离子色谱法测定饮用水中硝酸盐和氟化物
时间：2023-03-11 10:35:10 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王珺（天津市滨海新区疾病预防控制中心,天津 300453）
饮用水中含有多种物质，但不是所有物质均为人体所需，为确保饮用水能够安全饮用，就要对其涵盖的物质进行测定。其中，硝酸盐属于有机物通过无机化作用而形成的分解产物，这种物质在饮用水中含量不宜过度，否则就会导致青少年群体在饮用后血液变性血红蛋白含量提高，同时还会与还原物质发生化学反应，最终形成亚硝酸盐，这种物质会逐渐转变为亚硝胺，进而导致人体致癌，对人体健康造成重大影响。为明确饮用水中硝酸盐的含量，以确保饮用水中硝酸盐的含量能够符合国家相关规定，保障人们饮用水的安全，需要获取更加准确的物质数据。为此，本研究以使用离子色谱法为主，在测定硝酸盐方面，将其与分光光度法进行对比分析，以此来体现离子色谱法在测定饮用水硝酸盐中的价值与意义。其次，为体现出离子色谱法的多元化效能，研究还将其运用于饮用水氟化物测定中，基于当下离子色谱法的推广与实践应用来看，这种新型测定法在氟化物测定方面的性能要优于氟试剂分光光度法与锆盐茜素比色法等。为进一步丰富相关研究理论，在测定氟化物时，将依据电导检测器测量各阴离子组分的电导率，以相对保留时间，峰高及面积来定性和定量，以求检测出饮用水中更加准确的氟化物含量。
1.1 材料与方法
1.1.1 仪器和试剂 ①仪器，选取ICS-1100离子色谱仪、IonPacAS19型阴离子分离柱与电导测定器和溶剂过滤器等；
②试剂和标准淋洗液，KOH淋洗液，由EG40淋洗液自动电解发生器在线产生，硝酸盐标准1000mg/mL，依据国家标准物质研究规定为主[1]。
1.1.2 实验方法 首先选取纯净的饮用水，并运用注射器进行研究取样，以选取5mL饮用水为基准，通过使用0.45μm微孔滤膜进行水样品过滤，随后将其注入定量管中，使用离子色谱仪来获取样品的色谱图曲线和相关参数，并对样品的谱峰时间和样品中硝酸盐保留时间进行记录，在物质测定中，色谱流速需控制为1.0ml/min，同时，在测定中，温度要控制在35℃-40℃，在实际测定中，还需对研究样品进行处理，以确保研究的样品符合饮用水物质测定的相关标准，并依据国家相关部门指出的1000mg/mL硝酸盐含量标准来进行稀释，从中获取10.00mg/L中间标准使用液，依据该溶液来进行标准溶液的配置，浓度分别为0.50mg/L、2.00mg/L、4.00mg/L、6.00mg/L、8.00mg/L及10.00mg/L标准溶液[2]。最后，要结合ICS-1100型离子色谱仪使用的操作事项来进行离子色谱对饮用水中硝酸盐的测定。
1.2 结果与讨论
1.2.1 方法的线性和检出限 依据配置好的硝酸盐标准溶液进行分析，并结合峰面积积分来对不同的测定结果以线性回归分析的方式得出标准曲线系数，本次研究中，溶液浓度在0.50-10.0m/L内存在良好的线性关系，r=0.9998，具体可见表1。根据表1数据，基于标准曲线相同条件来进行10份标准溶液测定，并根据基线噪声2倍（2s）检出限测定获取硝酸盐检出限0.002mg/L。
表1 硝酸盐标准系列的测定结果
1.2.2 精密度与准确度 使用ICS-1100离子色谱仪进行饮用水硝酸盐测定，获取2.20mg/L、5.50mg/L与9.00mg/L不同含量的标准溶液，依据平行测定的方式发现RSD＜2.0%，由此体现出在离子色谱测定法中，饮用水中硝酸盐的特性在于较高的重现性与稳定性，具体可见表2。
表2 标准样品精密度的测定结果
1.2.3 加标回收率 在研究样品中注入不同浓度的标准溶液，并对原样品底浓度与加标后浓度进行测定，具体可见表3。
表3 硝酸盐样品加标回收率
1.2.4 不同方法对比 以离子色谱法与分光光度法对同个样品进行测定，次数以5次为基准，对比结果可见表4。
表4 两种方法测定结果对比
2.1 材料与方法
2.1.1 仪器和试剂 测定氟化物的研究选取ICS-1100离子色谱仪，采用CHromeleon色谱工作站、IonPacAG19色谱保护柱与IonPacAS19阴离子分离柱，依据离子分离的原理进行色谱测定，并联合DS6电导测定器与ASRS-300再生电化学抑制器的使用来确保研究结果的真实性[3]。在试剂选用方面，与硝酸盐相同，选取纯净的饮用水为主，依据离子色谱痕量分析来进行标准溶液的配置，已实现相关物质中离子的完全去除，电阻率需控制在＞17.8MΩ的范围内，结合纯水理论，电阻率应为18.3MΩ。在保存配置的去离子水时，要严格把控放置时间，防止因时间过久而出现二氧化碳穿透存放去离子水聚乙烯容器的器壁的情况出现，依据保存14d的时间，使电阻率降低到1/10。再进行新去离子水的制备时，电阻率以18.2MΩ为准。其次，在氟化物测定标准溶液中，要严格依据国家有关部门提出的样品测定规格和标准，浓度为1000mg/L的氟离子标准液，购买于中国计量科学研究院。最后，关于淋洗液的选用，选用KOH淋洗液，由EG40淋洗液自动电解发生器在线产生。而关于淋洗液使用液的选取，通过实验，使用0.45μm过滤膜完成过滤，得出浓度为20mmol/L的KOH淋洗液，以此来为离子色谱测定法的使用提供依据，确保测定结果真实有效。
