,当出现气泡混入现象时,应打开废气阀门防控压力,及时将液体排出,等待3-4分钟后再关闭。同时,进行样品过滤、稀释等过程中,也可能会出现气泡,要及时断开保护住进出口,以防样品监测结果失效。
第二,正常使用设备的过程中,输液背景电导是相对稳定的,若发生操作失误问题,会导致电导突然升高,造成样品中出现杂质,造成监测结果出现问题。因此,党出现电导值过高时,应使用排除法注意金策淋洗液、抑制器、色谱柱、监测器等,及时发现问题,更换、维修设备,从而保证水环境监测数值的准确性。
结束语:总而言之,在水环境监测技术中离子色谱是一种相对稳定、成熟的技术,不仅可以简化监测离子操作流程,提升监测自动化水平,还可以有效降低误差,提升最终分析结果的准确、精密。因此,应不断优化离子色谱技术,克服其实际应用中的不足之处,从而推动水环境监测技术发展进程。
参考文献:
[1]黄志刚.水环境监测中离子色谱技术应用问题及对策[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2019(12):124-125.
[1]张毅华.离子色谱技术在水环境监测中的应用及对策[J].环境与发展,2019,31(08):149-150.
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