离子色谱技术在环境监测的应用研究

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  摘 要:在现代社会中,应用在环境监测的方法主要是离子色谱法,这种监测方法的优点在于测试的速度较快,操作方式比较简单,监测的反应比较灵敏,易于观察,并且其分析能力较高,环境检测的结果比较准确,离子色谱法的这些优势使得其在环境检测单位中采用。离子色谱法是一种过程较为复杂的化学技术,可以用来探测我国的土壤、水质以及大气情况。本文对于现阶段的离子色谱法在环境监测的应用情况进行了分析,并且探讨了离子色谱法的具体作用。
  关键词:离子色谱技术;环境监测;应用
  现代社会的科学技术在快速的发展,环境监测的标准也越来越严格,在监测的过程中不仅仅是将环境中的有机物质进行化学分离以及分析,还需要对环境中的无机物进行检测。而离子光谱法可以高效的将无机物的阴离子分離并且检测,因此对于水质检测、土壤检测以及大气检测来说,离子光谱技术是最佳的监测方式,因此在环境监测工程中,离子色谱法被广泛的应用,本文对离子色谱技术的原理以及特点进行了分析,并且简述了离子色谱法在环境监测工作中的应用。
  一、离子色谱法的概述
  离子色谱法出现的早期主要应用于需要检测其离子性的新型液相色谱检测中,其特点主要是色谱进样的体积较小、可以使得自由离子进行交换以及配对以及应用的范畴较广,还能解决一些传统监测技术所不能解决的问题。离子色谱法的原理是根据离子化合物以及相表面固定功能基团电荷之间的相互作用来完成工作,离子色谱法的主要应用对象为化合物中的阴离子,这是因为阳离子的作用为吸收原子以及对原子的分光,这些年随着我国经济社会的快速发展,离子色谱分析法也有了一些改变,如今的离子色谱分析法是有机阴离子、阳离子一体化的分析技术,这样的转变使得离子色谱法更加的综合化、商业化。离子色谱法的发展及其相关应用都是以高效液相色谱技术为基础的,但是离子色谱技术又高于高效液相色谱技术,在环境监测中,这两种方法的原理差别较大,离子色谱法主要是应用离子色谱仪交换离子树脂来达到离子分离的目的,基本原理是离子之间的交换,目的是实现离子交换以及分离,使用拟制柱扣除待测离子中的电导体,最后再使用检测仪对其进行检测。
  二、离子色谱技术的特点
  1.进样体积小
  由于现代离子色谱技术所使用的色谱柱含有的树脂具有较高的交联度和较低的交换容量,使得色谱进样的体积较小。
  2.能够实现自由游动离子的配对和交换
  因为现代离子色谱技术是从高效液相色谱技术中分离出来的,因此现代离子色谱技术的色谱柱上的树脂是带有电荷的,同时现代离子色谱技术还能实现自由离子的配对和交换,通过实现自由离子的配对,可以分离出样本中的无机离子。通过离子的交换,可以让样本中的离子实现交换吸附和解吸,进而实现样本离子的状态平衡。
  3.应用范围广
  现代离子色谱技术的应用范围很广,不仅可以应用在环境监测行业,还可以应用在食品制造行业、纺织行业等,而且随着现代离子色谱技术的发展,其应用范围将会越来越广。
  三、离子色谱设备的维护
  离子色谱技术应用的是较为精密的仪器,因此对此类仪器的保养工作是十分重要的,其维护工作的质量直接关系到了离子色谱仪器的使用寿命以及测得数据的精确度,如果其开机时间较短,则离子色谱仪器则不容易达到其稳定的工作状态,由此基线会出现漂移的情况,并且背景电数值一直处于增强的趋势,则说明其抑制模块的零件出现了问题,此时技术人员应当先行检测离子抑制设备的情况,需要能够正常工作的接地线来保证仪器工作时的稳定性。在离子光谱仪器的维修工作中还需要工作人员注意用去离子液体来清洗仪器的泵,并且使用过强酸性物质以及强碱性物质之后需要将仪器清洗干净,这样才能避免仪器的内部密封圈以及泵被损坏。其次在平常使用离子光谱仪器的过程中,要适时加入淋洗液,这样可以防止泵内的液体耗光,从而出现仪器空抽的情况。当泵内部出现了气泡,要先行去除里面的气泡,并且使用脱气处理的淋洗液,这样才能尽可能的减少泵内部的气泡。在日常环境检测中物质分析的过程中,需要定期进空白样,在使用离子色谱分析仪器之前应当先行清洁小样,并且要加以稀释,有一个低浓度到高浓度的分析趋势,这样才能保证离子色谱仪在日常环境监测中应用的精确性以及稳定性。
  四、离子色谱技术在环境监测中的应用
  1.离子色谱技术在大气环境监测中的应用
