离子色谱同时检测水中4种阳离子的快速测定方法研究

赵 云

(辽宁省大连水文局，辽宁 大连 116000)

钾、钠、钙、镁是地球上含量最高的元素之一，是水体的主要阳离子，广泛存在于各种天然水体中，含量占到金属元素总含量的99%以上[1- 2]。通过饮水可获取一定量的钾、钠、钙、镁元素满足人体的金属元素生理功能需要。钾钠含量高会影响饮用水的盐度，而高含量的钙镁会使水体硬度升高，水的硬度与心血管疾病发病率之间有统计学显著逆相关性[3- 5]。目前钾、钠、钙、镁的检测方法主要有络合滴定法、火焰原子吸收法、离子色谱法、火焰发射光谱法等[6- 7]。火焰原子吸收法虽然是国标方法，但该法每次测定钾、钠、钙、镁离子时只能测定一种元素，比较费时而且需要更换和预热相应的空心阴极灯。离子色谱具有快速、选择性好、灵敏、简便的特点，可同时测定多种组分。本文通过对方法的精密度、准确度、回收率等方面进行测定，验证了采用离子色谱法检测地表水中阳离子的可行性。

1 实验部分

1.1 实验试剂

钾标准溶液(GSB 04—1733—2004，浓度为1000mg/L)、钠标准溶液(GSB 04—1738—2004，浓度为1000mg/L)、钙标准溶液(GSB 04—1720—2004，浓度为1000mg/L)、镁标准溶液(GSB 07—1285—2000，浓度为500mg/L)均购自水利部水环境标准物质中心；甲基磺酸(优级纯)由国药集团化学试剂有限公司生产，配制成浓度为20mmol/L，经超声脱气排泡后作淋洗液。实验用水均为优普(ULUPURE)超纯水机制取的电阻率为18.2MΩ·cm的超纯水。

1.2 实验仪器及工作条件

ICS- 90A美国戴安离子色谱仪(分离柱Dionex IonPacTMCS12A+保护柱Dionex IonPacTMCG12A)；AS-DV40自动进样器；DS5电导检测器；抑制器ASRS-4mm；色谱数据采集和处理采用变色龙Chromeleon 6.8软件。流动相淋洗液流速1.00mL/min；进样量25μL；抑制电流59mA；测定温度为20～25℃。

1.3 水样的采集与保护

选用封闭性好、硬质的500mL聚乙烯瓶，采集水样要当天测定。为避免水中杂质堵塞分析柱和保护住，样品用0.45μm聚醚砜滤膜过滤后进样。

1.4 方法原理

离子色谱法分离的原理是基于样品在流动相与键合在基质上的离子交换基团之间的离子交换过程[8- 10]。离子色谱包括流动相传送部分、色谱分离柱、变色龙数据处理软件和抑制型电导池4个主要部分。以甲基磺酸溶液作为流动相，色谱分析柱根据不同离子的亲和力进行分离，变色龙Chromeleon 6.8数据处理软件设置仪器的工作条件，抑制型电导检测器测量各种离子的电导率。标准曲线以色谱峰面积为纵坐标，离子浓度为横坐标，出峰时间定性离子类别，根据待测样品的色谱峰面积大小与标准曲线点的色谱峰面积大小进行比较得出待测离子浓度。

2 结果与讨论

2.1 混标工作曲线

钾、钠、钙和镁标准溶液不需要稀释，直接从安瓿瓶中用移液枪加入到容量瓶中。移液枪分别移取钾、钠和钙标液1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL于6个50.00mL容量瓶中，然后分别移取镁标准溶液0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL于同一系列容量瓶中，加超纯水定容至刻度线，混匀。混标钾、钠和钙标准曲线浓度分别为20.00、40.00、60.00、80.00、100.00、120.00mg/L；镁标准曲线浓度分别为5.00、10.00、20.00、30.00、40.00、50.00mg/L。利用离子色谱仪测定峰面积，以峰面积-浓度绘制曲线，钾校准曲线的结果为：Y=0.150X-0.719，线性相关系数为0.9994；钠校准曲线的结果为：Y=0.090X-0.229，线性相关系数为0.9995；钙校准曲线的结果为：Y=0.203X-0.026，线性相关系数为0.9997；镁校准曲线的结果为：Y=0.129X+0.008，线性相关系数为0.9996，4种离子标准曲线均达到0.999以上，线性关系良好。

2.2 仪器的准确度分析

购于水利部水环境监测中心的水中无机盐成分分析标准物质，标号为GBW(E)080112。其中钾离子标准值为14.40±0.51mg/L，钠离子标准值为27.20±1.1mg/L，钙离子标准值为35.20±1.2mg/L，镁离子标准值为12.30±0.43mg/L，见表1。对标准物质重复进行6次室内平行测定。数据表明，钾钠钙镁4种离子的检测结果全部在标准样品浓度误差范围，标准偏差小，说明离子色谱法测定水中钾、钠、钙、镁离子准确度较高。

表1 离子色谱法测定标准物质

2.3 精密度实验

分别对第三个标准溶液曲线点进行6次重复进样，钾、钠和钙离子浓度均为60.00mg/L，镁离子浓度为20.00mg/L，见表2。

结果表明，4种阳离子浓度的相对标准偏差RSD为0.36%～2.00%，变异系数小，精密度好。

2.4 加标回收率的测定

选取大连市某河流水进行加标回收率测定，测试结果见表3。离子色谱法测定4种阳离子的加标回收率为95.3%～101.2%，说明离子色谱法测得的饮用水中的阳离子方法可靠，符合水环境监测规范的要求。

表3 加标回收率结果

3 结论

本文研究了在选定的色谱条件下，采用离子色谱法测定地表水中钾钠钙镁4种常见的阳离子。实验一次进样25μL可在20min内同时测定4种阳离子，具有较高的灵敏度和准确度，重复性好，减少了实验室条件和人工操作等诸多因素带来误差的影响，极大地提高了实验室数据的精密度和准确度。随着高性能离子色谱分析柱技术的研制与应用，离子色谱法在水质监测分析中将会有更广泛的应用前景。

表2 离子色谱法的精密度