離子色譜-紫外檢測法同時分析碘酸根、碘離子、溴酸根和溴離子

李 朦， 于 泓， 鄭秀榮

（哈爾濱師范大學化學化工學院，黑龍江 哈爾濱150025）

碘是人體發(fā)育的必要元素，甲狀腺功能的正常發(fā)揮有賴于適當水平的碘攝入，碘缺乏與碘過量均對人體健康造成威脅。加碘食鹽是人攝取碘的一個重要途徑，碘酸鉀和碘化鉀由于具有含碘量高和價格較低等優(yōu)點通常被添加到食鹽中。研究表明，溴酸根是飲用水臭氧消毒的重要副產物，產生于源水中溴離子的臭氧氧化過程，其達到一定濃度對人體有潛在的致癌作用，被國際癌癥研究機構定為2B級化合物（可能致癌）。在我國沿海地區(qū)，咸潮帶入、海水倒灌以及相關的工業(yè)污染等都會導致水體中溴、碘離子含量上升，從而在飲用水消毒過程中會產生較高濃度的溴酸鹽及碘酸鹽的相關副產物，對人體具有潛在的健康風險。此外，溴離子、碘離子均為組成離子液體的主要陰離子?？梢姡诟唠x子強度基質（如海水）、飲用水測定、離子液體分析等相關領域，對碘酸根、碘離子、溴酸根和溴離子分析方法的研究有重要的價值。

分析碘酸根、碘離子、溴酸根和溴離子的方法主要 有離 子 色 譜 法［1-9］、高 效 液 相 色 譜 法［10，11］、光 度法［12，13］、電 化 學 法［14，15］等，其 中 離 子 色 譜 法 最 為 有效。用離子色譜法分析鹵素含氧酸根離子可以采用柱后衍生法，但存在基質干擾（主要是高濃度氯離子的干擾）、對儀器要求較高等缺點。此外，離子色譜-電感耦合等離子體質譜法（IC-ICP-MS）也被用于分析鹵素含氧酸根，但其設備昂貴，且操作相對復雜。用電導檢測的離子色譜法亦可分析這4種離子，但檢測靈敏度較低。本研究發(fā)展了同時分析碘酸根、碘離子、溴酸根和溴離子的離子色譜-紫外檢測分析方法，并將方法應用于離子液體樣品和地下水樣品的分析，靈敏度和選擇性較好。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

LC-20A 型高效液相色譜儀，配有SPD-20A 紫外-可見雙波長檢測器、LC-20AD sp流動相輸液泵、CTO-20AC 柱溫箱（溫度控制精確到0.1 ℃）、SIL-20A 自 動 進 樣 器、SCL-10A vp 系 統(tǒng) 控 制 器 和LC Solution Ver 1.1 色譜工作站（島津公司）。PHSF-3F型pH 計（上海精密科學儀器有限公司），Simplicity 純 水 系 統(tǒng)（美 國 Millipore 公 司），DOAP504-BN 型無油真空泵（美國IDEX 公司）。

酒石酸、蘋果酸、琥珀酸、氫氧化鈉為分析純試劑，檸檬酸為優(yōu)級純，碘酸鉀、碘化鉀、溴酸鉀、溴化鈉為分析純試劑，均購自天津光復精細化工研究所。乙腈為色譜純試劑，購自北京迪馬科技有限公司。電阻率≥18.2 MΩ·cm 的超純水。

1.2 標準溶液和流動相的配制

標準溶液：首先用超純水配制被測離子質量濃度為1 000 mg／L的標準儲備液，保存于冰箱冷藏室中。待用時，取適量標準儲備液稀釋至實驗所需濃度，經0.22μm 濾膜過濾后使用。

流動相：根據(jù)實驗需要，用超純水配制流動相的酸溶液，用1 mol／L 氫氧化鈉溶液調節(jié)流動相pH值。流動相經0.22μm 濾膜過濾，真空脫氣15 min后使用。