  大气环境对于我们的生活环境有着重要的影响,环境监测人员可以使用现代离子色谱技术来检测大气环境中的氯化氢含量,氯化氢含量对于我们的生活环境有着重要的影响。正常情况下,大气环境中的氯化氢含量是比较低的,但是如果周围环境中有垃圾场,一旦点燃垃圾,垃圾场周围环境的氯化氢含量就会增加,进而影响到周围环境中的居民的健康情况。如果使用传统的监测技术来对大气环境进行监测,将无法准确地检测出大气环境中氯化氢的含量,这样的监测效果无法起到准确的指导性。故此,加强现代离子色谱技术在大气环境中的监测应用,可以大大提高大气环境中氯化氢含量的监测准确性。
  2.离子色谱技术在水环境检测中的应用
  对于城市的水污染而言,传统的监测技术会根据不同的监测数据标准选择不同的监测方法,我们就拿硫酸盐为例,我们在监测硫酸盐时所使用的方法是铬酸钡光度法GB/T11899-1989 重量测试法,这种方法是最基本的方法,虽然能够保证准确程度,但是人员操作起来会比较复杂,而且会消耗过多的时间。如果使用离子色谱技术,可以对常见的阴离子、阳离子等进行详细的分析,与传统的监测技术相比,会更加的节省时间和精力,并且十分简单易学。对于城市的环境监测工作来说,城市降水的监测工作是其中重要的组成部分,而离子色谱技术在城市降水监测工作中也发挥着重要的作用。在城市降水中使用离子色谱技术,能够减少分析和处理的时间,从而提升检测工作的准确性。下表是两种具有代表性的元素,我们可以通过分析元素的处理方式,体现离子色谱技术在监测工作中的重要作用。   从上表我们可以看出,运用离子色谱技术分析出来的曲线数据是非常适应监测标准的,其分析的水质标准和样品标准完全相同,不仅十分准确和精确,还能充分满足现代工作的需求,操作起来也十分简便。
  3.离子色谱技术在土壤环境监测中的应用
  在进行土壤等一些固体的分析时,可以使用超声波、溶液浸泡等方式进行样本离子的提取,之后再进行详细的分析。离子色谱技术能够测定土壤当中的提取液和生物体中的消解液,目前,离子色谱技术主要用来解决像GC 与HPLC 这些比较复杂、很难解决的问题上,并且呈现出的特点是可以电离、没有紫外吸收的化合物。在离子色谱技术不断的提升的同时,环境监测的技术也在不断的改善,目前离子色谱技术已经涉及到可电解物质、糖类物质以及维生素物质等物质的检测,应用越来越广泛。
  五、离子色谱技术在环境监测中的预处理技术
  1.水溶样品的预处理技术
  (1)膜处理方法。在离子色谱技术水溶样品预处理中,滤膜过滤样品是最常用的方法,这种方法只能去除一些顆粒状态的不溶性物质。因此,在使用该方法对水溶样品进行预处理时,要在线对该样品进行处理,或者直接将该方法在仪器中使用,并且要使用砂芯滤片。在进行滤膜过滤样品时要注意以下方面:首先,一些特别小的颗粒或者是有机大分子可溶性的化合物和金属水溶性离子,都能够对样品的测定产生影响。其次,在进行滤膜或者是砂芯的设计时,最好是按照离子色谱分析来进行,不然滤膜和砂芯中的无机阴雨阳离子会互相干扰。因为滤膜处理法具有一定的局限性,因此,离子色谱中开始使用超过滤、渗析以及电渗析等方法。超过率就是减压过滤,通常用于分离大分子和不容物;渗析是一个平衡浓度的过程,离子可以通过离子交换膜从浓度高的地方向浓度低的地方流动,这样离子就能通过膜进行样品的选择;电渗析属于特殊的渗析,主要是通过外部的电场使渗析的效率有所提高,并且和其他的处理方法相比,具有可选择性,所以,是在处理样品时最有效的方法之一。
  (2)固相萃取方法。在我国离子色谱技术样品预处理中,固相萃取是应用比较广泛的方法,在进行不同溶液中污染物的处理时,可以使用反相、离子交换以及赘合树脂等处理手段,而且也可以使用固相萃取法以及固相微萃取法。固相微萃取法是利用液相色谱上样品浓缩和去除基本干扰的反过程,所以说在离子色谱中应用固相微萃取法更加便利,并且一个固相微萃取柱可以重复使用。
  (3)溶剂萃取。所谓的溶剂萃取,就是一个比较传统的富集和分离技术,虽然它毒性比较大、成本费用比较高,但是在一定的场合中还是能起到重要的作用。
  (4)超临界流体萃取。超临界流体萃取就是使用超临界流体当作溶剂来进行萃取,它属于一项新的技术。超临界流体在粘度上和气体比较像,在密度上和液体比较像,而扩散性却在气体和液体之间,具有较强的物质萃取能力。和传统的萃取方法相比,可大大减少样品的制备时间,可以在几分钟内完成萃取工作,回收率特别高,并且所需要的溶剂比较少,还可以利用压力和温度的改变对强度进行控制,从而有选择的进行萃取工作。
  2.固体样品的预处理技术