2.1.2 实验条件 选用20mmol/L的KOH淋洗液，以1.0mL/min的流速，并选取抑制器电流75mA，进样量25μL，峰面积或峰高定量来为测定实验的开展提供依据。
2.1.3 标准溶液配置 在配置标准溶液方面，要从氟化物测定精度与准确性方面进行重复考虑，所使用的标准溶液以[ρ(F-)=10.0μg/mL]为准，并吸取氟化物标准溶液2.00mL，在100mL容量瓶中进行饮用水稀释，以稀释到满刻度为止。随后，吸取氟化物标准使用溶液0mL、0.50mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL与10.00mL在100mL容量瓶中定容。以这一标准系列的溶液为基准，浓度为0mg/L、0.05mg/L、0.10mg/L、0.30mg/L、0.50mg/L、0.70mg/L和1.00mg/L。配置多种浓度的标准溶液目的在于能够结合不同的浓度来测定饮用水中氟化物的相关含量，从中得出更加全面的研究结果[4]。
2.1.4 样品制备 在研究的样品采集和储存方面，关于水样品的采集是依据纯净饮用水进行清洗为基准，并将其倒入聚乙烯瓶，样品的储存设备选取必须合理化、规范化、科学化，不能随意将其倒入任何一类瓶中，一定要依据相关实验的具体要求来进行科学化储存与处理[5]。原因在于其他储存瓶大多为玻璃材质，这种储存瓶会与氟化物产生化学反应。在容器的选择中，清洗时切忌选取强酸或是洗涤剂，否则会导致有过多的离子残留在容器中，会对后续离子色谱测定研究的开展造成影响，导致实际测定的结果不够精准，无法得出更加准确的氟化物含量。且在测定的过程中，都应以1℃-5℃条件来进行避光测定。最后在样品处理方面，选取样品依据0.45μm过滤膜的使用来去除相关杂质[6]。
2.2 结果与讨论
2.2.1 淋洗液的浓度 为使测定的结果更加精准，在饮用水中的氟化物涵盖了氟离子、一价无机阴离子与一元羧酸等弱电解物质和HCO3-与CN-等弱保留离子。为使相关离子分离，就要重视淋洗液浓度的选择，通过实验，并选用特殊固定相[7]。依据固定相固化为基准来进行淋洗液流速的设置，通常设置1.0mL/min即可，并依据15mmol/L、20mmol/L和23mmol/L来进行离子色谱测定，从中得出最佳淋洗液浓度，具体以表5为准。
表5 淋洗液浓度测定结果
依据表5测定结果来看，氟离子和硫酸根离子分离度有明显缩短的趋势，15mmol/L浓度分离效果较好，但是分析时间较长，CL-、NO3-与SO42-等离子保留的周期性较长，需要耗费过多的时间来保持，但在此过程中，柱上未完全洗脱的化合物会对其后分析造成影响[8-9]。23mmol/L浓度，分析时间较短，没有实现有效分离，基于此类情况，为确保测定结果的精密度，可选取浓度为20mmol/L的KOH淋洗液。
2.2.2 线性范围 测定的线性范围以氟浓度0.05-1.0mg/L和峰面积/峰高线性关系为基准，具体可见表6，得出线性系数r=0.9991-0.9999。
表6 线性范围
2.2.3 检出限 将空白基线噪声2倍看作离子色谱测定饮用水氟化物的检出限，计算得出F-检出限为0.003mg/L。
2.2.4 精密度 在上述的实验条件下，分别对氟浓度为0.10mg/L，0.50mg/L，1.00mg/L的标样重复测定9次，测定结果的相对标准偏差见表7。
表7 精密度测定
2.2.5 样品的测定与加标回收率 依据测定农村水与管网水回收率来体现样品测定结果与回收率，见表8。
表8 样品检测结果与回收率测定
从上述研究分析来看，通过使用离子色谱法来分别对饮用水中的硝酸盐和氟化物进行测定，从中体现出离子色谱高精密度、低检出限的性能，依据其稳定的线性能够准确得出饮用水中硝酸盐和氟化物的实际含量。离子色谱仪设备根据所测定物质的特性，能够快速获取测定结果，以物质分离的方式得出高精密度且符合国家有关规定的硝酸盐与氟化物。因此，为加强饮用水的安全性，防止因部分物质过高而对人体造成危害，使饮用水的质量能够符合国家标准，就要在饮用水物质测定中不断加强离子色谱法的应用与推广力度。
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