1.3 色譜條件

色譜柱為Shim-pack IC-A3陰離子交換柱（150 mm×4.6 mm，5μm；島津公司），柱填料為表面帶季銨基的聚丙烯酸酯樹脂。流動相為1.0 mmol／L檸檬酸-乙腈（85∶15，v／v；pH 5.0），流速為0.9 mL／min，柱溫為40 ℃，進樣體積為20μL，紫外檢測波長為210 nm。進樣前用流動相沖洗色譜系統(tǒng)至基線穩(wěn)定。每天進樣分析結束后，用至少30 mL超純水沖洗色譜柱至初始狀態(tài)。

2 結果與討論

2.1 紫外檢測波長的影響

溴酸鹽、溴化物和碘酸鹽的最大吸收波長在200 nm，碘化物的最大吸收波長在227 nm。為了同時檢測4種離子，考察了檢測波長的影響。設定流動相組成為1.0 mmol／L檸檬酸-乙腈（85∶15，v／v；pH5.0），流速為0.9 mL／min，溫度為40 ℃，分別在200、210、220、230、240 nm 波長下檢測4 種離子，表1為不同波長下4種離子的檢出限。結果表明，波長的選擇對檢測結果影響較大。在200、210 nm 處，碘酸根、溴酸根、溴離子都有較強的紫外吸收，檢出限相對較低；在230、240 nm 處，溴離子出現(xiàn)負峰，可能的原因是在230和240 nm，流動相的背景紫外吸收強度大于被檢測溴離子的紫外吸收強度，當溴離子被洗脫時，出現(xiàn)負峰。當檢測波長為200 nm 時，基線不穩(wěn)定。在210 nm 檢測波長下，檢出限較低，靈敏度較好，基線較平穩(wěn)。綜合以上因素，選擇檢測波長為210 nm。

表1 不同檢測波長下4種離子的檢出限Table 1 Detection limits（LODs，S／N＝3）of the four anions at different wavelengths

2.2 流動相種類的選擇

考察了4種無特征紫外吸收的有機酸作為流動相對4 種離子檢測的影響。在210 nm 檢測波長、柱溫為40 ℃、流速設為0.9 mL／min下，分別采用1.0 mmol／L 的酒石酸、蘋果酸、琥珀酸、檸檬酸溶液與乙腈（85∶15，v／v；pH5.0）為流動相進行分離。結果表明，4種離子在4種情況下均有保留，但檢測靈敏度和保留時間各不相同。表2列出了不同有機酸種類下4種離子的檢出限及保留時間。采用琥珀酸作流動相時，4種離子的保留時間最長，且靈敏度差。采用檸檬酸作流動相時，離子保留時間最短，且色譜峰形較好，因此選擇檸檬酸作為流動相的組成成分。

表2 以不同有機酸作流動相成分時4種離子的檢出限及保留時間Table 2 Detection limits（LODs，S／N＝3）and the retention times（tR）of the four anions in different organic acids as mobile phases

2.3 檸檬酸濃度的影響

將色譜柱溫度設為40 ℃，流速設為0.9 mL／min，改變流動相中檸檬酸的濃度分別為0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mmol／L與乙腈組成流動相（85∶15，v／v；pH5.0），觀察4種離子的保留時間與分離的變化。結果表明，隨著檸檬酸濃度的增大，離子的保留時間逐漸縮短。檸檬酸的濃度為1.0 mmol／L時，可以獲得良好的色譜基線和峰形，系統(tǒng)峰不干擾測定；檸檬酸濃度低時，保留時間較長；而濃度較高時，對色譜系統(tǒng)有一定的影響。過高的鹽濃度在有機相濃度高、溫度低時易析出，堵塞色譜柱。因此，檸檬酸濃度不宜過大，本文選擇檸檬酸濃度為1.0 mmol／L。

