离子色谱法和紫外分光光度法测定天然地表水中硫酸根离子的对比

刘 鹏，朱中竹，贾 丽，郭 伟，商书芹

(济南市水文局，山东 济南 250014)

环境中有许多金属离子可以与硫酸根结合成稳定的硫酸盐，大气中硫酸盐形成的气溶对材料有腐蚀破坏作用，危害动植物健康，而且可以起到催化作用，加重硫酸雾毒性，随降水到达地面以后破坏土壤结构，降低土壤肥力，对输水系统造成腐蚀。地表水中硫酸盐的测定方法一般有：重量法、紫外分光光度法、比浊法及离子色谱法。其中紫外分光光度法所需设备简单，但操作过于繁琐，而离子色谱法简便、高效，在实验室中的应用也越来越广泛。

1 方法与材料

1.1 测定原理

1.1.1 离子色谱法测定原理

水样中待测离子随碳酸盐、重碳酸盐淋洗液进入离子交换柱系统(由保护柱和分离柱组成)，根据分离柱对各阴离子的不同亲合度进行分离，已分离的阴离子流经阳离子交换柱或者抑制器系统转换成高电导度的强酸，淋洗液则转变成为弱电导度的碳酸。由电导检测器测量各阴离子组分的电导率，以相对保留时间和峰高或者峰面积定性和定量。

1.1.2 紫外分光光度法测定原理

在酸性溶液中，铬酸钡与硫酸盐生成硫酸钡沉淀，并释放出铬酸根离子。溶液中和后多余的铬酸钡及生成的硫酸钡仍是沉淀状态，经过滤除去沉淀。在碱性条件下，铬酸根离子呈现黄色，测定其吸光度可知硫酸盐的含量。

1.2 仪器与试剂

1.2.1 主要仪器

离子色谱仪：青岛盛瀚色谱技术有限公司产CIC-200型离子色谱仪，电流75 mA，流量0.7 mL/min，色谱柱贮温箱温度45.0℃，配ALLTECH580自动进样器，进样量100 μL，可自动稀释。

紫外分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司产TU-1810DPC型紫外分光光度计，配UVWIN5版电脑操作软件与1 cm比色皿。

1.2.2 所需试剂

标准溶液：硫酸盐标准溶液(1000 mg/L)。

实验用水：电导率小于0.5 μS/cm的超纯水(去离子水)。

淋洗液：称取0.3816 g碳酸钠溶于1 L水中。

铬酸钡悬浊液：称取19.44 g 铬酸钾(K2CrO4)与24.44 g 氯化钡(BaCl2·2H2O)，分别溶于1 L超纯水中，加热至沸腾。将两溶液倾入同一个3 L 烧杯内，此时生成黄色铬酸钡沉淀。待沉淀下降后，倾出上层清液，然后每次用约1 L 超纯水洗涤沉淀，共需洗涤5次左右。最后加超纯水至1 L，使成悬浊液，每次使用前混匀。每5 mL 铬酸钡悬浊液可以沉淀约48 mg硫酸根(SO42-)。

(1+1)氨水。

盐酸溶液：2.5 mol/L。

1.3 试验方法

1.3.1 离子色谱法标准曲线的绘制

分别取1.00、2.50、5.00、10.00、20.00 mL硫酸盐标准溶液(1000 mg/L)于100 mL容量瓶中，用超纯水稀释至标线，其浓度分别为10.00、25.00、50.00、100.00、200.00 mg/L。以峰面积为纵坐标，SO42-浓度为横坐标，用最小二乘法计算校准曲线的回归方程，绘制标准曲线。

1.3.2 紫外分光光度法标准曲线的绘制

分别取0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00、10.00 mL硫酸盐标准溶液(1000 mg/L)于150mL锥形瓶中，用超纯水稀释至50 mL，其浓度分别为0.00、10.00、20.00、60.00、100.00、140.00、200.00 mg/L。向标准溶液中加入1 mL 2.5 mol/L 盐酸溶液，加热煮沸5 min 左右。取下后再加2.5 mL 铬酸钡悬浊液，再煮沸5 min 左右。取下锥形瓶，稍冷后，向各瓶逐滴加入(1+1)氨水至呈柠檬黄色，再多加2 滴。待溶液冷却后，用慢速定性滤纸过滤，滤液收集于50 mL 比色管内(如滤液浑浊，应重复过滤至透明)。用超纯水洗涤锥形瓶及滤纸三次，滤液收集于比色管中，用超纯水稀释至标线。在420 nm 波长，用1 cm比色皿测量吸光度。以吸光度(A-A0)为纵坐标，SO42-浓度为横坐标，绘制标准曲线。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线对比

选取低浓度标准样品与高浓度标准样品各一支，将离子色谱法与紫外分光光度法两种方法的检测结果进行对比，见表4。

表1 离子色谱法标准曲线

表2 紫外分光光度法标准曲线

表3 两种方法标准曲线对比

由表1、2、3可知，两种方法与SO42-浓度之间的线性关系都较好，相关系数大于0.999，两种方法的线性关系相当。

2.2 标准样品对比

表4 两种方法标准样品对比

由表4可知，两种方法对低浓度和高浓度标准样品的检测均能得到满意结果，且离子色谱法的精密度(相对标准偏差)和准确度(相对误差)也都优于紫外分光光度法。

2.3 天然地表水对比

选取河流湖泊等天然地表水四份，将离子色谱法与紫外分光光度法两种方法的检测结果进行对比，见表5。

表5 两种方法天然地表水对比

由表5可知，两种方法对天然地表水的检测结果无明显差异，地表水中硫酸根离子的检测使用两种方法都可以。

3 结论

通过此次对比研究可知，离子色谱法与紫外分光光度法都满足检测天然地表水的要求，其精密度和准确度都较好。离子色谱法操作用时较长，但可以同时检测多种无机阴离子，操作过程简便，使用试剂少，对环境造成的二次污染要小。紫外分光光度法检测过程用时较短，但操作过程复杂繁琐，且使用试剂量大，对实验者和环境的潜在影响要大。同时，通过实验对比可以得出离子色谱法的精密度和准确度在一定程度上要优于紫外分光光度法。对于实验者来说，离子色谱法更易操作，尤其是在大批量水样的情况下，其优势更加突出，极大的减少了工作量，提高工作效率。