  (1)分解处理法。对于固体样品来说,只能将固体分解成溶液才能对其进行分析,因为不管是膜处理还是固相萃取法都是针对溶液样品的。所以,除了一些极其个别的样品要经过浸泡,才能对其进行测定,其余的都要进行分解,将固体样品中的非金属元素转化为相应的酸,之后再利用离子色谱技术进行测定。另外,紫外光的特点是具有强氧化性,可以化解复杂样品中的有机物,从而判定其中的金属元素和非金属元素,是分解有机物比较有效的方法。
  (2)浸出法。在对固体样品预处理时,不一定非要测定非金属的总含量,也可以测定特殊阴、阳离子的水溶形态,或者是在特定条件下的形态特征,因此,就要使用相适应的浸出方法。这样不仅不会破坏样品中的离子状态,还能取得比较高的回收率。为了能够提升浸取得速度,可以采用适当的振荡、超声等方式,而浸取液不一定要使用水,也可以是酸、碱以及盐等,从而提升浸取的效率。
  六、离子色谱技术在环境监测中出现的问题及相应的解决办法
  1.很难准确测定水中亚硝酸盐中的氮
  虽然说使用离子色谱技术能够大大增加环境监测的结果准确性,但是由于各种原因和限制,离子色谱技术在环境监测中也存在着许多问题,比如使用离子色谱技术对水环境进行监测,无法准确地测出水中亚硝酸盐中氮的含量。针对于这个问题,工作人员可以改进离子色谱技术,由于离子色谱技术的进样体积较小,因此监测工作人员可以通过增大进样的体积,采用大体积的进样方法来进行监测。除此之外,工作人员也可以通过将样本收集起来后再进行进样,进而增大样本的体积。通过增大进样的体积,可以提高对水环境亚硝酸盐中的氮含量的测定效果,提高水环境的监测准确性。
  2.很难测定水中的氟离子
  水中氟离子含量的测定对于水环境监测也有着重要的作用,如果使用离子色谱技术来对水环境中氟离子的监测,将很难测定水中氟离子的含量。首先,由于水中氟离子的含量容易受到水中甲酸和乙酸的影响,因此很难对水中氟离子的含量进行监测。其次,水中氟离子的含量也容易受到水的电导的影响,特别是地表水中氟离子的监测,如果电导发生变动,即使变动再小,其监测结果将会受到大大的影响,比如水底电导时间相差0.02 微妙,其所监测出来的氟离子含量结果相差是非常大,其结果可以相差到一倍之多。针对于这个问题,工作人员就要对水环境中的离子和电导进行控制:首先,工作人员可以使用高纯度的去离子水来作为流动相来对水进行处理,然后再进行监测。其次,工作人员应该尽量降低监测水环境背景的电导,在进行水环境实验的时候,实验人员应该确保背景电导的一致性。最后,为了确保水环境氟离子监测结果的准确性,工作人员在绘制标准曲线的时候,就必须要做好氟离子的峰面积积分,消除骑峰对于曲线的影响。
  3.监测结构容易受到抑制器工作状态的影响
  离子色谱技术在使用过程也容易受到抑制器工作状态的影响,如果抑制器长时间不使用,其微膜很容易出现脱水破裂,因此很容易导致抑制器出现漏液,导致抑制能力下降。一旦抑制器的工作状态发生改变,其背景电导也很容易出现升高的庆幸,进而导致分别峰面积和峰高出现变化,从而影响监测结果。抑制器在工作过程中,也很容易受到重金属离子和有机大分子的污染,导致抑制器的抑制容量下降,进而影响峰面积和峰高。针对于这个问题,工作人员可以采用浓度比较相近的标准物质来对曲线进行校准,进而提高监测结果的准确性。
  4.分离度降低,导致保留时间偏移
  使用离子色谱技术来对环境进行监测,其色谱柱的分析性会随着使用时间的改变而发生变化,会对峰面积和峰高产生影响,进而影响监测结果的准确性。针对于这个问题,工作人员在监测的过程中就要加强维护好色谱柱,可以通过定期使用高浓度的淋洗液来对色谱柱进行冲洗,提高色谱柱的有效性。
  综上所述,离子色谱的发展为其在各行业的应用获得了更加广阔的空间,尤其是具备的快速检验能力对于环境监测有着重要的意义,为环境监测及保护提供及时有效的监测数据。目前离子色谱法已广泛应用于环境、水文地质、临床、医药、食品、工业、电镀和水电等领域中数百种离子的分析,离子色谱法的迅速普及与其在环境分析中的特别适应性有关,它是环境分析的首推方法之一。环境监测不仅对我们的城市环境,国家发展乃至人类生存发展都有着至关重要的意义,而且为我国可持续发展路线实施起到了不可忽视的重要作用。
  参考文献
  [1] 王龙胜,刘思佳.论离子色谱在环境监测中的应用[J].价值工程,2011,30(3).
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  [3] 黄云辉.论离子色谱在环境监测中的应用[J].科技与生活,2015(11).
  (作者单位:奥来国信(北京)检测技术有限责任公司)
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