2.4 乙腈比例對離子保留的影響

固定色譜柱溫度40 ℃、流速0.9 mL／min，分別以1.0 mmol／L檸檬酸水溶液與體積分數(shù)為6%、9%、12%、15%和18%的乙腈（色譜柱允許的最大有機溶劑含量為20%）組合為流動相（pH5.0），考察流動相中乙腈的體積分數(shù)對待測陰離子保留的影響。結果表明，隨著乙腈體積分數(shù)的增加，碘酸根的保留時間增長，可能原因是流動相中乙腈含量的增加影響了檸檬酸的電離，導致淋洗離子濃度減小，從而使流動相的洗脫能力減弱，碘酸根的保留時間增長。與碘酸根的情況相反，碘離子的保留時間隨乙腈體積分數(shù)的增加而縮短，其原因是碘離子為疏水性離子，與固定相之間有較強的疏水作用，當流動相中乙腈含量增加時，減弱了碘離子與固定相之間的疏水作用，使保留時間縮短。隨著乙腈含量的變化，溴酸根和溴離子的保留時間變化不明顯，可能是以上幾種因素共同作用的結果。由關系式lgk ＝cφ（ACN）＋d［16］（k 是離子的保留因子，φ（ACN）是乙腈的體積分數(shù)），求得線性回歸方程（見表3）。對碘離子，方程的斜率為負值，說明隨著乙腈體積分數(shù)增加，碘離子的保留時間縮短。對碘酸根，方程的斜率為正值，說明隨著乙腈體積分數(shù)增加，碘酸根的保留時間增長。綜合考慮，乙腈的比例選定為15%。

表3 離子的lgk 與乙腈體積分數(shù)之間的線性回歸方程Table 3 Linear regression equations of the lgk vs φ（ACN）for the anions

2.5 流動相pH 值對離子保留的影響

將流動相的pH 值分別調節(jié)為4.5、5.0、5.5、6.0，考察流動相pH 值對離子分離效果的影響。結果表明，隨著pH 值增大，各離子的保留時間均縮短。原因是隨著流動相pH 值增大，檸檬酸的離解程度增大，其淋洗能力增強，導致離子的保留時間均縮短。當流動相pH 值為4.5時，離子保留時間很長，且系統(tǒng)峰干擾溴離子的測定。pH 值為6.0時，碘酸根離子峰與系統(tǒng)峰未能完全分離。當pH 值為5.0時，4種離子能在較短的時間內分離，基線平穩(wěn)，且色譜峰形良好。因此選擇流動相的pH 值為5.0。

2.6 定量分析參數(shù)

在選定的色譜條件下，測定4種陰離子的混合標準溶液。在此條件下，碘離子的保留時間仍然相對較長（見圖1）。如選擇親水性較強的分離柱，可能會減弱對疏水性較強的碘離子的保留，使其保留時間縮短；如選擇可承受較高濃度有機溶劑的分離柱，則可通過增加流動相中有機溶劑濃度使碘離子的保留減弱。但限于本實驗室的條件，目前沒有開展該實驗考察。

對不同質量濃度的4種離子的標準溶液進行測定，以峰面積（y）對離子的質量濃度（x，mg／L）進行線性回歸，得到線性回歸方程。以3倍信噪比（S／N＝3）計算檢出限，連續(xù)5次重復測定4種離子的標準溶液，得到保留時間和峰面積的相對標準偏差（n＝5）。由表4可見，該方法具有較低的檢出限，較好的線性關系和重現(xiàn)性。

圖1 4種陰離子混合標準溶液的色譜圖Fig.1 Chromatogram of a mixed standard solution of the four anions

2.7 樣品分析

采用本方法測定離子液體樣品溴化N-己基吡啶（［HPy］Br）中的溴離子和碘化N-乙基吡啶（［EPy］I）中 的 碘 離 子。分 別 準 確 稱 量0.152 8 g［HPy］Br和0.185 2 g［EPy］I，各配制成100 mL溶液作為濃溶液。再分別取0.1 mL濃溶液稀釋至50 mL。稀釋液經0.22μm 濾膜過濾后按照本方法選定的色譜條件進行分析，得到離子液體樣品的色譜圖（見圖2），其分析結果及加標回收率見表5。結果說明該方法具有良好的準確性，能夠滿足實際樣品的定量分析要求。

另取地下水樣品，經0.22μm 濾膜過濾后在選定的色譜條件下進行分析。在地下水樣品中未檢測到被測離子（見圖3）。其加標回收率數(shù)據(jù)見表5。

圖2 離子液體（a）［HPy］Br和（b）［EPy］I樣品的色譜圖Fig.2 Chromatograms of（a）［HPy］Br and（b）［EPy］I ionic liquid samples

圖3 地下水樣品色譜圖Fig.3 Chromatogram of an underground water sample

表5 離子液體及地下水樣品中陰離子的測定結果及加標回收率Table 5 Analytical results and spiked recoveries of anions in ionic liquids and underground water samples

3 結論

建立了離子色譜-紫外檢測同時分析碘酸根、碘離子、溴酸根和溴離子的方法。采用紫外檢測器檢測有特征紫外吸收的4種離子，與離子色譜-電導檢測［6，7］比較，本方法檢出限低，色譜峰形更好。用于檢測離子液體樣品中碘離子、溴離子及地下水樣品中的溴酸根、碘酸根等，結果準確、可靠。該方法拓展了樣品中溴離子、碘離子等的分析方法。

［1］ Lin L，Wang H B，Shi Y L.Chinese Journal of Chromatography（林立，王海波，史亞利.色譜），2013，31（3）：281

［2］ Zhou Y Q，Wang Z J，Xu Y P，et al.Chinese Journal of Chromatography（周益奇，王子健，許宜平，等.色譜），2007，25（3）：430

［3］ Lin L，Chen G，Chen Y H.Chinese Journal of Chromatography（林立，陳光，陳玉紅.色譜），2011，29（7）：662

［4］ Rebary B，Paul P，Ghosh P K.Food Chem，2010，123（2）：529

［5］ Zhou S，Gao W，Yu H.Journal of Instrumental Analysis（周爽，高微，于泓.分析測試學報），2009，28（11）：1279

［6］ Liu Y Z，Yu H，Li S W.Chinese Journal of Chromatography（劉玉珍，于泓，李偲文.色譜），2011，29（11）：1036

［7］ Ai H J，Chen Q，Yu H.Chinese Journal of Analysis Laboratory（艾紅晶，陳倩，于泓.分析試驗室），2011，30（11）：65

［8］ Li R S，Yu H，Gao W，et al.Chinese Journal of Analysis Laboratory（李睿姝，于泓，高微，等.分析試驗室），2010，29（3）：85

［9］ Wang H Q，Xiao H L，Ruan X J，et al.Journal of Instrumental Analysis（王紅青，肖海龍，阮小嬌，等.分析測試學報），2013，32（3）：385

［10］ Yokota A，Kubota H，Komiya S，et al.J Chromatogr A，2012，1262：219

［11］ Hou Y X，Liu L P，Du Z X.Physical Testing and Chemical Analysis Part B：Chemical Analysis（侯艷霞，劉麗萍，杜振霞.理化檢驗：化學分冊），2011，47（11）：1262

［12］ Borges S S，Peixoto J S，F(xiàn)eres M A，et al.Anal Chim Acta，2010，668：3

［13］ Xie J Y，Lei M J，Yu J Y.Chinese Journal of Analysis Laboratory（謝建鷹，雷明建，余錦玉.分析試驗室），2011，30（8）：54

［14］ Li T J，Lin C Y，Balamurugan A，et al.Anal Chim Acta，2012，737：55

［15］ Ciftci H，Tamer U.Anal Chim Acta，2011，687：137

［16］ Ruiz-Angel M J，Berthod A.J Chromatogr A，2006，1113：101